Когда SpaceX представила скафандр, предназначенный для летней миссии 2024 года Polaris Dawn, многие отреагировали с большим энтузиазмом. И это неудивительно: новый внекорабельный скафандр для подобной миссии выглядит современно и, самое главное, не кажется громоздким. Однако у экспертов внешний вид этого снаряжения вызвал серьезное беспокойство. Действительно ли Маск планирует высадку людей на Луну и Марс в скафандрах, не оснащенных кислородными баллонами? Является ли это прорывом в области скафандростроения или самый рискованный эксперимент над астронавтами за всю историю? В 1960-х годах неоптимальные костюмы уже стоили США жизней трех человек во время наземных тренировок. Не станет ли SpaceX следующей в этой печальной череде?
Внекорабельный скафандр – это, по своей сути, одноместный космический корабль, иногда оснащенный даже собственным микроскопическим двигателем. Неудивительно, что их вес превышает 110 килограммов, а стоимость достигает десятков миллионов долларов и выше. Поэтому SpaceX необходимо будет разрабатывать собственные скафандры, причем в больших объемах – тысячами штук, и значительно снизить их цену по сравнению с существующими моделями.
Оценить важность этого замысла для дальнейшего развития человечества крайне сложно. Без скафандров, предназначенных для работы вне космических кораблей, невозможно осуществить исследование космического пространства.
Несмотря на распространенные в средствах массовой информации рассказы об исключительном успехе автоматизированных систем в исследовании других планет, на деле наиболее эффективные внеземные автоматы, работающие на Марсе или Луне, передвигаются от силы на 100 метров в день. А копать могут на 45 сантиметров в глубину — как дети в песочнице.
Согласно последним сведениям, жизнь на Марсе и Луне вполне возможна, хотя и на значительных глубинах – от метра на Марсе и от сотен метров на Луне. В обозримом будущем автоматические аппараты не смогут достичь таких глубин.
Человек обладает широкими возможностями. Еще в 1970-х годах он продемонстрировал способность преодолевать значительные расстояния на других небесных телах, выполнять земляные работы и перемещаться по сложным ландшафтам, где планероходы работали менее стабильно застревают.
По этой причине всего шесть пилотируемых миссий на Луну принесли земной науке значительно больше, чем полеты людей на орбитальные станции на протяжении многих лет: астронавты доставляли с поверхности Луны образцы местных пород, которые были необходимы и в нужном количестве, причем их объем превышал возможности автоматических аппаратов на несколько порядков.
Все это осуществимо лишь при одном критически важном условии: наличии исправного скафандра. Первоначально подобную конструкцию достаточно подробно описал Циолковский в повести «Вне Земли» еще в 1918 году. Однако современные скафандры существенно уступают описаниям того времени. Это и сейчас создает серьезные трудности в покорении космического пространства.
Каковы причины, по которым современные скафандры не обеспечивают возможности для исследования Луны и Марса?
Современные скафандры, за исключением российского «Орлана», которому из-за позиции «Роскосмоса» в ближайшие годы не предстоит полёты на Луну или Марс, обладают либо низкой комфортностью, либо представляют опасность для жизни. Слово «крайне» в данном случае не является преувеличением.
Внекорабельные скафандры NASA, известные как Extravehicular Mobility Unit, применяются с эпохи шаттлов и на сегодняшний день их насчитывается всего 11 единиц (остальные были утеряны в результате аварий). В Соединенных Штатах Америки они ремонтируются, восстанавливаются и модифицируются, однако скафандры 1980-х годов нуждаются в замене.
Не только физический износ является причиной. Скафандры работают под давлением в 0,3 атмосферы, что сопоставимо с давлением на Эвересте. Дышать обычным воздухом при таком давлении невозможно, поэтому используется чистый кислород. Однако, если космонавт сразу после пребывания в условиях 1 атмосферы на МКС окажется в скафандре с давлением 0,3 атмосферы, то у него может развиться кессонная болезнь. Чтобы предотвратить ее, необходимо удалить из крови избыточный азот. Для этого астронавт, перед выходом в открытый космос, располагается на велотренажере и начинает дышать чистым кислородом.
