Mise Artemis má – s některými rozdíly - zopakovat výpravu Apolla 8 z prosince 1968. Stejně jako tenkrát se i nadcházející let vymyká zvyklostem předchozích pilotovaných výprav, jejichž posádky jen kroužily nad hranicí zemské atmosféry.

K vypuštění na oběžnou dráhu kolem Země je třeba udělit kosmické lodi rychlost 7.9 km/s, zatímco k opuštění gravitačního pole Země je nutná rychlost 11.2 km/s. Nelze si však představovat, že loď zamíří touto rychlostí přímo k Měsíci a za

384 000 000 [m] / 11200 [m/s] = 34285 sekund, tj. 9.5 hodiny

k němu dorazí. Za prvé, Měsíc se na své mírně eliptické dráze kolem Země pohybuje rychlostí něco přes 1 km/s a během každých 57 minut se na obloze posune o celý svůj průměr. Kosmická loď proto musí letět nikoliv přímo k Měsíci, ale daleko před něj, s o to větším úhlovým předstihem, oč déle poletí do místa, kde protne jeho oběžnou dráhu kolem Země.

Druhý háček se týká výše zmíněné rychlosti. Nejrychlejší a nejpohodlnější cesta ze Země na Měsíc by se dala uskutečnit kosmickou lodí, která by dokázala první polovinu cesty akcelerovat zrychlením 1 G, tj. rovným zemské gravitaci (9.8 m/s²), v polovině cesty by se otočila o 180 stupňů a stejnou decelerací by zbytek cesty brzdila. Kosmonauti by tak cestovali v prostředí zemské tíže a cestu od Země k Měsíci by urazili za tři a půl hodiny.

V praxi to možné není, protože neexistuje motor, který by dokázal udílet zrychlení 1 G po dobu několika hodin; množství paliva k tomu potřebné by bylo prostě ohromné. Kromě toho, palivo má také svoji hmotnost, kterou je třeba urychlovat, k čemuž by bylo třeba dalšího paliva, a tak dále. Dokud nebudou zkonstruovány atomové, fotonové, antigravitační nebo jiné zázračné motory, nic podobného nebude možné. V roce 1968 stejně jako dnes byly k dispozici jen standardní chemické motory, v nichž hoří palivo reagující s okysličovadlem (nejčastěji kapalným kyslíkem) a podle třetího Newtonova zákona loď zrychluje v reakci na impuls plynů tryskajících z motoru. Takový pohon je bohužel velmi drahý; udává se, že na každý kilogram hrubé hmotnosti kosmické lodi (samotná konstrukce lodi + kosmonauti + přístroje + veškeré zásoby atd.) dopravený na oběžnou dráhu kolem Země je třeba spálit nejméně 16 kilogramů paliva nosné rakety. K tomu, aby Saturn V dopravil kosmickou loď Apollo vážící 45 tun na oběžnou dráhu kolem Měsíce, spotřeboval 2700 tun paliva, tj. 63 kg paliva na každý kilogram. Na těchto propočtech se za posledních šedesát let nic nezměnilo. Z toho plyne, že je nutno šetřit na každém kilogramu užitečného nákladu, ale navíc i samotná cesta od Země k Měsíci musí proběhnout co nejekonomičtějším způsobem. S jeho popisem nám pomůže Albert Einstein, jehož obecná teorie relativity říká, že gravitační pole lze vyjádřit představou o prostoru deformovaném přítomností hmotných těles.

Představme si kosmický prostor jako nekonečnou rovinu tvořenou pružnou membránou. Na ni položíme dvě těžká tělesa – Zemi a Měsíc. Ta svou vahou membránu prohnou a způsobí její zakřivení, v této analogii do třetího rozměru:

Obrázek vytvořený ChatGPT je nepřesný v několika ohledech. Obě tělesa by měla být od sebe mnohem dál, „gravitační jáma“ Země je o hodně rozlehlejší a po její šikmé stěně se svojí menší a mělčí jamkou obíhá Měsíc jako kulička, kterou krupiér hodil do rulety. Laskavý čtenář promine neumělý náčrtek; ani tři verze levné „umělky“ se mi nepodařilo přimět k nakreslení přesnějšího obrázku, a sám jsem měl z výtvarné výchovy trojku... Nahoře je bokorys, dole pohled shora:

