100-dniowa misja do punktu L2 Słońce-Ziemia (1999)

0

Punkty libracyjne (L) układu Ziemia-Księżyc oraz Ziemia-Słońce nie są miejscami w tym sensie, że astronauci mogliby na nich wylądować i zabrać stamtąd próbki skał. Z tego względu wielu planistów wypraw kosmicznych postrzegało je jako cele mało zadowalające. Punkty L były jednak od dawna uważane za potencjalnie dobre miejsca dla kosmicznych stacji „przesiadkowych” czy dla instrumentów badawczych. W 1999 roku, zespół NASA Decadal Planning Team (DPT) przedstawił projekt utworzenia zaawansowanych obserwatoriów w „orbicie halo” w pobliżu punktów L Słońce-Ziemia jako kluczowy cel dla NASA na początku XXI wieku. Zespół NASA Exploration Team (NExT), następca DPT, także starał się położyć nacisk na wykorzystanie punktów L Słońce-Ziemia w swoich planach załogowych wypraw na Marsa.

W grudniu 1999 roku, w ramach przejścia z DPT do NeXT, Bret Drake, planista wypraw kosmicznych pracujący w Centrum Kosmicznym Johnsona w Houston (NASA), zaprezentował wyniki studiów nad blisko 100-dniową misją do punktu L2 Słońce-Ziemia (Sun-Earth L2 – SEL2). SEL2 znajduje się w odległości około 1.5 miliona kilometrów za Ziemią, patrząc od strony Słońca.

Drake rozpoczął krótką prezentację wymieniając sposoby, na które punkty L Słońce-Ziemia mogłyby pomóc w realizacji załogowych misji marsjańskich. Na przykład, automatyczne obserwatoria słoneczne położone na orbicie w punkcie SEL2 – daleko poza bąblem ziemskiej magnetosfery – mogłyby zapewnić załogom statków kosmicznych zmierzających na Marsa system wczesnego ostrzegania przed niebezpiecznymi cząstkami wysyłanymi ze Słońca, a także umożliwić stałą łączność pomiędzy Ziemią i Marsem w czasie koniunkcji, gdy Słońce blokuje możliwość komunikacji bezpośredniej pomiędzy tymi dwoma planetami.

Drake zauważył, że punkty L Słońce-Ziemia nie są korzystnym miejscem postoju dla wypraw marsjańskich, ponieważ podróż na Marsa poprzez punkt L Słońce-Ziemia wymagałby większego wydatku energii oraz trwałaby około dwa miesiące dłużej niż misja opuszczająca Ziemię z niskiej orbity o wysokości 407 kilometrów. Załogowe misje do tych punktów mogłyby jednak doświadczyć warunków zbliżonych do lotów międzyplanetarnych, przy czym podróż w jedną stronę zabrałaby jedynie około 25 dni. Mogłyby więc służyć jako sposób na stopniowe zdobywanie doświadczenia od lotów załogowych na orbity cislunarne (ograniczone orbitą Księżyca) do załogowych lotów na Marsa.

{module [346]}

Następnie Drake zaproponował projekt około 100-dniowej misji serwisowej do teleskopu położonego w punkcie L2 Słońce-Ziemia. Aby rozpocząć misję, ważący 32,975 kilogramów pojazd kosmiczny misji serwisowej wszedłby na niską orbitę okołoziemską bez załogi, chroniony w trakcie startu aerodynamiczną osłoną ładunku Evolved Expandable Lanuch Vehicle-Heavy (EELV-H), rakiety nośnej nowej generacji. Pojazd misji serwisowej składałby się z 14,450-kilogramowego, nadmuchiwanego „mini-Transhabu*” aby pomieścić załogę, 4,271-kilogramowego pojazdu powrotnego Earth Return Vehicle (ERV) o kształcie kapsuły Apollo oraz 14,164-kilogramowego, dwustopniowego, chemicznego modułu napędowego.