Он крутит педали, и это требует усилий, продолжаясь четыре долгих, однообразных часа. Затем он направляется к выходу, чтобы выполнить какие-то ремонтные или монтажные работы в открытом космосе. Справиться с повышенным давлением скафандра – задача не из легких. Во время обычного выхода, длящегося 2-3 часа, человек теряет 2-3 килограмма, подобно танкисту на Т-34 во время трехчасового танкового боя времен Великой Отечественной войны. Не стоит и говорить, что четырехчасовые велотренировки перед такими задачами – значительное затруднение. Даже простые четыре часа ожидания, если уж на то пошло. Все это более или менее функционирует на МКС, но…
SpaceX была основана Илоном Маском не с целью полетов к Международной космической станции. Создателю компании, подобно NASA в программе «Артемида», интересны другие космические объекты. Там, в отличие от МКС, присутствует хотя бы минимальная гравитация. Кроме того, это предполагает значительный объем физической работы для астронавтов. Речь идет о передвижении по лунной поверхности на большие расстояния в скафандрах, масса которых достигает центнера, сборе образцов, извлечении горных пород геологическими молотками и, в будущем, бурении.
Велогонка, длящаяся четыре часа, становится ощутимой нагрузкой перед каждым подобным мероприятием. Было бы целесообразно разработать другие скафандры, подобные российским «Орланам», где достаточно будет обеспечить подачу кислорода всего на полчаса, а не на четыре.
В США возникают значительные трудности с созданием новых скафандров. В 2023 году NASA приступило к поиску замены устаревшим моделям, которые прослужили уже сорок лет. При этом Агентство не намерено самостоятельно заниматься их изготовлением, поскольку в 2010-х годах предпринятые попытки разработки скафандров показали, что это потребует слишком больших затрат.
Появилась новая мысль: их можно взять напрокат, это могло бы оказаться более выгодным вариантом. Однако даже для покрытия расходов на аренду NASA пришлось выделить 3,5 миллиарда долларов. Разработать их за меньшие средства не удалось.
3,5 миллиарда долларов – значительная сумма. Для сопоставления: NASA потратило всего 2,6 миллиарда долларов на доставку астронавтов к МКС благодаря сотрудничеству с SpaceX. Таким образом, полет в космос может быть существенно дешевле, чем добыть новые скафандры для работы в нем.
SpaceX открыто заявляет о необходимости производства сотен и тысяч скафандров в обозримые сроки. Если бы они изготавливались по стандартам, принятым в NASA, их стоимость достигла бы триллионов долларов, что сделало бы их недоступными для частных космических компаний.
По сути, компания Илона Маска вновь стремится совершить технологический прорыв, подобно тому, как это было сделано при выведении на орбиту ракет «Falcon». Однако на этот раз риски значительно выше, чем прежде.
В космос без кислородного баллона
В мае 2024 года группа частных астронавтов, возглавляемая Джаредом Азейкманом, приступила к реализации проекта (мы ранее публиковали о ней здесь) spaceX представила дизайн внекорабельного скафандра. В нем астронавты намерены выполнять работы в открытом космосе во время миссии Polaris Dawn и оценить возможность длительного пребывания в нем.
Это видео вызывает смешанные чувства – от тревоги до потрясения. Причина в том, что продемонстрированный на нем скафандр выглядит идентично внутрикорабельному скафандру SpaceX, используемому астронавтами для полетов к МКС – однако он не рассчитан для работы в вакууме. В нем невозможно даже немного удалиться от кресла: воздух подается по гибкому шлангу, подключенному к системе жизнеобеспечения космического корабля Crew Dragon.
Внекорабельный скафандр от SpaceX в настоящее время также не оснащен кислородным баллоном и использует гибкий шланг, который соединяется со скафандром астронавта в области бедра. Оценка последствий потери герметичности или сжатия шланга из-за движений астронавта затруднена.
Опасения экспертов вызваны не только тем, что у SpaceX пока нет кислородного баллона на скафандре. Несмотря на шутки, циркулирующие в западных социальных сетях, компания не планирует отправлять людей на Луну и Марс с гибким шлангом, прикрепленным к кораблю. Разумеется, в будущем там будет разработана и внедрена система жизнеобеспечения для астронавтов.
