Споры о том, как сейчас лучше вести экспансию в космос, скорее всего, не утихнут даже когда человечество освоит солнечную систему, а переместятся в плоскость альтернативной истории: “В начале 21 века надо было строить лунную базу! Нет, орбитальную станцию! Нет, все усилия стоило бросить на Марс!” Как бы то ни было, сейчас основным направлением движения являются лунная орбитальная станция Lunar Orbital Platform – Gateway и высадки на Луну с 2024 года.
Gateway в представлении художника
Идея “вернуться на Луну” муссируется в космических кругах США уже давно. Как говорится, не было бы счастья, да несчастье помогло. Катастрофа шаттла “Колумбия” в 2003 обрекла программу на закрытие, и возник очевидный вопрос, куда двигаться дальше. В 2004 тогдашний президент США поставил перед NASA задачу расширить присутствие человека в Солнечной системе. Результатом стала программа “Constellation” (“Созвездие”), в рамках которой предполагалось вернуться на Луну, а ультимативной целью был полет на Марс. Программа не смогла пережить окончания второго срока Буша и была закрыта вскоре после избрания Барака Обамы. Новый вариант программы ставил целью скорее Марс, а “потренироваться” перед полетом предлагалось на миссии по буксировке астероида на орбиту вокруг Луны. Новый президент Трамп еще сместил фокус программы — теперь целью является возвращение на Луну, а средством станет окололунная станция, после нескольких переименований получившая название “Lunar Orbital Platform – Gateway” или просто Gateway. А в целом программа получила название “Артемида”. Название символично, потому что Артемида — сестра Аполлона и богиня Луны, а также потому, что целью программы объявлена “высадка на Луну первой женщины и следующего мужчины”.
Конфигурация станции, весна 2019, изображение NASA
На сегодняшний момент законтрактованы и находятся в производстве два модуля. Power and Propulsion Element (PPE) вырос из миссии по перенаправлению астероида. Это, фактически, буксир с большими солнечными панелями и электрореактивным двигателем. Его задачей будет удерживать Gateway на гало-орбите (очень вытянутому эллипсу высотой от 3000 до 70000 км над Луной). Minimal Habitation Module (MHM), он же Habitation and Logistics Outpost (HALO), базируется на технологических решениях грузового корабля Cygnus (летает к МКС) и будет представлять собой небольшой герметичный отсек, в котором можно будет жить и работать. Концепт станции находится в процессе разработки, поэтому еще несколько модулей — логистические (склады), обитаемые, шлюзовой, могут как отправиться к Луне, так и остаться на бумаге.
В бюджете NASA на 2019 год впервые появилась статья расходов на Gateway, на которую Конгресс выделил 450 миллионов долларов (важно отметить, что на ракету-носитель SLS и корабль Orion, которые будут летать к этой станции, на 2019 год выделили четыре миллиарда, а всего на них потратили уже 30 миллиардов).
Еще недавно высадка на Луну планировалась на 2028 год. Но в мае 2019 вице-президент Майк Пенс объявил о сдвиге сроков на целых четыре года “влево”, и сейчас в качестве цели рассматривается 2024. Стоит отметить, что это будет год выборов в США, которые традиционно проводятся в ноябре, и, в зависимости от того, насколько NASA удастся уложиться в сроки, высадка будет либо красивым завершением срока победителя выборов 2020, либо, учитывая, что сложные космические проекты постоянно норовят уходить “вправо”, она придется на начало срока победителя выборов-2024. После того, как в 2009 году свежеизбранный Обама отменил “Созвездие”, смену президента в Белом доме можно рассматривать как дополнительный риск, но с каждым новым потраченным долларом вероятность отмены или серьезного изменения проекта уменьшается.
При этом, одновременно с привычными жесткими конструкциями рассматриваются и трансформируемые (надувные) модули. Наибольшей готовности достигли две компании — Bigelow Aerospace, модуль которой прошел двухнедельный наземный тест в NASA, и Sierra Nevada Corporation, успешно закончившая трехдневные испытания. Несмотря на вполне понятные подозрения в безопасности надувных модулей в вакууме космоса, многолетние испытания говорят в их пользу. В 2006 и 2007 на орбиту отправились надувные Genesis 1 и 2 от компании Bigelow Aerospace, успешно летающие до сих пор. В 2016 на МКС установили надувной модуль BEAM, который уже служит дополнительным складом, несмотря на то, что его изначально собирались испытывать всего два года.
