Když snímky z mise Artemis II ukázaly, že se naše družice změnila v cosi jako basketbalový míč plující ve tmě, mnoho lidí si položilo stejnou otázku: proč letět tak daleko, když jsme měli letět na Měsíc?

Čtyři členové posádky – Jeremy Hansen, Christina Kochová, Victor Glover a Reid Wiseman – letěli 406 771 kilometrů od Země a proletěli nad odvrácenou stranou Měsíce ve výšce 6545 kilometrů od jeho povrchu. Pro představu, to je desetinásobek výšky Mezinárodní vesmírné stanice a téměř šestisetnásobek výšky komerčních dopravních letadel, která létají maximálně do výšky 11 kilometrů. Odpověď, která má daleko k mediální podívané, souvisí s Isaacem Newtonem a něčím tak prozaickým, jako je úspora paliva.

Rekord, který Apollo 13 drželo více než půl století

Až do mise Artemis II byli těmi, kteří se dostali nejdále od naší planety, Jim Lovell, Jack Swigert a Fred Haise. V roce 1970 se na palubě Apolla 13 dostali do vzdálenosti 400 171 kilometrů od Země a přiblížili se na 254 kilometrů od povrchu Měsíce. Tato posádka však plánovala přistát na Měsíci, než ji porucha donutila improvizovat nouzový návrat. Naproti tomu Artemis II se nikdy neměla v úmyslu dostat tak blízko. Její čtyři členové posádky obletěli Měsíc v pětadvacetinásobné výšce než Apollo 13, a přesto tento rekord ve vzdálenosti od domova překonali. Abychom pochopili proč, je třeba zapomenout na lunární geografii a soustředit se na to, na čem při tomto letu skutečně záleželo.

Mise s velmi specifickým cílem

Představte si cestu z Córdoby do Madridu. Cílem je hlavní město Španělska, ale pokud se cestou můžete zastavit v Toledu a pořídit pár fotografií, bylo by absurdní tuto příležitost nevyužít. S misí Artemis II je to podobné. Smyslem její existence bylo otestovat systémy rakety SLS a modulu Orion v reálných podmínkách, tedy ve stejných podmínkách, jakým bude čelit Artemis IV, až se pokusí o další přistání na Měsíci. Fotografování selenitového terénu, měření vlivu kosmického záření a mikrogravitace na lidský organismus – to vše bylo vítané, ale druhotné. Ke studiu vesmírné medicíny již existuje Mezinárodní vesmírná stanice a k mapování Měsíce jsou tu robotické sondy a rovery. Doplňkové cíle nemohly podmínit návrh dráhy.

Trajektorie s volným návratem: nechat gravitaci pracovat

Zde přichází na řadu Newton. Odborníci na orbitální mechaniku vysvětlují, že klíčovým konceptem je tzv. trajektorie volného návratu: trasa navržená tak, aby sonda po posledním velkém zážehu motorů byla schopna obletět Měsíc a vrátit se na Zemi prakticky bez zapálení dalších pohonných jednotek. Palivo se spotřebovává hlavně ve dvou fázích: při úniku ze zemské gravitace a při zrychlování během druhého oběhu kolem naší planety, aby získala hybnost směrem k Měsíci. Odtud už většinu práce odvádí gravitace a motory zasahují jen při drobných korekcích kurzu.

Sonda opisuje jakousi smyčku kolem naší družice. Aby tato smyčka fungovala bezpečně, musí být rychlost a výška průletu dokonale koordinovány. Gravitace, síla, která nás drží přilepené k zemi, velmi rychle ztrácí na síle, když se vzdalujeme od tělesa, které ji vytváří. K úniku od Země je zapotřebí 11 kilometrů za sekundu, k úniku od Měsíce pouhých 2,38 kilometru za sekundu a s rostoucí vzdáleností se přitažlivost stále snižuje. NASA zvolila rychlost Artemis II tak, aby byl průlet optimální pro bezpečný návrat z volné dráhy, a díky tomu byl nejbližší průlet ve vzdálenosti 6545 kilometrů od povrchu, což je výrazně více než 254 kilometrů u Apolla 13.

Ani v pasti, ani ztraceni: dokonalá rovnováha

Při rychlosti, kterou se Orion pohyboval, nebyla měsíční gravitace v této výšce dostatečně silná, aby kosmickou loď uvěznila na těsné dráze, ale ani tak slabá, aby jí umožnila uniknout do hlubin vesmíru. Byla právě tak dostatečná, aby ohnula její trajektorii a nasměrovala ji přesně k místu, kde se v pátek odpoledne bude nacházet Země. Dá se to přirovnat k tomu, jako když jedete tisíc kilometrů po dálnici a uděláte si patnáctikilometrovou zajížďku, abyste natankovali u nejlevnější benzinové pumpy: není to rozmar, je to optimalizace rozpočtu.

Analytici v oblasti letectví a kosmonautiky se shodují, že ve vesmíru jde také o budoucnost planety. Velmoci usilují o to, aby se usadily na Měsíci a využily jeho zdroje jako odrazový můstek pro průzkum vesmíru. Mise, jako je tato, představují vědecký a technologický pokrok, ale jejich konstrukce reaguje především na fyzikální zákony a potřebu co nejefektivněji hospodařit s každým gramem paliva.