Представленный дизайн вызывает ряд других вопросов. Например, внекорабельный скафандр такой формы не предусматривает наличие места для подгузника. И это подтверждается: в новом скафандре его действительно нет. Возникает вопрос, как будет организовано решение гигиенических потребностей во время миссии Polaris Dawn, если кому-то потребуется посетить туалет? Ответ: придется воздерживаться в течение многих часов. Невозможно будет даже вернуться на корабль, поскольку в Crew Dragon отсутствует шлюз, и для вывода людей из него в открытый космос потребуется сброс всего воздуха. В условиях вакуума использование бортового туалета не представляется возможным.
Николай Моисеев ранее трудился в России, в частности, в компании «Орлан»), отметил* и ряда других недостатков представленного скафандра:
«Отсутствуют плечевые шарниры, только подшипники малого диаметра. Подшипники для верхней части руки также не предусмотрены. Запястные сочленения с двумя степенями свободы отсутствуют. В конструкции многое отсутствует. Это очень простой скафандр, характерный для 1960-х годов, с «пуповиной» [жизнеобеспечением, тянущейся к кораблю]. Плечевые подшипники [заметные на изображении] вызывают дискомфорт для человека в скафандре при посадке. Рекомендуется изучить историю разработки Orion MACES или историю развития внутрикорабельных русских скафандров. Я не уверен, что SpaceX сертифицирует его для работы при высоких перегрузках».
Если использование скафандра невозможно при значительных перегрузках, то пребывание в нем во время посадки исключено – астронавтам это может причинить физическую боль: при посадке плечевые суставы окажутся сдавлены, а травмы мягких тканей практически неминуемы. Однако, согласно текущим данным, в миссии Polaris Dawn не предусмотрено индивидуальных внутрикорабельных скафандров (недостаточно места): и на этапе взлета, и при посадке все четверо участников будут находиться во внекорабельных скафандрах.
Всё это имеет признаки некоего эксперимента: например, как оценить степень травматичности, которую могут нанести подшипники, при взаимодействии с телом человека. Или, скажем, насколько комфортно передвигаться в условиях открытого космоса с незажившей пуповиной. Не менее любопытно и то, возможно ли выполнять работы в космосе в течение двух часов (не считая времени, необходимого для выравнивания давления перед выходом) без использования специальных средств гигиены. Аналогичная «экспериментальная» траектория была у корабля Crew Dragon во время миссии Polaris Dawn: он прошел через радиационные пояса Земли, чтобы определить уровень радиации внутри отсека.
Билл Эйри – автор книги о разработке американских лунных скафандров «Lunar Outfitters, Making the Apollo Space Suit», в связи с тезисами Моисеева, суммировал опасения специалистов по поводу скафандра SpaceX так:
«У Николая больше опыта в разработке скафандров, чем у всех специалистов SpaceX, занимающихся этим вопросом. Компания SpaceX заявляет, что неудачи являются важной частью процесса обучения и совершенствования конструкций. Однако в скафандрах для работы в открытом космосе, выходящих за пределы космического корабля, ошибки недопустимы».
Не скафандр становится причиной гибели астронавта, а его поспешное проектирование
Чтобы оценить правоту Эйри, необходимо вспомнить трагическую гибель трех американских астронавтов во время подготовки к первому полету программы «Аполлон». По какой причине произошла эта трагедия?
Стало очевидным, что проведение четырехчасовых велогонок перед космическими полетами недопустимо не только в наши дни, но и в 1960-х годах. Поэтому инженеры, разрабатывавшие миссии «Аполлонов», не рассматривали возможность организации подобных испытаний для астронавтов. Вместо этого их доставляли на Луну на кораблях и лунных модулях, оборудованных атмосферой, подобной той, что внутри скафандра — с внутренним давлением, составляющим 0,3 земного, благодаря чему воздух внутри был практически чистым кислородом.
Любой, кто имел опыт длительной работы с кислородом, в этот момент почувствовал резкий испуг. Его реакция понятна: длительное пребывание в среде чистого кислорода опасно для здоровья. Кроме того, трение кислорода о поверхность может вызвать искру, способную воспламенить даже пластик и алюминий. И другие материалы, которые обычно трудно поджечь в нормальной атмосфере.
В скафандре такая среда еще терпима, поскольку риски затрагивают только находящегося в нем человека. Однако, когда ею заполнен целый космический корабль, а полет длится много дней, вероятность возникновения опасного инцидента значительно увеличивается.