Параллельно модулям разрабатывается и другое необходимое оборудование. Теоретический расчет орбиты будущей станции должен будет проверить кубсат размерности 12U (примерно с микроволновку размером), который может отправиться в полет уже в декабре 2020. С 2021 к Луне предполагается запустить небольшие беспилотные посадочные аппараты трех компаний: Astrobotic, Intuitive Machines and Orbit Beyond, которые будут испытывать новые технические решения и доставят на поверхность Луны научные эксперименты NASA. Также интересно отметить, что в качестве ракет-носителей для модулей PPE и HALO указаны “коммерческие носители”, которыми могут оказаться уже летающий Falcon Heavy или находящиеся в процессе создания Vulcan, New Glenn или Omega, а вот пилотируемый корабль “Orion” будет выводиться разрабатывающейся с 2011 года сверхтяжелой ракетой-носителем Space Launch System (SLS), во многом использующей технологические решения Спейс Шаттла.
Собранный центральный блок (вторая ступень) SLS отправляется на тестирование в космический центр им. Джона Стенниса, фото NASA
Уже сейчас готовятся беспилотные миссии, которые планируют проводить с использованием Gateway. Предлагаемый в Европейском космическом агентстве беспилотный посадочный аппарат HERACLES должен будет хранить образцы с поверхности Луны на станции, откуда их потом смогут забрать астронавты. Взлетную ступень даже возможно будет использовать повторно, доставив к ней новую посадочную ступень и запас топлива с Земли. Как предполагается, входящий в состав миссии ровер будет управляться как с Земли (с задержкой в 1 секунду), так и непосредственно астронавтами с Gateway. Также изучается вопрос возможности заправки и повторного использования пилотируемых модулей.
Последнее по времени заседание многосторонней координационной комиссии по МКС, на котором в том числе и обсуждалась работа по Gateway, прошло 6 августа 2019. На нем NASA сообщило о выборе подрядчика для производства PPE, Министерство образования, культуры, спорта, науки и технологии Японии рассказало, что ищет способы предоставить возможности по обитаемости и обеспечению логистики. Канадское космическое агентство заявило, что после объявления об участии в проекте Gateway в феврале 2019 начало формальный процесс поиска поставщиков для манипулятора Canadarm3 (первая версия манипулятора работала на шаттлах, вторая на МКС). Европейское космическое агентство информировало, что ищет официального одобрения от участвующих государств создания международного обитаемого модуля I-HAB, расширенных коммуникационных возможностей, научного шлюза и следующих сервисных модулей корабля Orion (командный модуль производится NASA, сервисный — ЕКА). А Роскосмос рассказал, что собирается произвести многоцелевой шлюзовой модуль для станции. В декабре 2019 появилась новость, что Роскосмос подтвердил свою готовность участвовать в дальнейших переговорах по проекту станции.
Станция на окололунной орбите позволит решать новые задачи. Прежде всего, МКС, хоть и находится в космосе и подвержена воздействию космического излучения, находится в облегченных условиях — ее прикрывают радиационные пояса Земли. Первый пилотируемый полет к станции с высадкой на Луне, как ожидается, продлится примерно месяц, и это будет новым рекордом по продолжительности нахождения человека за пределами радиационных поясов — миссии “Аполлонов” длились чуть меньше двух недель, из которых самая продолжительная, “Аполлон-17”, провела на орбите Луны 147 часов. При этом астронавтам повезло — солнечные вспышки не происходили во время миссий. До сих пор нельзя точно предсказать время и направление выброса на Солнце, так что длительные вахты на окололунной станции вполне могут с ними столкнуться. В этом случае астронавты, скорее всего, должны будут использовать как убежище максимально защищенный отсек — корабль “Orion”. Расчеты, производившиеся для программы “Apollo”, говорят, что в командном модуле с толстыми стенками даже в случае очень сильной солнечной бури астронавты смогут сохранить работоспособность и безопасно завершить миссию. Но реальный опыт может принести важные данные для уточнения расчетов.
