Oto plan NASA na wykorzystanie napędu nuklearnego w stacji Gateway i wysłanie jej na Marsa

W świecie eksploracji kosmosu nagłe zwroty akcji są rzadkością, ale ogłoszona właśnie decyzja NASA o wstrzymaniu prac nad księżycową stacją Gateway na rzecz bazy na powierzchni Księżyca wywołała niemałe poruszenie. Zamiast porzucić gotowe już komponenty, na które od 2019 roku wydano blisko 4,5 miliarda dolarów, agencja zdecydowała się na ryzykowny, ale fascynujący krok: przekształcenie serca stacji w pierwszy od dekad amerykański statek napędzany energią jądrową, który obierze kurs na Marsa.

Kluczowym elementem tej transformacji jest Power and Propulsion Element (PPE), moduł budowany obecnie przez Lanteris Space Systems w Palo Alto. To, co pierwotnie miało być stacjonarnym węzłem zasilającym orbitującym wokół Księżyca, stanie się fundamentem misji SR-1 Freedom. NASA planuje wystrzelić ten demonstrator technologii już pod koniec 2028 roku, co stawia inżynierów przed morderczym terminem zaledwie 33 miesięcy na ukończenie projektu.

Drugie życie modułu PPE i reaktor jądrowy

Decyzja o "kanibalizacji" sprzętu przygotowanego dla programu Gateway to pragmatyczna próba uratowania miliardowych inwestycji. Moduł PPE dysponuje najpotężniejszym systemem napędu elektrycznego, jaki kiedykolwiek trafił w przestrzeń kosmiczną, składającym się z trzech silników o mocy 12 kW oraz czterech jednostek 6 kW. Choć pierwotnie miał polegać wyłącznie na panelach słonecznych, nowa konfiguracja zakłada integrację z reaktorem rozszczepialnym zasilanym uranem.

Napęd jądrowo-elektryczny (nuclear-electric propulsion) oferuje znacznie wyższą wydajność niż tradycyjne rakiety chemiczne. Choć generuje mniejszy ciąg niż silniki jądrowo-termiczne, pozwala na długotrwałe i niezwykle efektywne przemieszczanie dużych mas w głębokiej przestrzeni. Dla NASA SR-1 Freedom ma być dowodem na to, że Stany Zjednoczone potrafią zbudować, bezpiecznie wystrzelić i operować systemem jądrowym poza orbitą okołoziemską – co nie udało się od ponad 60 lat.

Koniec z projektami-widmami

Historia prób wdrożenia napędu nuklearnego przez NASA jest długa i usiana niepowodzeniami. Od skasowanego ponad 20 lat temu Project Prometheus, po ubiegłoroczne zamknięcie programu DRACO (realizowanego wspólnie z DARPA), agencja zmagała się z "przekleństwem wykonania". Jak zauważył Steve Sinacore, dyrektor programu reaktorów kosmicznych w NASA, brak operacyjnego reaktora nie jest problemem technologicznym, lecz kwestią zarządzania i zbyt ambitnych celów, które windowały koszty.

Misja SR-1 ma być inna. Zamiast budować wszystko od zera, NASA wykorzystuje istniejące podwozie statku oraz reaktor o mocy około 20 kilowatów. To ułamek tego, co planowano w ramach Prometheusa, ale wciąż 20 razy więcej energii, niż generują systemy w obecnych łazikach marsjańskich czy sondach Voyager. Strategia administratora NASA, Jareda Isaacmana, jest jasna: agencja musi najpierw udowodnić, że technologia działa, zanim poprosi o kolejne miliardy na pełnoskalowe misje załogowe.

• Cel misji: Demonstracja napędu jądrowo-elektrycznego w locie międzyplanetarnym.
• Kluczowy komponent: Reaktor rozszczepialny o mocy 20 kW zintegrowany z modułem PPE.
• Termin startu: Grudzień 2028 (okno startowe na Marsa).
• Główny wykonawca PPE: Lanteris Space Systems.

Skyfall: Śmigłowce nad Czerwoną Planetą

Choć głównym celem SR-1 Freedom jest test napędu, NASA nie wysyła statku "na pusto". Do misji dołączono ambitny ładunek dodatkowy o nazwie Skyfall. Mothership przetransportuje w kierunku Marsa trzy drony, oparte na konstrukcji słynnego helikoptera Ingenuity. Ich zadaniem będzie skanowanie powierzchni planety za pomocą kamer i radarów penetrujących grunt w poszukiwaniu podpowierzchniowych pokładów lodu wodnego.

Proces lądowania tych jednostek zapowiada się na inżynieryjny majstersztyk. Po oddzieleniu się od modułu SR-1, kapsuła wejdzie w atmosferę Marsa z prędkością hipersoniczną przekraczającą Mach 5. Po wyhamowaniu do Mach 2 i otwarciu spadochronu naddźwiękowego, nastąpi odrzucenie osłony termicznej i pierwszy w historii zrzut śmigłowców bezpośrednio w powietrzu (mid-air deployment). To one mają wytyczyć bezpieczne szlaki dla przyszłych kolonizatorów.

Logistyka, bezpieczeństwo i bezlitosna mechanika nieba

Realizacja misji w tak krótkim czasie wymaga niemal idealnej egzekucji. Steve Sinacore podkreśla, że "mechanika orbitalna nie podlega negocjacjom" – jeśli NASA nie zdąży do końca 2028 roku, kolejne okno startowe otworzy się dopiero na początku 2031 roku. Aby zdążyć, projekt musi unikać tzw. "mission creep", czyli ciągłego dodawania nowych funkcji, które opóźniają start.

Poważnym wyzwaniem pozostaje certyfikacja bezpieczeństwa. Wyniesienie paliwa jądrowego wymaga ścisłej współpracy z Departamentem Energii oraz wyboru odpowiedniej rakiety. Obecnie SpaceX Falcon Heavy przechodzi proces certyfikacji nuklearnej na potrzeby misji Dragonfly (lot na Tytana), co czyni go naturalnym kandydatem do wyniesienia SR-1 Freedom. NASA nie ujawniła jeszcze całkowitego kosztu misji, ale wykorzystanie gotowego sprzętu z programu Gateway ma radykalnie obniżyć wydatki w porównaniu do poprzednich, nieudanych inicjatyw.

"Nie próbujemy zrobić wszystkiego. Próbujemy zrobić tę jedną trudną rzecz: po raz pierwszy w historii uruchomić sprzężony system reaktora jądrowego, konwersji energii i napędu elektrycznego poza orbitą Ziemi" – Steve Sinacore, NASA.

Sukces SR-1 Freedom może całkowicie zmienić paradygmat podróży kosmicznych. Jeśli napęd jądrowy okaże się niezawodny, czas podróży na Marsa ulegnie skróceniu, a masa ładunków, które możemy tam wysłać, drastycznie wzrośnie. NASA stawia wszystko na jedną kartę, wierząc, że recykling komponentów stacji Gateway to najszybsza droga do uczynienia z ludzkości gatunku międzyplanetarnego. Prognozuję, że najbliższe 33 miesiące będą najbardziej intensywnym okresem w historii nowoczesnej inżynierii jądrowej, a wynik tej misji zdefiniuje strategię eksploracji układu słonecznego na kolejne pół wieku.