Opdatering: Det lykkedes 16. november 2022 NASA at opsende måneraketten. Artiklen her er fra før opsendelsen og giver solid baggrundsviden om, hvad raketten er for en størrelse, og hvad der nu venter den.
Når man ser den nye amerikanske måneraket Artemis 1, kan man let komme til at tænke på rumfærgerne.
Vi har den samme enorme tank til flydende brint og ilt og de samme hjælperaketter med fast brændstof.
Som vi skal se, er det ikke så mærkeligt, for Artemis 1 er en direkte arvtager til den teknik, rumfærgerne anvendte i perioden 1981–2011.
Men inden vi ser på raketten og dens historie, har vi lige en kort bemærkning om dens navn. Raketten har det ikke særligt inspirerende navn SLS, der står for Space Launch System, og det er den største amerikanske raket siden den berømte Saturn 5, der for snart 50 år siden sendte Apollo-astronauterne til Månen.
Men da raketten nu er en del af det nye amerikanske måneprogram Artemis, så hedder den første raket Artemis 1, selv om typebetegnelsen stadig er SLS.
Der er tre historier at fortælle om SLS.
- Hvorfor raketten overhovedet blev bygget, længe før man havde Artemis-programmet
- Hvordan raketten er konstrueret
- Planen for den mindst tre uger og måske helt op til seks uger lange flyvning, der skal sende det nye Orion-rumskib i bane om Månen og bringe det tilbage til Jorden.
Senatets egen måneraket
Det er ikke uden grund, at SLS i mange år uofficielt blev kaldt Senate Launch System, for rakettens historie handler ikke så meget om rumfart, men om hvordan amerikansk politik virker.
Det hele begyndte under præsident Bush i 2004. Han bad NASA om at lægge en plan for rumfarten, efter at rumstationen ISS var bygget færdig. Det førte til Projekt Constellation, som skulle sende mennesket tilbage til Månen og derefter til Mars. Fra 2004-2009 arbejdede NASA så på at lægge planer og konstruere rumskibe.
Resultatet blev en plan, som blandt andet omfattede en stor raket, der kunne sende mennesker til Månen. Raketten fik navnet Ares 5 efter navnet på den græske krigsgud Ares, der i den romerske mytologi gik under navnet Mars. Der kom også en plan om et nyt rumskib ved navn Orion.
Men så kom finanskrisen i 2008, og Obama blev ny præsident. Han valgte at opgive Projekt Constellation, til fordel for en flyvning til en asteroide, som heller ikke blev til noget. I virkeligheden havde NASA nu ikke længere en stor plan for fremtiden, og det er her, senatet kommer ind i billedet.
Rumfart er måske nok en udgift for regeringen i Washington, men den kanaliserer penge og dermed arbejdspladser ud til de enkelte stater, og det har en enorm politisk betydning. Hvis en senator på den måde kan støtte sin egen stat, så bliver han/hun populær, og så lyder det godt at have en rumfartsindustri i stedet for lidt småindustri.
Så senatorerne sørgede for, at projekt Constellation ikke forsvandt helt. Ares 5 blev videreført under navnet SLS, mens Orion-rumskibet beholdt sit navn.
\ Om artiklens forfattere
Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.
I snart 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.
De står bag bogen 'Det levende Univers' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk.
Derfor overlevede både SLS og Orion, så NASA har i virkeligheden brugt mere end 10 år – og en ustyrlig bunke penge – på disse projekter. Men de gav arbejde, så de var aldrig i fare for at blive stemt ned.
Således fik SLS år efter år flere penge, end NASA bad om. Til gengæld blev den oprindelige konstruktion af Ares 5 gradvist ændret og moderniseret.
En rapport fra 2019 viste, at de to programmer tilsammen havde pumpet 14 milliarder dollar ud i økonomien og derved skabt 69.000 job.
Så kom Trump med Artemis-projektet i december 2017, og nu kunne NASA så omsider lægge nogle faste planer både for SLS og Orion.