Астронавты 22 отряда (набор 2017) на церемонии выпуска 10 января этого года. Именно они имеют шансы работать на Gateway
Далее, при всех своих достоинствах, функционирование МКС очень отличается от того, что будет происходить на межпланетном корабле. Станция получает большое количество припасов с Земли и не особо экономно их расходует. Космонавты и астронавты едят уже готовую еду в одноразовой упаковке, меняют одежду, выбрасывая ношеную, используют одноразовые средства гигиены. За 2018 год грузовые корабли доставили на МКС более 28 тонн припасов и сожгли в атмосфере сравнимые объемы мусора. Даже в случае самой страшной аварии можно быстро сесть в корабль и вернуться домой в тот же день. Окололунная же станция может стать полигоном бережливых технологий и максимально замкнутых систем жизнеобеспечения. После отработки в достаточно комфортных условиях, когда все еще можно вернуться на Землю в течение трех суток, технологические наработки смогут породить решения для межпланетных перелетов, когда до Земли будут месяцы полета. Любопытно, что сейчас мусор на Gateway собираются складывать в логистические модули, что порождает необходимость решения проблемы длительного его хранения (в требованиях указаны сроки до трех лет). Но альтернативные варианты вполне возможны — в программе “Apollo” третью ступень ракеты Saturn V намеренно сталкивали с Луной, чтобы фиксировать удар сейсмическими датчиками, установленными предыдущими экспедициями. Теоретически ничего не мешает ронять на Луну грузовые корабли с мусором, не только надежно от него избавляясь, но и собирая при этом научные данные.
Несмотря на то, что автоматические межпланетные станции летают на Луну не так уж и редко, появление человека на орбите увеличит количество научного оборудования и экспериментов на порядки просто потому, что на пилотируемые программы расходуется больше денег. Пока что станция предполагается как посещаемая, в отличие от постоянно обитаемой МКС, экипажи будут прилетать на 30-60 дней один раз в год, но это все равно вызовет серьезное оживление в научных программах. Помимо геологических исследований, уже сейчас в планах эксперименты с использованием материалов (доставленных с мест высадки), которые позволят поэкспериментировать с технологиями для строительства и функционирования базы на поверхности Луны. Также логично ставить ботанические, зоологические и медицинские эксперименты. А то, что станция будет удалена от земных помех, позволит проводить и астрономические исследования.
Орбита и расход топлива для переходов, источник
Ну и, наконец, в отдаленной перспективе, станция может служить отправной точкой для марсианского корабля. У нее очень подходящая орбита — в апоцентре (самой удаленной от Луны точке), она находится далеко от гравитационного колодца как Луны, так и Земли, и не нужны мощные двигатели и большой расход топлива, чтобы отправиться к Марсу. А если станция станет постоянно обитаемой, то это будет отличное место для сборки межпланетного корабля — новые модули можно принимать и проверять, и экипажу для полета останется только занять места в подготовленном и протестированном корабле. Но это дело будущего, в предлагаемых до 2028 года миссиях только высадки на Луну.
Материал подготовлен для журнала «Вселенная, пространство, время», публикуется в авторской редакции.
Gateway в представлении художника
Запланированное
Идея “вернуться на Луну” муссируется в космических кругах США уже давно. Как говорится, не было бы счастья, да несчастье помогло. Катастрофа шаттла “Колумбия” в 2003 обрекла программу на закрытие, и возник очевидный вопрос, куда двигаться дальше. В 2004 тогдашний президент США поставил перед NASA задачу расширить присутствие человека в Солнечной системе. Результатом стала программа “Constellation” (“Созвездие”), в рамках которой предполагалось вернуться на Луну, а ультимативной целью был полет на Марс. Программа не смогла пережить окончания второго срока Буша и была закрыта вскоре после избрания Барака Обамы. Новый вариант программы ставил целью скорее Марс, а “потренироваться” перед полетом предлагалось на миссии по буксировке астероида на орбиту вокруг Луны. Новый президент Трамп еще сместил фокус программы — теперь целью является возвращение на Луну, а средством станет окололунная станция, после нескольких переименований получившая название “Lunar Orbital Platform – Gateway” или просто Gateway. А в целом программа получила название “Артемида”. Название символично, потому что Артемида — сестра Аполлона и богиня Луны, а также потому, что целью программы объявлена “высадка на Луну первой женщины и следующего мужчины”.
Конфигурация станции, весна 2019, изображение NASA
На сегодняшний момент законтрактованы и находятся в производстве два модуля. Power and Propulsion Element (PPE) вырос из миссии по перенаправлению астероида. Это, фактически, буксир с большими солнечными панелями и электрореактивным двигателем. Его задачей будет удерживать Gateway на гало-орбите (очень вытянутому эллипсу высотой от 3000 до 70000 км над Луной). Minimal Habitation Module (MHM), он же Habitation and Logistics Outpost (HALO), базируется на технологических решениях грузового корабля Cygnus (летает к МКС) и будет представлять собой небольшой герметичный отсек, в котором можно будет жить и работать. Концепт станции находится в процессе разработки, поэтому еще несколько модулей — логистические (склады), обитаемые, шлюзовой, могут как отправиться к Луне, так и остаться на бумаге.
