Всяческих им успехов в данном начинании. Как NASA готовит возвращение на Луну
Сорок пять лет назад, 19 декабря 1972 года, спускаемый аппарат американского космического корабля Apollo 17 вернулся на Землю. Так закончилась лунная программа, которую NASA развивала с 1969 года. С тех пор нога человека не ступала на поверхность спутника Земли, но неделю назад президент США Дональд Трамп подписал директиву номер 1, которая ставит перед NASA и его партнерами амбициозную цель — вернуться на Луну. Роскосмос уже заявил, что готов присоединиться к проекту. Об истории американских лунных программ по просьбе N + 1 рассказывает блогер и популяризатор космонавтики Виталий «Зеленый Кот» Егоров.
В 1969 году земляне достигли Луны, а в 1972 году покинули ее и с тех пор не возвращались. Это не значит, что не пытались, но пока ни одна страна не смогла вновь послать человека на серые безвоздушные равнины. В 60-е годы лунная гонка происходила между США и СССР, победила Америка, и она же сохранила наибольший потенциал и наибольшие амбиции к продолжению освоения естественного спутника Земли.
Челноки и МКС
После закрытия программы Apollo в 70-е годы американское космическое агентство NASA сконцентрировало усилия на околоземной программе космических челноков Space Shuttle. Огромные ракетопланы массой 110 тонн, выводящие на орбиту 27 тонн груза, воспринимались как магистральное направление развития космонавтики, которое позволит снизить стоимость доставки грузов, наладить обслуживание космических аппаратов прямо на орбите, вывозить в космос десятки человек.
На практике все оказалось не так радужно: стоимость межполетного обслуживания съедала все выгоды многоразовости, а американские челноки оказались самыми дорогими кораблями за всю историю космонавтики. Отсутствие системы аварийного спасения на старте и при посадке привели к многочисленным жертвам в результате двух аварий в 1986 и 2003 году. Потребности в доставке грузов в космос оказались в несколько раз ниже, чем ожидалось.
Тем не менее, Space Shuttle немало послужили космосу и науке: вывели на орбиту космические телескопы Hubble и Chandra, провели ремонт и неоднократное сервисное обслуживание Hubble. Позволили совершить 135 пилотируемых полетов и запустить в космос 350 человек, многих по несколько раз. Провели отработку огромного количества технических решений, биологических и физических экспериментов и многого другого. Однако к 90-м годам руководители NASA осознали, что американская космонавтика серьезно отстает от советской с точки зрения опыта и развития технологий длительного пребывания человека в космосе. В 1996 году, когда российский космонавт провел в космосе на станции «Мир» 437 суток, американский рекорд, поставленный 4-м экипажем SkyLab в 1973 году, составлял 84 дня и ночи. Рекорд длительности пребывания в космосе Space Shuttle на тот момент равнялся 16 дням.
К концу 80-х NASA выбрало новый путь развития в сторону большой многомодульной космической станции Freedom. После включения в проект Японии, Канады, Евросоюза и России сформировался проект Международной космической станции, сборка которой началась в 1998 году. Сумев опереться на опыт России в разработке долговременных орбитальных станций, NASA достигло серьезного прогресса в этом направлении. Станция успешно строилась общими силами, и к середине 2000-х годов американскому космическому агентству стало ясно, что нужна новая амбициозная цель. Так родилась программа Constellation, поддержанная администрацией президента Джорджа Буша-младшего.
Освоение опыта длительного пребывания человека в космосе и технологии сверхтяжелых ракетных носителей недвусмысленно указывали, куда двигаться дальше — на Луну и на Марс.
«Созвездие» Луны и Марса
Программа Constellation предполагала создание транспортной инфраструктуры, способной обеспечить человеку доступ на Луну и открыть путь к дальнейшему движению на Марс. Чтобы подготовить высадку астронавтов на Луну, американцы начали строить межпланетный пилотируемый корабль Orion, новые ракеты Ares 1 и Ares 5, лунный посадочный модуль Altair. Кроме этого началось создание новых лунных транспортных систем, скафандров, модульных жилых отсеков. В этот раз Америка собиралась на Луну надолго.
Чтобы достичь Марса, потребовалось бы еще создать перелетный жилой модуль, тяжелый марсианский разгонный блок на основе химического кислород-водородного или ядерного ракетного двигателя, а также марсианский посадочный модуль, серьезно отличающийся от лунного.
