Соединенные Штаты и их союзники поставили перед собой задачу высадки на Луну в 2020-х годах. Этот этап станет началом более масштабной программы, включающей создание постоянной базы и освоение естественного спутника Земли.
Статья была опубликована в журнале Naked Science №47.
Смена приоритетов
«Чтобы лучше понять человека, стоит спросить его о высадке на Луну. По мнению российского популяризатора науки Виталия Егорова, ответ на этот вопрос сразу покажет, можно ли строить с ним отношения, рассматривать его как сотрудника или заключать долгосрочное соглашение. Действительно, большинство экспертов подтверждают, что США шесть раз успешно высаживались на Луну, доставили на Землю ценные образцы и продемонстрировали всему миру возможности американской космической отрасли.
По иронии судьбы, осуществление высадки на Луну поставило американские власти перед сложными вопросами. Какие дальнейшие шаги следует предпринять? Какую новую цель определить для космонавтики? Какая миссия должна преемственно заменить программу «Аполлон», благодаря которой люди впервые ступили на поверхность спутника Земли? В качестве ответа был предложен Space Shuttle, который показался одновременно блестящим и неудачным (в силу высокой стоимости запуска), и чей срок эксплуатации завершился в 2011 году. В настоящее время существует МКС – единственное место, куда направляются американские, российские и европейские астронавты и космонавты.
К 2020-м станцию, возможно, признают устаревшей. Прогрессивная общественность надеялась на Марс как на новую цель для космических полетов. Однако этот энтузиазм не учел важный аспект: среднее расстояние до Луны составляет 384 403 километра. В то же время, среднее расстояние от Земли до Марса достигает 225 миллионов километров. Это лишь одна из проблем. Оценить стоимость высадки человека на Марс крайне сложно: по современным оценкам, программа «Аполлон» обошлась более чем в 130 миллиардов долларов.
В этом убеждены и в Вашингтоне. В 2010 году программа «Созвездие», целью которой, в частности, была высадка человека на Марс, была официально прекращена: причиной стали экономический кризис 2008 года и финансовые трудности, с которыми столкнулись США. Дональд Трамп, во время предвыборной кампании, также стремился к освоению космоса. Однако у сторонников марсианской миссии вновь не сложилось: в 2017 году новый президент подписал Директиву № 1, определяющую приоритет возвращения американских космонавтов на Луну. В результате, все усилия пилотируемой космонавтики США теперь сосредоточены на Луне. О Красной планете пришлось отказаться, за исключением амбициозной программы «Марс-2020», в рамках которой планируется отправить на Марс новый беспилотный марсоход.
Основные этапы «Артемиды»
Прогнозировать дальнейший ход событий было несложно. Луна превратилась в политический вопрос, и республиканцы стремились использовать ее как символ своего могущества, пока находятся у власти. В случае переизбрания Трампа на второй срок, он сможет лично наблюдать за полетом астронавтов к спутнику. Сроки были установлены очень жесткие. В марте текущего года президент США поручил новому руководителю NASA, Джиму Брайденстайну, организовать полет на Луну. И уже в мае Брайденстайн объявил о запуске программы «Артемида». Помимо американских специалистов, в ней также задействованы эксперты из Европы, Японии и Канады, однако ведущую роль, безусловно, будет играть Космическое агентство США.
На основании имеющейся информации, дальнейшее развитие программы предполагает следующее:
- В период с 2021 по 2022 год планируется запуск беспилотной капсулы, которая проведет 25 дней на лунной орбите. После этого она совершит возвращение на Землю.
- В рамках следующего этапа, намеченного на 2023 год, планируется осуществить первый пилотируемый облет Луны.
- Программа Artemis 3 предусматривает высадку человека на поверхность Луны в 2024 году.
