С каждым днем увеличивается вероятность переноса миссии Martian Moons eXploration, целью которой является доставка реголита со спутника Марса на Землю. Окончательное решение еще не принято, однако готовность новой японской ракеты H3 к ближайшему стартовому окну, направленному к Красной планете, вызывает серьезные опасения. У Японии в настоящее время нет альтернативных подходящих носителей.
Орбитальная механика руководствуется строгими принципами: она определяет продолжительность перелета к различным небесным объектам и объем необходимого топлива. Наиболее благоприятное время для старта, известное как пусковое окно, возникает примерно раз в два года. Для полета от Земли к Марсу ближайшее такое окно придется на осень 2024 года, охватывая период с конца сентября по начало ноября.
Для достижения намеченных сроков, любая миссия к Марсу требует заблаговременной подготовки, оптимально – к концу лета 2024 года. Это подразумевает наличие ракеты-носителя и межпланетного аппарата, при этом каждый элемент должен пройти все необходимые испытания и тесты, а программа полета должна быть тщательно проработана. В космической отрасли не допускается спешка, поскольку она увеличивает вероятность сбоя.
Проблема с миссией Martian Moons eXploration (MMX) заключается в выбранной ракете — новейшей H3. Разработку ведут с 2013 года, и по плану новая система должна была заменить успешную, но дорогую ракету, если оценивать по современным стандартам H-IIA (H-2A). Проект ее создания оказался сложнее, чем ожидалось, и вместо 2020 года H3 впервые стартовала в марте 2023-го, после неудачной попытки запуска в феврале.
Полет длился приблизительно 15 минут. Первая ступень ракеты функционировала штатно, однако вторая столкнулась с трудностями: возникла неисправность в системе зажигания двигателя.
Следующий испытательный полет H3, как сообщил сайт NHK, намечен на конец марта 2024 года. Даже в случае успешного завершения, у Mitsubishi Heavy Industries осталось менее восьми месяцев на сборку и доводку носителя для MMX. В случае неудачи марсианская миссия не будет реализована в ближайшее время. В качестве альтернативы можно рассмотреть возможность отправки научной станции на ракете более раннего поколения. Однако это сопряжено с рядом сложностей: во-первых, ее грузоподъемности недостаточно, а во-вторых, последние три H-2A, которые в настоящее время находятся в стадии производства, уже распределены по конкретным задачам — сроки замены полезного оборудования остаются неясными.
Внутри Японского агентства аэрокосмических исследований ( JAXA) продолжаются активные обсуждения относительно переноса запуска MMX, сообщило Kyodo News со ссылкой на собственные источники. Для Страны восходящего солнца это очень важная миссия, и ее провал серьезно ударит по репутации. Однако перенос означает, что на Всемирной выставке 2025 года в Осаке ( Expo 2025) в режиме реального времени не удастся показать изображения, сделанные во время первого в истории облёта спутника Марса Фобоса (при условии успешного завершения миссии).
Существует еще одна экстренная альтернатива H3 — SpaceX Falcon Heavy. Американская частная космическая компания показала, что способна оперативно готовить ракеты к запуску. При необходимости это возможно, хотя и потребует транспортировки оборудования через океан, повторного проведения всех предпусковых проверок и внесения MMX в носитель, к которому изначально миссия не была адаптирована.
Необходимо будет повторно рассчитывать траекторию. И это без учета вопроса о национальном престиже: запуск собственной межпланетной станции на борту отечественной ракете — это всегда почетно. Поэтому нельзя утверждать, что Falcon Heavy в качестве носителя для MMX официально рассматривают, хотя слухи такие ходят.
В ходе испытательного запуска возникли проблемы со второй ступенью H3 стали неприятным сюрпризом для всех. Дело в том, что она основана на проверенной временем и крайне надежной конструкции второй ступени ракет семейства H-2. За время эксплуатации, начиная с 1998 года, не зафиксировано ни одного отказа, вызванного ее неисправностями, при 38 выполненных запусках. На второй ступени H3 устанавливается двигатель LE-5B-3 — не копия, а модернизация своих предшественников, и это может быть причиной аварии. Но до испытательного полета он вызывал меньше всего подозрений.
Первая ступень — это совсем иной случай. Среди всех остальных носителей H3 выделяется двигателями первой ступени. На ней устанавливают совершенно новые LE-9, двигатели, использующие цикл с фазовым переходом, работают по принципу, при котором часть топлива используется для охлаждения камеры сгорания и сопла, испаряясь в каналах, расположенных вокруг них. Образующийся газ под высоким давлением приводит в действие турбонасосы топлива и окислителя. Такая конструкция позволяет увеличить эффективность двигателя, однако накладывает существенные ограничения на максимальную тягу, которую он может развить, и на габариты).
Обычно турбонасосы приводятся в действие с помощью отдельных миниатюрных камер сгорания (газогенераторов), где сжигается определенное количество топлива. Выхлопные газы газогенераторов либо выбрасываются в атмосферу, что приводит к их потере, либо направляются непосредственно в основную камеру сгорания. Однако, такое решение достаточно трудно осуществимо.
Обычно жидкостные ракетные двигатели с циклом фазового перехода применяют исключительно на верхних ступенях ракет-носителей H3 стала первой ракетой с такими двигателями на первой ступени. Но, чтобы создать LE-9, японским инженерам пришлось приложить немало усилий, поскольку именно двигатели стали причиной задержек при разработке нового носителя. Ожидается, что данное техническое решение позволит существенно снизить затраты на эксплуатацию H3, а как оно обернется в реальности, пока не ясно.
Миссия Martian Moons eXploration состоит из перелетного, исследовательского и возвратного модулей, а также ровера массой 30 килограммов. По плану полета аппарат должен провести забор грунта с Фобоса и отправить образец массой примерно 10 граммов к Земле. Затем MMX останется в системе Марса и продолжит изучение его спутников.