فرود ماهنشین آرتمیس ۳ ناسا به ۲۰۲۷ موکول شد؛ مشکل سپر حرارتی اوریون
آرتمیس ۳ به ۲۰۲۷ لغزید: فرسایش سپر حرارتی اوریون باعث تغییر طراحی بزرگ شد
ناسا در ۹ ژانویه ۲۰۲۵ اعلام کرد مأموریت آرتمیس ۳ – اولین فرود سرنشیندار روی ماه پس از آپولو ۱۷ – زودتر از اواسط ۲۰۲۷ پرتاب نخواهد شد. این تأخیر حدود دو سال عقبتر از هدف قبلی یعنی اواخر ۲۰۲۵ است و ریشه در مشکلات حلنشدهٔ سپر حرارتی فضاپیمای اوریون دارد. در طول پرواز آزمایشی بدون سرنشین آرتمیس ۱ در نوامبر ۲۰۲۲، سپر حرارتی دچار کربنی شدن غیرمنتظره و کاهش ماده شد؛ مسئلهای که مقامات ناسا آن را برای بازگشت سرنشیندار «غیرقابل قبول» توصیف کردند.
طبق گزارشی که دفتر بازرس کل ناسا در می ۲۰۲۴ منتشر کرد، مادهٔ سایشی Avcoat روی سپر حرارتی اوریون در آرتمیس ۱ بهطور ناهمسان فرسایش یافت و حدود ۳۰٪ بیشتر از پیشبینی مدلهای رایانهای از دست داد. بازرسی پس از پرواز نشان داد چند ناحیه از سپر به شکلی از ساختار زیرین جدا شده که در آزمایشهای زمینی دیده نشده بود. لاکهید مارتین، پیمانکار اصلی اوریون، از آن زمان با بخش توسعهٔ سامانههای اکتشافی ناسا همکاری کرده تا الگوهای فرسایش را بازتولید و ریشهیابی کند.
علت اصلی: مسیر بازگشت و عملکرد ماده
هیئت بررسی مستقل ناسا به ریاست کریس فرگوسن، فضانورد سابق و ناخدا بازنشستهٔ نیروی دریایی، دو عامل اصلی را مشخص کرد. اول، الگوریتم هدایت skip-entry که در آرتمیس ۱ استفاده شد – مانوری برای اتلاف انرژی در یک مسیر طولانیتر – سپر حرارتی را در محیط پلاسمایی قرار داد که شار حرارتی واجد شرایط آن را تقریباً ۱۵٪ افزایش داد. دوم، تجمع فشار گاز داخلی مادهٔ Avcoat باعث پوستهپوسته شدن (spallation) شد، یعنی تکههایی از لایهٔ سایشی بهجای کربنی شدن یکنواخت، جدا شدند.
مهندسان لاکهید مارتین از آن زمان بیش از ۲۰۰ تست arc-jet در مرکز تحقیقات ایمز ناسا انجام دادهاند تا رفتار ماده را در نرخهای گرمایشی بالاتر از حد انتظار مشخص کنند. نتایج اولیه که در یک کنفرانس مطبوعاتی دسامبر ۲۰۲۴ به اشتراک گذاشته شد، نشان میدهد تغییرپذیری تولید در توزیع رزین فنولیک Avcoat ممکن است به فرسایش غیریکنواخت کمک کرده باشد. این شرکت اکنون برای سپر حرارتی آرتمیس ۳ کنترلهای کیفی سختگیرانهتری اعمال میکند، از جمله اسکنهای توموگرافی کامپیوتری اشعه ایکس از هر سلول لانهزنبوری در ساختار ۱۶٫۵ فوتی.