Область рядом с Южным полюсом Луны была выбрана в качестве вероятного места посадки. В первой пилотируемой лунной миссии примут участие мужчина и женщина. Продолжительность их пребывания на поверхности Луны составит шесть с половиной дней, что вдвое превышает самый продолжительный визит, осуществленный в рамках программы «Аполлон».
На первом этапе предусматривается до четырех выходов в открытый космос и решение ряда научных задач, включая сбор образцов водяного льда. Перед высадкой первых людей на Луну часть оборудования, в том числе ровер, будет уже доставлено на поверхность. Ранее сообщалось, что ровер оснастят буром и комплексом научных инструментов для изучения Луны.
Это, безусловно, только отправная точка: иначе программа «Артемида» не имела бы существенных отличий от «Аполлона». В настоящее время речь идет не просто о высадке, а о создании долгосрочного присутствия на поверхности Луны. Предполагается строительство базы, проведение научных исследований и изучение естественного спутника с целью выявления полезных ресурсов. В частности, компании Colorado School of Mines и Honeybee Robotics разрабатывают методы использования водяного льда, обнаруженного на поверхности Луны, для получения компонентов ракетного топлива. Эти разработки позволят обеспечить жизнеобеспечение на поверхности спутника Земли в течение длительного периода.
По предварительным оценкам, строительство лунной базы возможно после 2028 года, и она должна функционировать в течение 15 лет. Это может рассматриваться как предвестник колонизации. Однако маловероятно, что когда-либо появятся лунные города или терраформирование спутника. Пока это лишь мечты. К тому же нужно понимать, что каждую из миссий «Артемиды» могут перенести на неопределенный срок. Это касается даже самых ранних этапов: о более поздних говорить не приходится.
Какие научные цели может преследовать программа «Артемида»? Аналогично МКС, лунная база открывает широчайшие возможности для исследований в различных областях. Ранее специалисты из Network for Exploration and Space Science сообщали о намерении установить на обратной стороне Луны радиообсерваторию. Отсутствие ограничений, связанных с земной атмосферой, позволит более детально изучать далекие астрономические объекты, такие как планеты, туманности и черные дыры – то есть все, что представляет научный интерес.
По мнению некоторых специалистов, завершением программы «Артемида» может стать долгожданная экспедиция на Марс и создание там постоянной базы, для реализации которой необходимо использовать опыт, полученный в ходе исследований Луны. Вместе с тем, следует учитывать, что полет на Красную планету возможен только в рамках новой, более крупной программы, которая, как уже упоминалось ранее, потребует значительно больше ресурсов и финансирования.
Технические средства
Ракета. Программа «Созвездие», несмотря на свою короткую жизнь, оказалась ценной. Она предоставила США разработки, которые, в конечном итоге, сделали возможным планирование полета на Луну. Миссии Artemis 1, Artemis 2 и Artemis 3 имеют общую ключевую особенность: в них планируется использовать сверхтяжелую ракету-носитель Space Launch System от Boeing, которая базируется на технологиях нереализованного проекта сверхтяжелой ракеты Ares V. Именно эта ракета должна была стать одним из основных средств для осуществления программы «Созвездие».
Что представляет собой Space Launch System, или SLS? Если говорить простыми словами, это самая мощная ракета, доступная в настоящее время и планируемая к созданию в ближайшие годы. На данный момент мощнейшей ракетой считается сверхтяжелая Falcon Heavy от SpaceX. Space Launch System превзойдет ее по характеристикам: если Falcon Heavy может вывести на низкую опорную орбиту (НОО) до 63 тонны полезной нагрузки, то Space Launch System сможет доставить на НОО от 95 до 131 тонны, в зависимости от используемой конфигурации.
Необходимо отметить, что ракета и космический корабль Big Falcon Rocket от SpaceX, возможно, обладает еще более впечатляющими характеристиками. Однако концепция Илона Маска неоднократно корректировалась, что привело к постепенному уменьшению ее размеров. Более важным является другой аспект: если у Space Launch System установлены конкретные даты будущих запусков, то у Big Falcon Rocket существуют лишь планы и прототип. Это не является критикой в адрес SpaceX, поскольку ракета SLS разрабатывается значительно дольше и имеет более четко определенные цели.
