Przyklęknąć? Schylić się? Iść? Lepiej było sobie darować. Teraz chcą to poprawić, ale koszt sięgnie miliarda dolarów [TAKA CIEKAWOSTKA]

Ponowne umieszczenie człowieka na Księżycu w 2024 roku jeszcze nie tak dawno było oficjalnym celem NASA. Dziś jest jednak jasne, że z powodu licznych problemów ze sprzętem to fantazja. Jednym z kluczowych jest opóźnienie w pracach nad nowymi skafandrami. Mogłoby się wydawać, że nic trudnego, bo już pół wieku temu były odpowiednie. Jednak ich prawdziwa historia rzadko jest opowiadana w całości.

Temat nowych skafandrów dla astronautów NASA stał się bardzo głośny w sierpniu, za sprawą raportu wewnętrznego audytu agencji. Wykazał on, że pomimo 14 lat prac i wydania niemal pół miliarda dolarów, nadal jest daleko do szczęśliwego finału. Nie ma właściwie szans, aby udało się przygotować nowe skafandry do 2024 roku, kiedy teoretycznie miały zostać użyte do pierwszego załogowego lądowania na Księżycu w ramach programu Artemis.

Opóźnienie w pracach nad nowym strojem astronautów uznano za jeden z kluczowych powodów, dla których lądowanie w 2024 roku jest nierealne. Oczywiście niejedyny. Teoretycznie zostały trzy lata, a choćby lądownik księżycowy istnieje wyłącznie na przysłowiowych deskach kreślarskich, a główna rakieta SLS nie poleciała nawet raz. Raport na temat problemów ze skafandrami wywołał jednak większe emocje, bo na pozór są one taką prostą sprawą. Ba, już pół wieku temu USA były w stanie odpowiednio ubrać astronautów, aby ci mogli funkcjonować na Księżycu. W czym problem, że na opracowanie nowe wersji trzeba ponad dekady i setek milionów dolarów?

Jak po grudzie

Po części odpowiedzią jest oczywiście tradycyjna niewydolność administracyjna. Oficjalnie prace nad nowym skafandrem kosmicznym zaczęto już w 2007 roku. Od tego czasu już trzy razy zmieniła się forma tych prac. Najpierw tworzono nowy skafander w ramach programu Constellation. NASA robiła to wewnętrznie, rezygnując z dotychczasowego modelu, w którym zamawiała gotowy produkt w firmie prywatnej, jednocześnie ściśle nadzorując jego projektowanie i produkcję. Ze względu na różne problemy z dotychczasowymi dostawcami skafandrów starszej generacji stwierdzono, że lepiej będzie tworzyć nowe na własną rękę.

Po trzech latach program Constellation został zawieszony. Prace nad skafandrem pomimo tego kontynuowano, choć z niewystarczającym finansowaniem. Równocześnie zaczęto oddzielny program stworzenia nowych strojów kosmonautów we współpracy z firmami prywatnymi. Oba połączono w jeden w 2016 roku. Wówczas projekt i docelowy produkt zyskały aktualną nazwę, xEMU (x od eksploracji, ale też od nowej generacji, EMU od Extravehicular Mobility Unit, czyli "urządzenie zapewniające mobilność poza pojazdem"). Całe to zamieszanie wpłynęło negatywnie na efektywność i trzymanie się planu.

Niezależnie od tych przyczyn natury administracyjnej, kluczowym powodem opóźnień jest ambicja. xEMU ma być drastycznie lepszy od swoich poprzedników. Oznacza to szereg wyzwań technologicznych oraz lata eksperymentów i prób. Mogłoby się wydawać, że skafander to skafander i o co właściwie chodzi, skoro już pół wieku temu były dość dobre. Jednak to, czego się zazwyczaj nie mówi, to fakt, że patrząc z dzisiejszej perspektywy, skafandry astronautów ery Apollo były naprawdę, ale to naprawdę dalekie do doskonałości. Owszem, jak na swoje czasy i szaleńcze tempo prac świetnie się sprawdziły, jednak dla astronautów były poważnym utrapieniem.

Sztywność wszędzie

Widać to dobrze na nagraniach z Księżyca. Ruchy astronautów są nienaturalnie sztywnie. Więcej podskakują wyprostowani, niż chodzą. Po prostu w ten sposób znacznie mniej się męczą. Normalne ruszanie nogami było trudne, więc astronauci Apollo prawie tego nie robili. Zgięcie nogi w kolanie tak samo. Pochylenie się? Tylko w ostateczności i w ograniczonym stopniu. Podniesienie rąk nad głowę? Powodzenia. Tak samo obrócenie się w biodrach. Sięgnięcie czegokolwiek z powierzchni? Poważny wysiłek i konieczność wykonywania jakichś dziwnych przykucnięć, czy wręcz rzucania się w dół, aby pokonać opór skafandra, tylko po ty, aby zostać przezeń właściwie wystrzelonym z powrotem w górę. Generalnie zgięcie większości części ciała było czymś, czego lepiej było unikać.