В бюджете NASA на 2019 год впервые появилась статья расходов на Gateway, на которую Конгресс выделил 450 миллионов долларов (важно отметить, что на ракету-носитель SLS и корабль Orion, которые будут летать к этой станции, на 2019 год выделили четыре миллиарда, а всего на них потратили уже 30 миллиардов).
Еще недавно высадка на Луну планировалась на 2028 год. Но в мае 2019 вице-президент Майк Пенс объявил о сдвиге сроков на целых четыре года “влево”, и сейчас в качестве цели рассматривается 2024. Стоит отметить, что это будет год выборов в США, которые традиционно проводятся в ноябре, и, в зависимости от того, насколько NASA удастся уложиться в сроки, высадка будет либо красивым завершением срока победителя выборов 2020, либо, учитывая, что сложные космические проекты постоянно норовят уходить “вправо”, она придется на начало срока победителя выборов-2024. После того, как в 2009 году свежеизбранный Обама отменил “Созвездие”, смену президента в Белом доме можно рассматривать как дополнительный риск, но с каждым новым потраченным долларом вероятность отмены или серьезного изменения проекта уменьшается.
При этом, одновременно с привычными жесткими конструкциями рассматриваются и трансформируемые (надувные) модули. Наибольшей готовности достигли две компании — Bigelow Aerospace, модуль которой прошел двухнедельный наземный тест в NASA, и Sierra Nevada Corporation, успешно закончившая трехдневные испытания. Несмотря на вполне понятные подозрения в безопасности надувных модулей в вакууме космоса, многолетние испытания говорят в их пользу. В 2006 и 2007 на орбиту отправились надувные Genesis 1 и 2 от компании Bigelow Aerospace, успешно летающие до сих пор. В 2016 на МКС установили надувной модуль BEAM, который уже служит дополнительным складом, несмотря на то, что его изначально собирались испытывать всего два года.
Параллельно модулям разрабатывается и другое необходимое оборудование. Теоретический расчет орбиты будущей станции должен будет проверить кубсат размерности 12U (примерно с микроволновку размером), который может отправиться в полет уже в декабре 2020. С 2021 к Луне предполагается запустить небольшие беспилотные посадочные аппараты трех компаний: Astrobotic, Intuitive Machines and Orbit Beyond, которые будут испытывать новые технические решения и доставят на поверхность Луны научные эксперименты NASA. Также интересно отметить, что в качестве ракет-носителей для модулей PPE и HALO указаны “коммерческие носители”, которыми могут оказаться уже летающий Falcon Heavy или находящиеся в процессе создания Vulcan, New Glenn или Omega, а вот пилотируемый корабль “Orion” будет выводиться разрабатывающейся с 2011 года сверхтяжелой ракетой-носителем Space Launch System (SLS), во многом использующей технологические решения Спейс Шаттла.
Собранный центральный блок (вторая ступень) SLS отправляется на тестирование в космический центр им. Джона Стенниса, фото NASA
Уже сейчас готовятся беспилотные миссии, которые планируют проводить с использованием Gateway. Предлагаемый в Европейском космическом агентстве беспилотный посадочный аппарат HERACLES должен будет хранить образцы с поверхности Луны на станции, откуда их потом смогут забрать астронавты. Взлетную ступень даже возможно будет использовать повторно, доставив к ней новую посадочную ступень и запас топлива с Земли. Как предполагается, входящий в состав миссии ровер будет управляться как с Земли (с задержкой в 1 секунду), так и непосредственно астронавтами с Gateway. Также изучается вопрос возможности заправки и повторного использования пилотируемых модулей.
Последнее по времени заседание многосторонней координационной комиссии по МКС, на котором в том числе и обсуждалась работа по Gateway, прошло 6 августа 2019. На нем NASA сообщило о выборе подрядчика для производства PPE, Министерство образования, культуры, спорта, науки и технологии Японии рассказало, что ищет способы предоставить возможности по обитаемости и обеспечению логистики. Канадское космическое агентство заявило, что после объявления об участии в проекте Gateway в феврале 2019 начало формальный процесс поиска поставщиков для манипулятора Canadarm3 (первая версия манипулятора работала на шаттлах, вторая на МКС). Европейское космическое агентство информировало, что ищет официального одобрения от участвующих государств создания международного обитаемого модуля I-HAB, расширенных коммуникационных возможностей, научного шлюза и следующих сервисных модулей корабля Orion (командный модуль производится NASA, сервисный — ЕКА). А Роскосмос рассказал, что собирается произвести многоцелевой шлюзовой модуль для станции. В декабре 2019 появилась новость, что Роскосмос подтвердил свою готовность участвовать в дальнейших переговорах по проекту станции.
