Ennen kuin yksikään astronautti voi astua Kuun pinnalle NASAn nykyisen Artemis-suunnitelman mukaisesti, lentosuunnitelma edellyttää vähintään 15 erillistä raketinlaukaisua – pelkästään kiertoradalla odottavan kuulaskeutujan tankkaamiseksi. Tämä luku näkyy harvoin laukaisulähetysten kohokohdissa, mutta se kertoo enemmän siitä, kuinka vaikea tämä paluumatka todella on, kuin mikään kuva raketista lähtöalustalta nousemassa.
Artemis on NASAn kampanja, jonka tavoitteena on saada astronautit uudelleen Kuuhun ja näin sulkea aukko, joka on kestänyt vuodesta 1972 lähtien. Virasto suunnittelee, että miehistöön kuuluu ensimmäinen nainen, joka koskaan kävelee Kuun pinnalla. Sinne pääseminen uudelleen, yli viisi vuosikymmentä myöhemmin, on osoittautunut paljon suuremmaksi insinööritaidon pulmaksi kuin alkuperäiset kuulaskeutumiset koskaan olivat.
Tähän palapeliin kuuluu uusi raketti, kapseli, jolla on jo lentotunteja takanaan, ja pieni avaruusasema, joka on rakennettu viettämään suurin osa olemassaolostaan ilman ketään kyydissä. Yhdessä ne selittävät, miksi "Kuuhun palaaminen" on paljon monimutkaisempi lause kuin miltä se kuulostaa.
Viisikymmentä vuotta päivälleen
Kun Artemis I -kapseli lopulta laskeutui mereen, päivämäärä ei ollut sattumaa: se laskeutui täsmälleen 50 vuotta päivälleen Apollo 17:n jälkeen, joka oli viimeinen tehtävä, joka vei miehistön Kuun pinnalle. NASAn ei kuitenkaan tarvinnut katsoa niin kauas taaksepäin löytääkseen lennossa testattua laitteistoa. Orion, Artemiksen ytimessä oleva kapseli, oli jo käynyt avaruudessa vuosia aiemmin – joulukuussa 2014 tehdyllä lennolla, eri raketin kyydissä, jonka ainoa tarkoitus oli testata, kestäisikö sen lämpösuoja paluun syvästä avaruudesta.
Tämä kuilu etumatkan saaneen kapselin ja vielä vuosien päässä valmiudesta olevan raketin välillä kertoo, mistä suurin osa Artemiksen viivästyksistä todellisuudessa johtui. Orion oli pitkälti koeteltua teknologiaa; sitä kuljettamaan tarkoitettu ajoneuvo ei ollut.
Raketti, pelastusluukku ja kapseli, jolla on kokemusta
Raketti, joka lopulta nosti Orionin lähtöalustalta, on Space Launch System, ja sen ensimmäinen aste nojaa laitteistoon, johon NASA jo luotti: neljään RS-25-moottoriin, samaan moottoriperheeseen, joka voimisti avaruussukkulalaivastoa kolmen vuosikymmenen ajan.
Paperilla SLS on voimakkain raketti, joka on koskaan hyväksytty kuljettamaan miehistöä, ja se tuottaa laukaisussa 39 meganewtonia työntövoimaa – enemmän kuin mikään muu miehitetty laukaisualus historiassa. Pelkkä työntövoima ei kuitenkaan kerro koko totuutta. Kun otetaan huomioon, kuinka paljon massaa se todella voi työntää kohti Kuuta, SLS toimittaa Kuun suuntaiselle radalle noin 27 tonnia, vain noin puolet siitä, mitä Apollo-aikakauden Saturn V pystyi kuljettamaan 48,6 tonnin hyötykuormallaan. Suurempi moottori ei automaattisesti tarkoita suurempaa kuormaa.
Ennen kuin tätä voimaa käytetään miehitetyllä lennolla, NASA testaa ensin pelastussuunnitelman. Ascent Abort-2 -testi suunniteltiin yhtä tiettyä pahinta mahdollista tilannetta varten: pystyykö Orionin laukaisun pelastusjärjestelmä vetämään kapselin ja sen miehistön pois SLS:n läheisyydestä, jos jokin pettää nousun hetkellä, jolloin alus on suurimman aerodynaamisen rasituksen alaisena.
Avaruusasema, joka on suunniteltu lentämään tyhjänä
Kun Orion saapuu Kuun lähiavaruuteen, suunnitelmana on, että se telakoituu Gatewayhin, asemaan, josta on tarkoitus tulla ensimmäinen kansainvälinen tukikohta, joka on koskaan rakennettu Kuun kiertoradalle.
Gateway on vaatimaton kiertoradan tukikohdaksi – noin 20 metriä pitkä, kun Kansainvälinen avaruusasema on noin 50 metriä pitkä – mutta siitä huolimatta se on suunniteltu niin, että miehistö voi asua siellä jopa kolmen kuukauden jaksoja kerrallaan.