جدول زمانی تجدیدنظر شده و پیامدهای آرتمیس ۲
ماموریت آرتمیس ۲ – یک پرواز کناری ماه با سرنشین که در اصل برای نوامبر ۲۰۲۴ برنامهریزی شده بود – نیز به تأخیر افتاد. ناسا اکنون سپتامبر ۲۰۲۵ را برای آرتمیس ۲ هدف گرفته است، مشروط به تکمیل اصلاحات سپر حرارتی. آن پرواز از همان طراحی سپر حرارتی آرتمیس ۱ استفاده خواهد کرد اما با مسیر بازگشت اصلاحشدهای که گرمایش اوج را تقریباً ۱۰٪ کاهش میدهد. اگر آرتمیس ۲ هرگونه ناهنجاری فرسایش باقیمانده را نشان دهد، سپر حرارتی آرتمیس ۳ ممکن است نیاز به بازطراحی کامل لایهبندی Avcoat داشته باشد که جدول زمانی فرود را بیشتر عقب میاندازد.
خود آرتمیس ۳ یک پروفایل مأموریت ۳۰ روزه خواهد داشت و خدمهٔ چهار نفرهٔ اوریون در مدار ماه به سامانهٔ فرود انسانی استارشیپ (HLS) اسپیسایکس منتقل میشوند. استارشیپ HLS که اکنون در کارزار تست استاتیک فایر در تأسیسات بوکا چیکا اسپیسایکس است، از نقاط عطف توسعهٔ خود عقب مانده؛ اسپیسایکس هنوز یک نمایش موفق سوختگیری مداری بدون سرنشین را تکمیل نکرده که برای مأموریت حیاتی است. بودجهٔ درخواستی ناسا برای سال مالی ۲۰۲۵ شامل ۱٫۳ میلیارد دلار ویژهٔ توسعه HLS است، اما ارزیابیهای داخلی تخمین میزنند اگر اولین تست سوختگیری تا اوایل ۲۰۲۶ عقب بیفتد، ممکن است ۶۰۰ میلیون دلار اضافی نیاز باشد.
مبادلات مهندسی: بازطراحی در مقابل پذیرش ریسک
تصمیم به تعویق فرود به جای پذیرش عملکرد فعلی سپر حرارتی، نشاندهندهٔ تغییر اساسی در وضعیت ریسک ناسا پس از سوانح کلمبیا و چلنجر است. بیل نلسون، مدیر آژانس، اظهار داشت «هیچ خدمهای بدون سامانهٔ حفاظت حرارتی کاملاً مشخص پرواز نخواهد کرد.» یعنی حتی اگر آرتمیس ۲ بینقص عمل کند، سپر حرارتی آرتمیس ۳ احتمالاً دارای فرمولاسیون اصلاحشدهٔ Avcoat با نرخهای نفوذپذیری گاز کمتر و استحکام باند بینلایهای بیشتر خواهد بود – تغییری که شش تا نه ماه به چرخهٔ تولید اضافه میکند.
لاکهید مارتین تولید سپر حرارتی اوریون را در تأسیسات مونتاژ میچود در نیواورلئان انجام میدهد. این تأسیسات در حال حاضر هر ۱۸ ماه یک سپر حرارتی تولید میکند؛ برای رسیدن به جدول زمانی ۲۰۲۷، شرکت قصد دارد با موازیسازی فرآیند ریختن Avcoat و کاهش زمان پخت از ۶۰ روز به ۴۵ روز از طریق ارتقاء کوره به ارزش ۸۷ میلیون دلار، تولید را تسریع کند. سامانههای زمینی اکتشاف ناسا در مرکز فضایی کندی نیز باید سامانهٔ اتصالات سکوی پرتاب ۳۹B را برای تطبیق با تغییرات احتمالی در پروفایل قطع ارتباط بازگشت اوریون بازسازی کنند.
تأثیر گستردهتر بر معماری آرتمیس
تاریخ ۲۰۲۷ آرتمیس ۳ مونتاژ برنامهریزیشدهٔ ایستگاه گیتوی در مدار نزدیک-مستطیلی هالهای را عقب میاندازد. دو ماژول اول گیتوی – عنصر قدرت و پیشرانش (مکسار) و پایگاه لجستیک و سکونت (نورثروپ گرومان) – قرار بود در ۲۰۲۵ روی یک فالکون هوی پرتاب شوند. اکنون آن پرتاب به اواخر ۲۰۲۶ موکول شده، زیرا ماژولها برای نهاییسازی مراحل پهلوگیری به رابط خدمه و دادههای عملکرد حرارتی اوریون از آرتمیس ۲ نیاز دارند.