Prom kosmiczny spotkałby się z pojazdem misji serwisowej na niskiej orbicie okołoziemskiej. Przybyli w nim astronauci nadmuchaliby jednopokładowy mini-Transhab w kształcie torusa, będący częścią pojazdu wyprawowego, rozwinęło zainstalowany na nim, bliźniaczy zestaw ogniw fotowoltaicznych, zainstalowało wyposażenie i załadowało zaopatrzenie. Następnie cała załoga powróciłaby na Ziemię.

Druga rakieta EELV-H wyniosłaby na niską orbitę ważący 33,000 kilogramów automatyczny pojazd Solar-Electric Propulsion (SEP) Vehicle (SEPV). Po rozłożeniu – jeden z projektów NASA zakładał w tym momencie wykorzystanie nadmuchiwanych „skrzydeł” i cienkowarstwowych ogniw fotowoltaicznych – SEPV zacumowałby do pojazdu misji serwisowej. Przez następne siedem miesięcy, SEPV włączałby swoje elektryczne silniczki w perygeum orbity (jej najniższym punkcie), aby w konsekwencji podnieść apogeum (jej najwyższy punkt). Po osiągnięciu wysokiej orbity eliptycznej HEO (High Earth Orbit) – tylko luźno związanej grawitacyjnie z Ziemią – SEPV odłączyłby się od pojazdu misji serwisowej.

Dodatkowa, opcjonalna misja naprawcza poleciałaby tylko wtedy, gdyby pojazd misji serwisowej wymagał naprawy po siedmiomiesięcznej fazie wchodzenia na orbitę HEO. W tym celu wahadłowiec dostarczyłby na niską orbitę okołoziemską niewielki pojazd kosmiczny zbudowany w oparciu o kadłub nośny pełniący rolę „taksówki załogi” (Crew Taxi – CT) oraz chemiczny stopień napędowy. Stopień ten wypchnąłby CT poza LEO, gdzie spotkałby się on z pojazdem misji serwisowej, przebywającym na HEO i następnie zacumowałby do niego. Po zakończeniu swojej pracy, astronauci dokonujący napraw przeszliby z powrotem na CT, odcumowali i wrócili tym pojazdem na Ziemię.

Zakładając, że pojazd kosmiczny misji serwisowej nie wymagałaby lotu naprawczego, Crew Taxi zabrałby czwórkę astronautów, którzy mieliby wykonać prace przy teleskopie. Po sprawdzeniu swojego pojazdu, odłączyliby się oni od statku CT (który wróciłby na Ziemię) i uruchomili pierwszy stopień chemiczny modułu napędowego w perygeum, aby rozpocząć 25-dniową podróż do punktu SEL2. Po osiągnięciu „orbity parkingowej halo” punktu L2, astronauci spędziliby 50 dni na serwisowaniu dużych teleskopów i przeprowadzaniu bliżej nieokreślonych eksperymentów naukowych.

Aby opuścić SEL2 i powrócić na Ziemię, astronauci uruchomiliby drugi stopień chemiczny modułu napędowego pojazdu misji serwisowej. Około 25 dni później przeszliby do pojazdu ERV, odrzucili zbędny już statek kosmiczny misji serwisowej, weszli w atmosferę Ziemi i opadli bezpiecznie na spadochronach aż do lądowania. Tymczasem pozostała część pojazdu spłonęłaby podczas wejścia w atmosferę.

David S.F. Portree
Beyond Apollo blog

Na podstawie:
Representative Human Missions to the Sun-Earth Libration Point (L2) “100” Day Class Mission, SEL2 Ver. R, Bret G. Drake, NASA Johnson Space Center, presentation materials, December 20, 1999.

* Transhab stanowił nadmuchiwany moduł przeznaczony na użytek Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, który jednak nie doczekał się realizacji, choć moduły firmy Bigelow są jego bezpośrednimi następcami.

{module [346]}

Diagram przedstawiający rozmieszczenie punktów libracyjnych Słońce-Ziemia (NASA)

Share.

Comments are closed.