Несмотря на это, о чем говорить, когда речь идет о «многих днях»? Уже на первой испытательной отработке миссии «Аполлон-1» трагическая авария произошла еще на Земле: три американских астронавта погибли в тестовой камере, где находился их корабль. При этом они не погибли мгновенно: наземный персонал, обслуживавший их вне корабля, по радиосвязи слышал их крики, когда они пытались выбраться из огненной ловушки. Пожар в среде чистого кислорода развивается стремительно, а люки были оснащены слишком сложными внутренними замками: спастись не удалось.
Мы делимся этими деталями не с целью вызвать у читателей шок, а потому, что без их осознания невозможно в полной мере понять высказывание Билла Эйри: «В скафандрах для открытого космоса нет права на ошибку».
После этого скафандры и корабль были модифицированы для повышения огнестойкости, с заменой некоторых материалов. Замена части материалов была невозможна, так как это потребовало бы фундаментальной переработки проекта. В условиях ожесточённой лунной гонки никто не мог пойти на такой шаг.
После той трагической репетиции принципиальные архитектурные решения, касающиеся полетов на Луну, не подлежали изменению. В результате корабль и лунный посадочный модуль продолжили полет к Луне, функционируя при давлении 0,3 и используя потенциально опасный чистый кислород.
Какие еще шаги можно было предпринять? Переконструировать космические корабли и модули под иные условия давления, что повлекло бы увеличение их веса и требовало немедленной переработки всех компонентов? Было ли возможно найти место для четырехчасовых тренировок на тренажере в компактном лунном модуле?
Разумеется, лунная программа развивалась по пути незначительных модификаций. Однако, если бы полеты программы «Аполлон» продолжались с использованием той же технологии, в конечном итоге пришлось бы столкнуться с новыми авариями и человеческими жертвами. Оценить вероятность выживания астронавтов на Луне не составляет труда.
SpaceX прыгает на грабли фон Брауна?
Компания Илона Маска представила свои планы миссии Polaris Dawn, и они вызывают определенные ассоциации.
Чтобы астронавты не проходили через четырехчасовые велогонки перед двухчасовым выходом в открытый космос, SpaceX планирует… перед выходом в космос постепенно переводить атмосферу на чисто кислородную среду с давлением 0,3. По сути, компания повторила решение, которое в 1960-х годах уже привело к трагическим последствиям, унеся жизни трех человек.
Мы не можем это понять, и ситуация отличается. Безусловно, подобное повторится не сейчас.
Существовала определенная сложность: подобно ситуации в 1960-е годы, достичь согласия относительно кислорода не удалось. Он не претерпел никаких изменений в своих химических характеристиках, поэтому опасности, свойственные тому периоду, остались неразрешенными.
Повторение SpaceX ошибок, допущенных проектировщиками скафандров в 1960-х годах, представляет опасность не только для экипажа из четырех человек на борту Crew Dragon. Действительно, это лето станет для них рискованным, однако их проблемы только начинают проявляться.
По имеющимся данным, частные компании, заключившие контракт с NASA на разработку скафандров для лунной миссии 2026 года, также не успевают выполнить свою работу в установленные сроки. Проводимые ими в настоящее время испытания значительно отстают от запланированного графика. Таким образом, вероятность того, что к 2026 году NASA получит необходимые скафандры для работы на поверхности Луны, представляется невысокой (хотя полностью исключать такую возможность пока нельзя).
В данной ситуации существовала возможность поиска альтернативного решения. Иными словами, приобрести у SpaceX то, что NASA не смогло приобрести у других поставщиков. Прецеденты подобного рода уже имели место. В 2014 году NASA одновременно заказало пилотируемые корабли для полетов к МКС у Boeing и SpaceX, однако в агентстве не рассматривали SpaceX как серьезного конкурента. Существовало мнение, что Boeing представит корабль первым, поэтому ей было выделено значительно больше средств в рамках этого контракта, чем компании Илона Маска.
Boeing не рассматривала Маска как соперника в сфере пилотируемых космических кораблей. В 2014 году, когда журналист поинтересовался у вице-президента Boeing, вызывает ли его обеспокоенность подобная конкуренция, тот ответил: «Мы сосредоточены на содержательной работе, а не на создании искусственного ажиотажа. Под этим подразумевалось, что Маск – опытный специалист по связям с общественностью, однако не является серьезным разработчиком в такой сложной сфере, как пилотируемая космонавтика.