Suurimman osan ajasta siellä ei kuitenkaan ole ketään. Gatewayn oma rata Kuun ympäri sijoittaa sen noin 1 000 kertaa kauemmas Maasta kuin matalalla Maan kiertoradalla oleva asema, ja tukikohta on suunniteltu toimimaan miehittämättä pitkiä aikoja, mukaan lukien oman kunnossapitonsa hoitaminen robottijärjestelmien avulla odottaessaan seuraavan miehistön saapumista.
Kuuden päivän silmukka, ei ympyrä
Gateway ei myöskään yksinkertaisesti kierrä Kuuta. Sen suunniteltu haloreitti on venytetty, kuusi ja puoli päivää kestävä ellipsi, joka lähestyy Kuun pintaa jopa 7000 kilometrin etäisyydelle ennen kuin se kaartaa takaisin noin 70 000 kilometrin päähän syvään avaruuteen.
Tämä erikoinen muoto ratkaisee todellisen ongelman: useimmilta raketeilta puuttuu yksinkertaisesti voima lentää suoraan Maasta Kuun pinnalle ja takaisin yhdellä matkalla. Sen sijaan Gatewayn on tarkoitus toimia välipysäkkinä – saavuttaa asema ensin ja tehdä sitten erillinen, pienempi hyppy alas pinnalle ja takaisin ylös.
Ensimmäiset kaksi moduulia, joiden on määrä muodostaa asema, ovat NASAn voima- ja käyttövoimayksikkö sekä HALO-niminen asuinmoduuli, jonka on myös määrä kuljettaa Lunar Link -nimistä viestintälinkkiä sekä paria eurooppalaista säteilyä valvomaan rakennettua instrumenttia.
Miksi yksi kuulaskeutuminen vaatii 15 laukaisua
Alussa mainittu viidentoista laukaisun luku johtuu siitä, miten nykyinen kuulaskeutuja saa polttoaineensa. Sen sijaan, että laskeutuja laukaistaisiin jo täyteen tankattuna, se on suunniteltu täytettäväksi kiertoradalle päästyään, mikä tarkoittaa, että erillisen tankkausraketin on lennettävä, telakoiduttava ja luovutettava polttoainetta toistuvasti, ennen kuin mikään miehistö nousee kyytiin. Vähintään 15 näistä laukaisuista tarvitaan pelkästään laskeutujan tankkaamiseen yhtä miehitettyä laskeutumisyritystä varten, minkä vuoksi itse laskeutuminen pinnalle näyttää lähes yksinkertaiselta verrattuna kaikkeen siihen, mitä on tapahduttava kiertoradalla ennen sitä.
Kumppanit ja hintalaput
Mikään tästä ei tule halvalla, eikä mikään siitä johdu pelkästä NASAn omasta työstä. Artemikseen liittyvien ohjelmien arvioidaan maksavan noin 93 miljardia dollaria varainhoitovuosina 2012–2025, ja kunkin ensimmäisistä Artemis-laukaisuista arvioidaan maksavan noin 4,1 miljardia dollaria.
Jakaakseen sekä kustannuksia että työmäärää NASA on allekirjoittanut ei-sitovat Artemis-sopimukset, joissa määritellään periaatteet rauhanomaiselle yhteistyölle avaruudessa. Kanada ja Japani kuuluvat allekirjoittajiin yhdessä ainakin 18 muun osallistujamaan kanssa. Artemis II:n miehistö heijastaa tätä kumppanuutta suoraan, sillä he lentävät yhdessä yhtenä ohjelman tähän mennessä näkyvimmistä kansainvälisistä tuloksista.
Mitä kaksikymmentä vuotta ISS:llä opetti NASAlle
Suuri osa Artemiksen taustalla olevasta luottamuksesta juontaa juurensa paljon lähempään laboratorioon. NASA huomauttaa, että matka Kuuhun kattaa noin 1 000-kertaisen matkan verrattuna matalalla Maan kiertoradalla olevaan avaruusasemaan tehtävään matkaan – hyppäys, joka tekee jokaisesta elämää ylläpitävän järjestelmän ja navigoinnin marginaalista huomattavasti vähemmän antelias.
Tämä kokemus ei ole pelkkä luottamuksen kasvattaja – se on suoraan muokannut laitteistosuunnitelmia. Lähes 20 vuotta jatkuvaa elämää ylläpitävien järjestelmien toimintaa avaruusasemalla on antanut insinööreille mahdollisuuden suunnitella uudelleen tulevia Mars-tehtäviä varten suunnitellut järjestelmät niin, että massa on pienentynyt 36 %, painoa, joka muuten pitäisi laukaista valtavin kustannuksin.