Space Launch System представляет собой двухступенчатую ракету-носитель, в конструкции которой применены проверенные технологии, в том числе без использования современных метановых двигателей. На первой ступени будут установлены четыре жидкостных ракетных двигателя RS-25D/E, а на второй – двигатель RL-10B-2. Для обеспечения подъема также будут использованы Solid Rocket Booster – твердотопливные ускорители, ранее применявшиеся на Space Shuttle. Это крупнейший и самый мощный ракетный двигатель, когда-либо созданный. Каждый Solid Rocket Booster имеет длину 45,5 метра, диаметр 3,7 метра и стартовую массу 580 тонн, при этом около 499 тысяч килограммов приходится на твердое топливо, а остальное – на конструкцию ускорителя. Тяга каждого ускорителя на уровне моря составляет приблизительно 12,45 МН.
Американские специалисты планируют использовать именно эту разработку для полетов к спутникам Земли. На данный момент в мире нет реальных аналогов, за исключением BFR, а также гипотетических российских ракет сверхтяжелого класса «Дон» и «Енисей» и такого же китайского носителя «Чанчжэн-9». Их создание может произойти в конце следующего десятилетия, но также возможно, что они не будут реализованы.
Космический корабль. Ракета-носитель SLS можно считать производной от программы «Созвездие», в то время как пилотируемый космический корабль Orion является её непосредственным продолжением. Компания Lockheed Martin разрабатывает его с середины 2000-х, а первый беспилотный испытательный полет состоялся в 2014 году.
В общем и целом, конструкция корабля напоминает два других многоразовых американских проектов, представляющих интерес – Crew Dragon и CST-100. Тем не менее, в отличие от них, Orion разрабатывается специально для продолжительных миссий и не будет использоваться для полетов к Международной космической станции. Масса корабля Orion при запуске составляет 25 тонн, его габариты – 3,3 на 5,3 метра. На борту могут разместиться до шести членов экипажа, обеспечивая им комфортные условия. Внутренний объем корабля примерно в полтора раза превышает внутренний объем «Аполлона»: объем кабины новой конструкции составляет 9 м³.
Существуют все основания полагать, что проект окажется успешным. 20 июля вице-президент США Майк Пенс выступил с речью в Космическом центре Кеннеди и продемонстрировал готовую капсулу для экипажа Orion, предназначенную для использования в миссии Artemis 1. Несмотря на то, что эта миссия будет проходить без людей на борту, она позволит более детально изучить и оценить потенциальные риски для астронавтов.
Посадочный модуль. Для понимания того, как будет выглядеть будущий лунный модуль, стоит обратить внимание на внешний вид спускаемого модуля «Аполлона». Давайте более подробно рассмотрим проект модуля, представленный осенью компанией Boeing. В рамках этой концепции новый аппарат будет состоять из двух ступеней, и обе они будут использовать высококипящее топливо. Спускаемый модуль рассчитан на трех астронавтов, в то время как лунный модуль «Аполлона» был рассчитан на двоих.
Новый аппарат будет использовать некоторые технические решения, взятые из конструкции космического корабля CST-100. Тем не менее, эксперты считают, что существуют значительные ограничения, поскольку корабль изначально не проектировался для полетов к Луне, а предназначен для работы с МКС (как уже упоминалось ранее).
Ключевые части посадочного модуля включают в себя «элемент перемещения», предназначенный для вывода на низкую окололунную орбиту, «спускаемый элемент», осуществляющий спуск на поверхность Луны, и «подъемный элемент», необходимый для подъема астронавтов с лунной поверхности на «Лунный шлюз».