В 2024 году это кажется невероятным. Пилотируемые корабли Dragon уже давно доставляют людей на МКС, в то время как Starliner от Boeing до сих пор не осуществил свой первый полет, значительно нарушив сроки, предусмотренные контрактом. Таким образом, те, кого NASA считали менее опытными, на самом деле стали монополистами, от которых зависит возможность космических полетов для США.
Схожая ситуация может возникнуть и с полетом на Луну. Американский космический корабль Orion, разработанный агентством и обошедшийся в десятки миллиардов долларов, является самым дорогим аппаратом в истории. Несмотря на то, что с использованием государственных средств у него все в порядке, с космосом дела обстоят хуже. Во время последних испытаний при входе в атмосферу от теплозащитной системы отсоединялись фрагменты. По мнению NASA, это может представлять опасность для экипажа, возвращающегося с Луны, на корабле, который планировалось использовать для этой цели.
В связи с этим американские СМИ все чаще заявляют о возможности доставки астронавтов с Луны на том же Starship, на котором они и отправятся к ней. Такой исход событий вполне вероятен: Starship проходит регулярные испытания и к 2026 году может похвастаться значительным опытом полетов. При этом за каждый запуск Orion требуются 4,3 миллиарда долларов, что в десять раз превышает сумму, потраченную SpaceX на разработку ракеты Falcon 9 и базовой версии корабля Dragon. Поэтому у NASA ограничены ресурсы для проведения испытаний Orion.
Даже в случае успешной работы Orion или его замены Starship, высадки на Луне не состоятся без новых скафандров. Причина в том, что имеющиеся американские внекорабельные скафандры, используемые на МКС, слишком старые и изношенные, чтобы на них можно было рисковать, отправляя людей на Луну. Даже на МКС ситуация не безопасна: недавний инцидент с итальянским астронавтом, на которого в американском скафандре попала вода из-за проблем с герметичностью водного блока, показывает это. Такой «американский эксперимент» неприемлем для миссии на Селену: в случае проблем с возвращением в корабль, человек может погибнуть, вдохнув воду.
Несмотря на то, что скафандр, разработанный SpaceX, по некоторым параметрам напоминает модели шестидесятых годов, включая наличие шланга для подачи кислорода и отсутствие возможности использования подгузников в будущем, а также другие недостатки в конструкции, сама компания Маска сможет это преодолеть. Безусловно, существует вероятность, что в процессе испытаний произойдет трагический случай. Для SpaceX это не впервые: в компании культивируется дух первопроходцев, где риски считаются неизбежными. У них уже есть сотрудник, находящийся в коме вследствие производственной травмы, и если трагедия произойдет из-за скафандра, то это, к сожалению, неотъемлемая часть освоения космоса.
Именно благодаря способности к быстрому обучению, сегодня компания Маска осуществляет больше запусков ракет, чем любая страна, и располагает большим количеством собственных спутников, чем все остальные государства Земли за все время ее существования. Кроме того, производство самого продаваемого автомобиля в мире также принадлежит его компании, что свидетельствует о его способности решать сложные задачи в различных сферах деятельности. Это позволяет предположить, что, несмотря на существенные недостатки текущих скафандров, в конечном итоге он создаст вполне работоспособные конструкции. Весьма вероятно, что большинство скафандров будущего будут производиться компанией SpaceX, а не какой-либо другой, частной или государственной структурой. Это обусловлено тем, что именно этой компании предстоит осуществлять полеты в космос наиболее часто.
NASA не приобретет у него скафандры, дизайн которых вызывает опасения по сравнению с нынешними моделями, для миссии Polaris Dawn. Это создает значительный риск того, что вместо миссии «Артемида III» с первой в XXI веке высадкой на Луну в 2026 году мы станем свидетелями лишь ее облёта. Зачем совершать посадку в место, из которого вам все равно не выйти — поскольку «нет подходящей экипировки»?
*Российские власти признали деятельность компании Meta, владеющей социальными сетями Facebook и Instagram, экстремистской и запретили ее на территории страны.