Новые возможности
Станция на окололунной орбите позволит решать новые задачи. Прежде всего, МКС, хоть и находится в космосе и подвержена воздействию космического излучения, находится в облегченных условиях — ее прикрывают радиационные пояса Земли. Первый пилотируемый полет к станции с высадкой на Луне, как ожидается, продлится примерно месяц, и это будет новым рекордом по продолжительности нахождения человека за пределами радиационных поясов — миссии “Аполлонов” длились чуть меньше двух недель, из которых самая продолжительная, “Аполлон-17”, провела на орбите Луны 147 часов. При этом астронавтам повезло — солнечные вспышки не происходили во время миссий. До сих пор нельзя точно предсказать время и направление выброса на Солнце, так что длительные вахты на окололунной станции вполне могут с ними столкнуться. В этом случае астронавты, скорее всего, должны будут использовать как убежище максимально защищенный отсек — корабль “Orion”. Расчеты, производившиеся для программы “Apollo”, говорят, что в командном модуле с толстыми стенками даже в случае очень сильной солнечной бури астронавты смогут сохранить работоспособность и безопасно завершить миссию. Но реальный опыт может принести важные данные для уточнения расчетов.
Астронавты 22 отряда (набор 2017) на церемонии выпуска 10 января этого года. Именно они имеют шансы работать на Gateway
Далее, при всех своих достоинствах, функционирование МКС очень отличается от того, что будет происходить на межпланетном корабле. Станция получает большое количество припасов с Земли и не особо экономно их расходует. Космонавты и астронавты едят уже готовую еду в одноразовой упаковке, меняют одежду, выбрасывая ношеную, используют одноразовые средства гигиены. За 2018 год грузовые корабли доставили на МКС более 28 тонн припасов и сожгли в атмосфере сравнимые объемы мусора. Даже в случае самой страшной аварии можно быстро сесть в корабль и вернуться домой в тот же день. Окололунная же станция может стать полигоном бережливых технологий и максимально замкнутых систем жизнеобеспечения. После отработки в достаточно комфортных условиях, когда все еще можно вернуться на Землю в течение трех суток, технологические наработки смогут породить решения для межпланетных перелетов, когда до Земли будут месяцы полета. Любопытно, что сейчас мусор на Gateway собираются складывать в логистические модули, что порождает необходимость решения проблемы длительного его хранения (в требованиях указаны сроки до трех лет). Но альтернативные варианты вполне возможны — в программе “Apollo” третью ступень ракеты Saturn V намеренно сталкивали с Луной, чтобы фиксировать удар сейсмическими датчиками, установленными предыдущими экспедициями. Теоретически ничего не мешает ронять на Луну грузовые корабли с мусором, не только надежно от него избавляясь, но и собирая при этом научные данные.
Несмотря на то, что автоматические межпланетные станции летают на Луну не так уж и редко, появление человека на орбите увеличит количество научного оборудования и экспериментов на порядки просто потому, что на пилотируемые программы расходуется больше денег. Пока что станция предполагается как посещаемая, в отличие от постоянно обитаемой МКС, экипажи будут прилетать на 30-60 дней один раз в год, но это все равно вызовет серьезное оживление в научных программах. Помимо геологических исследований, уже сейчас в планах эксперименты с использованием материалов (доставленных с мест высадки), которые позволят поэкспериментировать с технологиями для строительства и функционирования базы на поверхности Луны. Также логично ставить ботанические, зоологические и медицинские эксперименты. А то, что станция будет удалена от земных помех, позволит проводить и астрономические исследования.
Орбита и расход топлива для переходов, источник
Ну и, наконец, в отдаленной перспективе, станция может служить отправной точкой для марсианского корабля. У нее очень подходящая орбита — в апоцентре (самой удаленной от Луны точке), она находится далеко от гравитационного колодца как Луны, так и Земли, и не нужны мощные двигатели и большой расход топлива, чтобы отправиться к Марсу. А если станция станет постоянно обитаемой, то это будет отличное место для сборки межпланетного корабля — новые модули можно принимать и проверять, и экипажу для полета останется только занять места в подготовленном и протестированном корабле. Но это дело будущего, в предлагаемых до 2028 года миссиях только высадки на Луну.
Материал подготовлен для журнала «Вселенная, пространство, время», публикуется в авторской редакции.