Odstředivá síla oběžného pohybu v tomto přirovnání kompenzuje sklon svahu jámy, takže Měsíc se na Zemi nezřítí; jelikož se vše odehrává ve vzduchoprázdnu, žádná třecí síla pohyb Měsíce nezpomaluje a celý proces může probíhat donekonečna. Situaci dále komplikuje skutečnost, že Země (i s Měsícem) po přibližně kruhové dráze obíhá okolo Slunce (v jeho ještě daleko větší a hlubší gravitační jámě) rychlostí 30 km/s. A k tomu Slunce s celou svojí planetární soustavou obíhá kolem centra naší Galaxie rychlostí 220 km/s po dosti hrbolaté dráze ovlivňované přitažlivostí okolních hvězd, zatímco celá Galaxie se kamsi řítí v rámci „Místní skupiny galaxií“, a dokonce se měla za 3 900 000 000 roků srazit s galaxií M31 v Andromedě. Na základě nedávných měření nám však astronomové dali odklad o 600 miliónů let (a pak že v dnešním světě nejsou dobré zprávy...).

Pro naše potřeby můžeme zanedbat pohyb Země kolem Slunce. Na cestě k Měsíci se kosmická loď chová jako kulička, kterou nejprve vypustíme na „parkovací“ oběžnou dráhu kolem Země a tam do ní ve vhodném okamžiku „cvrnkneme“ (na několik minut zapálíme motor) tak, aby se začala kutálet ven z gravitační jámy Země. Dodáme-li jí nejmenší možnou energii k dosažení Měsíce, bude cestou vzhůru postupně zpomalovat, až se s posledním zbytkem rychlosti převalí do gravitační jamky Měsíce, kde už by ale zůstala, protože by měla příliš malou energii na návrat k Zemi. Výprava Apolla 8, stejně jako letošní mise Artemis II, proto odlétala od Země vyšší rychlostí, cca 10,8 km/s (o něco nižší než úniková rychlost 11 km/s), po dráze, která při vhodném nasměrování umožňovala let po „trajektorii volného návratu“: u Měsíce se kosmická loď jako na bobové dráze mohla protočit kolem něj v jeho „gravitační jamce“ a setrvačností z ní vyletět zpět k Zemi. Apollo 8 tento nouzový, bezpečnostní scénář nevyužilo, protože kosmonauti za Měsícem přibrzdili a přešli na jeho oběžnou dráhu. Mise Artemis II však proběhne přesně takto – s okamžitým návratem domů. Jelikož obletí Měsíc ve větší vzdálenosti, musí k němu dorazit menší rychlostí, aby Měsíc svou přitažlivostí dokázal její dráhu zakřivit zpět k Zemi; proto její let od Země potrvá déle.

O podrobnostech výpravy Apolla 8 si povíme jindy; tady stačí zmínit hlavní rozdíly mezi oběma misemi, které od sebe dělí 58 let:

Apollo 8 Artemis II

celková hmotnost: 2950 tun 2700 tun

posádka: 3 4

doba letu k Měsíci: 69 hodin 96 hodin

počet obletů Měsíce: 10 1 (neúplný)

doba v blízkosti Měsíce: 20 hodin 36 hodin

přiblížení k Měsíci: 111 km 6400 km

nosnost rakety na:

dráhu kolem Země: 140 tun 95 tun

k Měsíci: 43 tun 27 tun

Artemis II doletí až 7600 km za odvrácenou stranu Měsíce, čímž její posádka předčí Apollo 8 v největší vzdálenosti, kam se zatím lidé dostali od Země. Na povrchu Měsíce posádka Artemis II nerozezná takové podrobnosti jako Borman, Lovell a Anders, zato ale bude mít výhled na polární oblasti. Jako žertovnou perličku lze dodat, že působením slapových sil se od roku 1968 Měsíc vzdálil od Země o 220 centimetrů; Artemis II to tedy bude mít o kousek dál…

Zdroje: ChatGPT, MS Copilot, Claude, www.nasa.gov