«Лунный шлюз». Lunar Orbital Platform-Gateway – это орбитальная станция, которая может стать заменой Международной космической станции в будущем. Она будет совершать один оборот вокруг Луны примерно за семь дней. Gateway, так ее называют в сокращенном виде, представляет собой крупный, но значительно менее масштабный объект по сравнению с МКС.
Лунный шлюз» рассматривается как важный этап для астронавтов, направляющихся к Луне. Проект предполагает относительно сжатые сроки: запуск электродвигательного модуля РРЕ, первого для станции, запланирован на 2022 год. В 2023 году планируется вывод на орбиту так называемый Minimal Habitation Module, или малый жилой модуль, который будет использован для осуществления высадки на Луну в 2024 году. Это лишь первый этап: за указанными миссиями последуют запуски дополнительных модулей, включая вклад международных партнеров NASA.
Скафандры. 15 октября 2019 года Космическое ведомство США представило новые скафандры, предназначенные для исследования космоса в рамках миссии «Артемида». Один из них будет использоваться на борту космического корабля Orion, а второй – для выхода на поверхность спутника Земли. Последний предоставит принципиально новые возможности. «Астронавтам не придется “прыгать по поверхности Луны”. Новые скафандры позволят “по-настоящему ходить”», – заявил глава NASA Джим Брайденстайн. Лунный скафандр (Exploration Extravehicular Mobility Unit, xEMU) рассчитан на до восьми часов работы на земном спутнике: дополнительный час ресурсов предусмотрен для решения возможных нештатных ситуаций. Вес прототипа устройства составляет 90 килограммов без учета массы систем жизнеобеспечения. Интересно, что астронавт должен буквально входить в скафандр через дверь в задней части: подобное решение ранее использовали советские инженеры.
Еще один образец – полетный скафандр Orion Crew Survival System (OCSS) – отличается насыщенным оранжевым цветом. При его разработке приоритет отдавался максимальной компактности, удобству и безопасности. В нормальных условиях скафандр не герметичен, однако в экстренных ситуациях, например при потере герметичности, он способен создавать избыточное давление, что увеличивает шансы на выживание экипажа. Он также обеспечивает частичную защиту от радиации. В таком скафандре астронавт может находиться до шести дней.
Участие России
Луна играет ключевую роль для российской пилотируемой космонавтики. После возможной деактивации МКС российским «Союзам» некуда будет совершать полёты, что существенно ограничивает выбор. Однако, на данный момент конкретных планов по этому вопросу не существует.
Изначально предполагалось, что ракета-носитель тяжелого класса «Ангара А5» сможет доставлять грузы и экипаж к станции Gateway, как минимум, наравне с американскими ракетами.
Вскоре возникли трудности. В прошлом году стало известно о требовании США к России по строительству шлюзового модуля в соответствии с западными техническими стандартами. По сведениям информированного источника, эти требования касались всех систем электропитания, терморегуляции модуля и поддержания жизнедеятельности внутри него, а также интерфейсов. Также американская сторона предложила использовать их скафандры вместо российских. «На данный момент мы остаемся в проекте, но с большим удовольствием от него отказались бы», – сообщал тогда же источник из российской ракетно-космической отрасли.
Представители частного бизнеса также заявляют о возможности высадки на Марс, но полет к этой планете без поддержки NASA и государственного финансирования представляется нереальным. Это косвенно подтверждается проектом Mars One, в рамках которого бизнесмен Бас Лансдорп предлагал желающим отправиться на Марс уже в 2020-х годах. Специалисты в большинстве своем восприняли эту инициативу как мошенническую. В 2019 году в прессе появилась информация о том, что Mars One обанкротился.
Альтернативы здесь нет. У России, вероятно, не хватит ресурсов, технологий и политической поддержки для создания собственной лунной программы. Поэтому «Роскосмосу» следует искать сотрудничество с западными партнерами. В ином случае Москве возможно придется отказаться от пилотируемых космических полетов.