Det nye blev, at NASA ikke står for hele projektet, men at private firmaer som SpaceX får en vigtig rolle. For Orion-rumskibet kan kun gå i bane om Månen, og planen er, at Orion her skal mødes med et rumskib, som er bygget af den private industri, og som skal gennemføre selve landingen på Månen.
Med tiden er det meningen, at der skal bygges en lille rumstation i bane om Månen, og at det er herfra, alle landinger skal foretages.
Fra Ares 5 til SLS
Da NASA begyndte at planlægge Ares V tilbage i 2004, valgte man at bygge videre på den velkendte teknik fra rumfærgerne.
Det førte til en raket, hvor man kunne anvende raketmotorer af samme type som i rumfærgerne.
Disse motorer havde som brændstof flydende brint og ilt, som er det mest effektive raketbrændstof, der findes – men som også har nogle ulemper.
Den filosofi har man gennem alle årene holdt fast ved, og når Artemis 1 starter, så er drivkraften i første trin fire motorer, som oprindeligt var bygget til rumfærgerne.
De er dog ikke kraftige nok til at løfte raketten, så der er også to meget store hjælperaketter med fast brændstof, hver med en vægt på ikke mindre end 726 ton. Det er igen en teknik, som er arvet fra rumfærgerne.
Ved starten vejer Artemis 1 over 2.600 ton, og her udgør de to hjælperaketter lidt over 1.400 ton.
Et af problemerne ved flydende brint er den meget lave massefylde, der kræver en meget stor og derfor tung brændstoftank.
Et andet problem er, at flydende brint skal opbevares ved -253 grader, og det får tanken til at trække sig sammen, når raketten fyldes med brændstof.
Faktisk bliver tanken 15 cm kortere og diameteren 2,5 cm mindre, når der er fyldt brint på.
Endelig skal nævnes, at flydende ilt kræver en temperatur på -182 grader. Det er næsten 70 grader varmere end den flydende brint, så man skal passe på, hvordan man tilrettelægger brændstoftilførslen. Et rør med flydende ilt er så varmt, at det kan få brinten til at koge – eller brinten kan køle ilten så meget ned, at den fryser til is.
Men i virkeligheden er Artemis 1 slet ikke den raket, man havde håbet på. Den kan kun sende 27 ton til Månen, hvilket jo er meget mindre end de 45 ton, Saturn 5 kunne klare for 50 år siden. Problemet er penge, som har forsinket bygningen af det oprindelige store andet trin.
Dette trin hedder Exploration Upper Stage (EUS) og har fire RL-10 motorer, der er drevet af flydende brint og ilt. Med dette trin kan SLS sende hele 46 ton til Månen.
Det andet trin, som Artemis 1 anvender, er en midlertidig nødløsning med bare en enkelt RL-10 motor, og vi skal nok frem til Artemis 4 eller 5, før EUS bliver taget i brug.
\ Læs mere
Rumskibet Orion
Artemis 1 har kun en opgave, nemlig at sende NASA's nye rumskib Orion til Månen.
Orion er en direkte arv fra det nu glemte Constellation-projekt, og det bygger i høj grad på det gode gamle Apollo- rumskib. Orion er beregnet til fire astronauter, der sidder i en kapsel, der i høj grad ligner Apollo-kapslen.
Orion er med en diameter på fem meter på sit bredeste sted betydelig større end Apollo, som havde en diameter på 3,9 meter.
Mere vigtigt er, at den også er betydelig bedre indrettet. Således er der i Orion en udstrakt brug af computerskærme, og det er netop her, man mest tydeligt ser forskellen til den gamle Apollo-kabine, hvor der kun var nogle få og meget små computere – og bestemt ingen computerskærme.
Orion består af en kapsel til besætningen og et servicemodul, som er bygget af ESA på Airbus-fabrikkerne i Bremen. Derfor hedder det første modul til Artemis 1 også Bremen.