شرکای بینالمللی هم تحت تأثیر قرار گرفتهاند. ماژول ارتباطی ESPRIT آژانس فضایی اروپا که برای تحویل در ۲۰۲۴ برنامهریزی شده بود، اکنون به مدت ۱۸ ماه اضافی در اتاق تمیز فریدریشهافن ایرباس ذخیره میشود و ۲۴۰ میلیون دلار هزینهٔ نگهداری و بازگواهی به همراه دارد. بازوی روباتیک آژانس فضایی کانادا که قبلاً در گیتوی یکپارچه شده، برای حفظ یکپارچگی روانکننده در طول انتظار طولانی، تحت چرخههای محفظه خلأ قرار میگیرد.
آنچه همچنان در مسیر است
با وجود این عقبافتادگیها، چندین عنصر برنامهٔ آرتمیس در جدول زمانی خود باقی میمانند. موشک SLS Block 1 ناسا که در آرتمیس ۱ فقط مشکلات جزئی داشت، برای پرواز سرنشیندار معتبر باقی است. دو هستهٔ اول برای آرتمیس ۳ و ۴ در میچود کاملاً مونتاژ شده و نصب موتور با استفاده از موتورهای RS-25 آئورجت راکتداین (شمارههای سریال ۲۰۵۶-۲۰۵۹) کامل شده است. بوئینگ، پیمانکار اصلی SLS، گزارش میدهد که مرحلهٔ بالایی اکتشافی (EUS) برای آرتمیس ۴ – که برای ارسال محمولههای همراه حیاتی است – برای تحویل تا اواخر ۲۰۲۶ در مسیر است.
استارشیپ HLS اسپیسایکس نیز پیشرفت قابلمشاهدهای دارد. این شرکت در دسامبر ۲۰۲۴ یک static fire ۱۵ ثانیهای از هر شش موتور Raptor 2 روی Ship 25 انجام داد و وسیلهٔ آزمایش سوختگیری مداری (یک تانکر استارشیپ اصلاحشده) در بوکا چیکا سوار شده است. با این حال، بررسی زیستمحیطی FAA برای پرتابهای اضافی از تأسیسات تگزاس همچنان در انتظار است و تصمیمگیری زودتر از مارس ۲۰۲۵ پیشبینی نمیشود.
چشمانداز بلندمدت
هدف ۲۰۲۷ آرتمیس ۳ واقعبینانهترین پیشبینی ناسا با توجه به چالشهای فنی است، اما تأخیرهای بیشتر ممکن است. مشکل سپر حرارتی یادآوری میکند که ایالات متحده از ۱۹۷۲ یک بازگشت سرنشیندار به ماه در سرعت گریز انجام نداده است. هر جنبه از سامانهٔ حفاظت حرارتی اوریون – از فرمولاسیون شیمیایی Avcoat تا نرمافزار هدایت که کپسول را هدایت میکند – باید از طریق پرواز آرتمیس ۲ تأیید شود.
اگر آرتمیس ۲ ناهنجاریهای اضافی را آشکار کند، تاریخ ۲۰۲۷ احتمالاً به سمت ۲۰۲۸ یا بعدتر خواهد لغزید. فعلاً ناسا و لاکهید مارتین شرط بستهاند که ترکیبی از تنظیمات مسیر، بازرسیهای تولید پیشرفته و تغییرات جزئی ماده کافی باشد. جامعهٔ فضایی پرتاب سپتامبر ۲۰۲۵ آرتمیس ۲ را از نزدیک رصد خواهد کرد؛ نتیجه تعیین میکند که گامهای بعدی انسان روی ماه در این دهه رقم میخورد یا دههٔ بعد.