Wszystko to nie z powodu innych warunków na Księżycu. Winne były skafandry. Żeby utrzymać człowieka przy życiu, muszą mu zapewnić między innymi stałe ciśnienie, temperaturę i być odporne na uszkodzenia. Oznacza to w praktyce upchnięcie go w sztywnej skorupie z wielu warstw różnych materiałów. Na dodatek pod ciśnieniem. Czyli każda próba zgięcia stawu czy korpusu, oznacza nie tylko walkę ze sztywnością zewnętrznych powłok, ale też zmniejszenie objętości wewnętrznej, czyli wzrost ciśnienia, czyli aktywny opór ze strony skafandra wobec ruchów astronautów. Tak jakby wziąć balon z naprawdę grubej gumy i spróbować go zgiąć w pół, a następnie puścić. Oporowi przy ruchach można zapobiec, montując w każdym stawie szczelne łożyska, które nie zmieniają kształtu, a umożliwiają ruch. Jednak w latach 60. były one dość ciężkie, a masę skafandrów trzeba było ostro ciąć (i tak ważyły w całości prawie sto kg), ponieważ nie było pewności, czy lądowniki i astronauci nie zapadną się w księżycowym gruncie. Dodatkowo ludzie mieli w nich też startować i lądować na Ziemi, gdzie grawitacja wymusza utrzymanie masy stroju w ryzach. Łożyska zastosowano więc tylko w rękach, dzięki czemu nimi można było ruszać prawie normalnie. Jednak korpus i nogi wołały o pomstę do nieba.

Tamte skafandry miały też szereg innych problemów. Ich zakładanie było trudne, bo składały się z kilku części. Danie sobie z tym rady w ciasnym lądowniku księżycowym stanowiło spory wysiłek, po którym trzeba było odpoczywać. Do sztywnego korpusu trzeba się było wcisnąć od dołu, co wymuszało odpowiednie umieszczenie w nim dziur na ręce. Odpowiednie do zakładania, ale już nie do poruszania się, przez co standardową przypadłością astronautów NASA do dzisiaj są urazy stawów w ramionach. Zewnętrzna powłoka skafandrów była owszem odporna na skrajne temperatury i uderzenia mikrometeroidów, ale zupełnie nie radziła sobie z księżycowym pyłem, który jest bardzo drobny i ostry. Szybko wnikał w materiał i zaczynał go przecierać, przez co stroje nadawały się na krótkie wypady, ale nie na dłuższy pobyt na Księżycu. System chłodzenia, choć był wydajny, to był też bardzo wrażliwy na zanieczyszczenia w wodzie i łatwo się zatykał.

Pomimo tego wszystkiego, skafandry spełniały pokładane w nich oczekiwania. Zrobiły to na tyle dobrze, że kiedy tworzono skafander na potrzeby misji w wahadłowcach NASA, bazowano w znacznym stopniu na tych, które noszono podczas misji Apollo. I to te skafandry są używane do dzisiaj do spacerów kosmicznych na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Są jednak równie niewygodne co te poprzednie. W końcu zaprojektowano je z myślą o używaniu tylko w warunkach nieważkości. Nikt w nich normalnie nie chodzi ani nie musi się specjalnie schylać. Tak naprawdę wystarczają możliwe sprawne ręce.

Materiał NASA pokazujący nowy skafander xEMU i opisujący jego różnice względem tego z czasów Apollo

 

Ma być znacznie lepiej

Nowe skafandry xEMU mają dać odpowiedź na te wszystkie problemy i wiele więcej. Po pierwsze dzięki miniaturyzacji praktycznie wszystkie systemy podtrzymywania życia udało się zdublować, dzięki czemu życie astronauty nie będzie zależne od jednej pompy czy zaworu. Zmieniono też zasadę działania systemu chłodzenia, znacznie podnosząc jego tolerancję na wodę kiepskiej jakości. Po drugie zewnętrzna powłoka ma być znacznie bardziej odporna na księżycowy pył, przy jednoczesnym podniesieniu odporności na uderzenia i skrajne temperatury (od -150 do +120). Po trzecie zastosowano wiele dodatkowych łożysk (które dzisiaj są znacznie lżejsze niż pół wieku temu) i nowych materiałów, które razem mają drastycznie poprawiać mobilność i umożliwiać klękanie, schylanie się, obracanie, czy podnoszenie przedmiotów nawet nad głowę.

Po czwarte skafandry są jednoczęściowe. Wchodzi się do nich przez otwór w plecach, ukryty pod plecakiem z systemem podtrzymywania życia. To rozwiązania podpatrzone u Rosjan, które znacznie upraszcza proces zakładania skafandra i jego konstrukcję. Po piąte są modułowe, czyli wiele ich elementów można łatwo wymienić w prosty sposób. Starsze skafandry można serwisować tylko na Ziemi. Nowe mają się nadawać do obsługi i modyfikacji nawet w kosmosie. Po szóste drastycznie poprawiono systemy łączności, dzięki czemu można zrezygnować z często widocznej na głowach astronautów szykujących się do lotu czarnej czapki, do której do dzisiaj są przyczepione mikrofony i słuchawki. W NASA nazywana jest "czapką Snoopiego", która po kilku godzinach wysiłku jest cała mokra od potu i bardzo niekomfortowa.

Prezentacja nowego skafandra xEMU w 2019 roku. To ten biały, drugi od prawej. Pomarańczowy strój widoczny po prawej stronie to skafander awaryjny do użytku we wnętrzu statku kosmicznego, lub po wyjściu z niego już na Ziemi. Fot. NASA/Joel Kowsky

Po siódme zadbano o to, aby nowe skafandry były znacznie lepiej dopasowane. Dotychczas zakres wyboru rozmiarów był bardzo ograniczony, więc osoby o budowie odbiegającej od średniej miały problemy z otarciami czy ciasnotą w niektórych miejscach. Nowe skafandry mają być znacznie lepiej dopasowane za sprawą przeprowadzania pełnego skanowania ciała i tworzeniu wirtualnego modelu 3d przyszłego użytkownika.

Cały ten postęp oznacza jednak poważne wyzwania technologiczne, oraz wysokie koszty. W połączeniu z bardzo wyśrubowanymi normami i problemami natury administracyjnej, mamy efekt w postaci na pozór absurdalnych terminów i ceny. Czyli w praktyce niemal dwóch dekad od początku prac do początku normalnego użycia i prognozowanej ceny miliarda dolarów za cały program.