Servicemodulet rummer styremotorer og en strømforsyning, der får energi fra fire solvinger, hver med en længde på syv meter. Orion klarer lige vægtgrænsen på de 27 ton, som Artemis 1 kan sende til Månen.
Orion har en gang tidligere været i rummet.
Det var i 2014, hvor man sendte et ubemandet Orion-rumskib op til en højde på 5.800 km med en Delta-raket, og efter to omkredsninger af Jorden rejste rumskibet tilbage mod Jorden med en fart på 32.000 km i timen for at afprøve varmeskjold, faldskærm, computere mv. Rumskibet blev helt efter planen samlet op i Stillehavet efter en flyvning på 4,5 timer.
Også på Artemis 1 er Orion ubemandet, selv om der kun er et par dukker ombord, godt udstyret med teknik til at måle den stråling, de modtager på turen.
Orion kan ikke selv lande på Månen, men er afhængig af et landingsfartøj, som det skal mødes med i en bane om Månen – men det er en helt anden historie.
Rejsen
Det vil naturligvis være et imponerende syn at se Artemis 1 løfte sig fra rampen, men hvis man har set en rumfærgeopsendelse, vil det nu virke ganske genkendeligt.
De to hjælperaketter med fast brændstof skaber nogle enorme flammer, mens de fire rumfærgemotorer i selve første trin har en næsten usynlig udstødning, som i øvrigt består af supervarm vanddamp, som farer bort fra raketdysen med en fart på omkring 16.000 km i timen.
De to hjælperaketter afkastes efter en flyvning på 2 minutter og 12 sekunder i en højde på 45 km. Derefter fortsætter første trin alene, indtil de fire motorer slukker efter 8 minutter og 16 sekunder i en højde på 157 km.
Her gør NASA så noget, som kineserne kunne lære en del af.
Det enorme 64 meter lange og mere end 85 ton tunge første trin går ikke i bane om Jorden, men sendes ind i en bane med en mindste højde på 30 km over Jorden.
Det er i den øvre atmosfære og sikrer, at rakettrinnet brænder op over et øde område i stedet for at kredse om Jorden i et par dage, før det kommer ind i atmosfæren, måske over et beboet område.
Derefter udfoldes de fire syv meter lange solpaneler på Orion, og det lille, beskedne andet trin med sin enlige RL-10 motor sender nu rumskibet mod Månen. Når man nu kun har en motor at gøre godt med, så må den til gengæld være tændt i længere tid, nemlig i 22 minutter.
2 timer og 9 minutter efter starten adskilles andet trin og Orion fra hinanden, i en højde på næsten 3.900 km over Jorden. Nu er Orion så gået ind i en meget aflang bane om Jorden mellem 3.900 og 394.500 km over Jorden.
Efter en rejse på 4 døgn 7 timer passerer Orion så Månen i en afstand på bare 100 km, og her tændes så styremotorerne i servicemodulet. Herved ændres banen, så Orion nu går ind i en bane om Månen flere tusinde km over Månens overflade.
Efter nogle uger tændes motorerne igen, og Orion begynder på sin lidt over fire døgn lange returrejse til Jorden, der lige som i Apollo-tiden ender med, at kapslen lander i Stillehavet.
Valget
Det er nu 18 år siden, at NASA begyndte at tænke på en efterfølger til Saturn 5, og i denne tid har den oprindelige Ares 5-raket udviklet sig til SLS, men arven fra rumfærgerne er grundlæggende stadig bevaret.
Men 18 år er lang tid, og spørgsmålet er, om der nu er kommet bedre måder at bygge en måneraket på.
Det mener Elon Musk og hans firma SpaceX, der nu har konstrueret raketten Starship, som er endnu større end SLS. SpaceX regner med at gennemføre den første prøveflyvning senere i år, men vi kan desværre ikke give nogen dato. Flyvningen vil bestå i en enkelt omkredsning af Jorden.
Der er to afgørende forskelle mellem SLS og Starship:
- Starship er i modsætning til SLS beregnet til, at begge trin kan genanvendes
- I stedet for flydende brint anvendes flydende metan som brændstof
Metan er ikke helt så effektivt som flydende brint, så man skal bruge mere brændstof for at løse en bestemt opgave. Derfor vejer Starship ved start næsten 5.000 ton - altså næsten det dobbelte af SLS. Med den startvægt er det ikke så mærkeligt, at Starship har hele 32 raketmotorer i første trin.
Det er naturligvis en udfordring at få 32 motorer til at virke sammen, men det, mener SpaceX, opvejes af fordelene ved at anvende metan i stedet for brint.
\ Læs mere
Flydende metan er et billigt brændstof, der i modsætning til flydende brint er let at opbevare. Brinten er så kold, at det er nødvendigt med superisolerede tanke, som er dyre, og som desuden kræver en meget avanceret svejseteknik, da brintmolekyler er små og derfor har let ved at smutte gennem selv de mindste utætheder.
Flydende metan har en temperatur på -162 grader, hvilket er tæt på temperaturen på flydende ilt, som er -183 grader. Alene det gør konstruktionen meget simplere. Således er det meget lettere at bygge brændstofpumper til metan og ilt end til brint og ilt.
Den største svaghed ved SLS er, at den ikke er beregnet til genbrug, og alene det vil give en betydelig prisforskel mellem Starship og SLS. Endnu har vi ingen sikre priser, men sandsynligvis vil en opsendelse af SLS koste op mod en milliard dollar.
Hvis det lykkes at genbruge Starship, forventes det at prisen for en opsendelse bliver meget lavere – et bud vil være et par hundrede millioner dollar i hvert fald i begyndelsen med mulighed for endnu lavere priser, hvis markedet for Starship bliver stort nok.
Så det måske mest interessante er, at vi i de kommende år direkte kan sammenligne to meget forskellige måder at bygge en ny måneraket på. Den sammenligning kan være med til at forme rumfartens fremtid, hvor man ikke bare skal se op teknik, men også på økonomi.
\ Læs mere
\ Passagerer på SLS
Artemis 1 medfører ikke mindre end 10 små satellitter, de såkaldte cubesats, hver med en vægt på bare nogle få kg. Vi vil her nævne tre
- En Japansk landing (!) på Månen med en bare 14 kg tung sonde. Det bliver en lidt hård landing, da bremsemotoren slukker 100 meter over overfladen, så sonden falder frit det sidste stykke vej i den heldigvis lave tyngdekraft. Man vil afprøve, om man har udviklet nogle airbags, der gør en sådan ’halvhård’ landing mulig, hvilket skulle gøre det muligt at foretage meget billige landinger på Månen.
- Flyvning til en bare 18 meter stor asteroide, hvor man vil bruge et solsejl til at sende den lille rumsonde på rette kurs. Når den når frem til asteroiden i 2023, vil den flyve forbi med en fart på bare lidt over 100 km i timen, hvilket vil give god tid til at foretage observationer
- En lille vejrstation, der skal overvåge ’vejret’ på Solen og gøre det muligt bedre at varsle om store og farlige udbrud. Som alle meteorologer ved, kræver det mange vejrstationer, placeret mange steder, for at kunne levere en god vejrudsigt. Tilsvarende har vi brug for en masse, gerne små og billige, vejrstationer til at overvåge Solen.
Læs også: NASA i klemme mellem to milliardærer
Læs også: Starship: NASA vil lande på Månen med en gigantisk Mars-raket
Læs også: Tiangong: Kinas nye rumstation er et varsel om en ny stormagt i rummet
Læs også: Hvor er det russiske rumprogram på vej hen?
Læs også: Starliner: Hvad betyder NASA's nye rumskib for rumfarten?