При разработке космической техники в рамках Constellation решили опираться на опыт программы Apollo и освоенный промышленный потенциал Space Shuttle. Командный модуль корабля Orion представляет собой увеличенный в полтора раза и модернизированный аналог Apollo. Принципиальное его отличие состоит в том, что на окололунной орбите он должен летать в автономном режиме, пока весь экипаж из четырех человек будет находиться в Altair на Луне. Важное отличие межпланетного корабля от околоземного — в способности к длительному автономному существованию и к возвращению на Землю со второй космической скорости. Благодаря тому, что скорость встречи корабля с атмосферой может достигать 11 километров в секунду, его можно использовать как для полета к Луне, так и к Марсу или к околоземному астероиду. Только к Марсу придется лететь в составе перелетного модуля, а корабль использовать лишь для старта с Земли и возвращения туда же.
Технология посадки на Луну базировалась на опыте Apollo Lunar Module. Altair разрабатывался как двухступенчатый корабль, который при старте с Луны оставляет первую ступень на поверхности и использует ее как стартовый стол для второй ступени. Правда, в 2000-е глубина проработки конструкции корабля оставалась на раннем этапе, предполагалось более подробно заняться им после 2011 года.
Ракета Ares 1 строилась на основе одного твердотопливного ускорителя SRB, которые использовались на челноках. Вторая ступень — кислород-водородная, с двигателем J-2X, который эволюционно идет от двигателя второй ступени Saturn.
Ares 5 предполагал два твердотопливных ускорителя и кислород-водородную первую ступень с несколькими двигателями от Space Shuttle — RS-25. Вторая ступень Ares 5 тоже предполагалась как кислород-водородная с двигателями J-2X. Даже нумерация ракет в названии Ares 1 и Ares 5 пришла из 60-х, в память о Saturn 1 и Saturn 5. Поэтому встречающиеся утверждения, что чертежи Saturn 5 потеряли, а наследие не используется, — ошибочны. Двигатели F1 воскрешать не стали, так как они уступали по тяге и грузоподъемности твердотопливным ускорителям SRB, а двигателестроение Америки давно перешло на кислород-водородную топливную пару. Сегодня кислород-керосиновые ракеты США летают только на российских двигателях РД-180 и РД-181, а также на двигателе Merlin, разработанном компанией SpaceX в 2000-е годы.
В отличие от Apollo в Constellation предполагалась двухпусковая схема с пилотируемым кораблем Orion, стартующим на Ares 1, и беспилотным носителем Ares 5, на котором поднимались бы на низкую околоземную орбиту перелетная ступень и посадочный модуль Altair. Благодаря этому на Луну можно было бы высадить четырех астронавтов, взять больше грузов и оставить нижнюю ступень Altair как элемент будущей лунной базы.
Охотники за астероидом
Все эти планы нарушил мировой финансовый кризис 2008 года. Новый президент Барак Обама пришел к власти под лозунгами выхода из кризиса и сокращения государственного долга. В эти обещания никак не укладывались требуемые 150 миллиардов долларов на полет к Луне и дальше. В 2010 году Constellation исключили из бюджета NASA. Однако задача поиска амбициозной цели на будущее осталась, тем более что в 2011 году закрыли и программу Space Shuttle.
В том же году было решено продолжить разработку космического корабля Orion. Из ракет Ares предложили оставить только большую, которая в немного уменьшенном варианте получила название Space Launch System (SLS), в остальном же все осталось без изменений: удлиненные твердотопливные ускорители, кислород-водородный центральный блок. Американские инженеры добавили лишь несколько модификаций различной грузоподъемности, изменив вторую ступень.
К тому времени NASA сделало ставку на коммерческие компании и международных партнеров в обеспечении снабжения МКС. С конца 2011 года по настоящее время астронавты добираются до Международной космической станции на российских кораблях «Союз», а грузы доставляют как российские «Прогрессы» и японские HTV, так и американские частные корабли Dragon и Cygnus. Но Америка не была бы Америкой, если бы не ставила больших целей. Администрация Обамы поддержала новый межпланетный проект Asteroid Redirect Mission (ARM).
В рамках ARM предполагалось создание и запуск автоматической межпланетной станции повышенной мощности, способной захватить и отбуксировать небольшой астероид к Луне, где его могли бы посетили астронавты, доставленные кораблем Orion, стартовавшим на SLS. Несмотря на новизну такой операции, ее много критиковали из-за малой значимости для науки и техники. Единственным весомым аргументом в ее пользу была более низкая стоимость по сравнении с Constellation, но и это поставили под сомнение из-за дороговизны SLS и Orion. К концу разработки оба проекта потребовали по 10 миллиардов долларов каждый, и тратить такие средства на один-два полета — слишком много даже для бюджета NASA. Для сравнения, два околоземных корабля, изготавливаемые SpaceX и Boeing, потребовали около 5 миллиардов долларов на двоих, причем SpaceX заявляет, что ее корабль способен и к межпланетным полетам. Для SLS же так и не придумали значимых задач, кроме первого испытательного полета Orion к Луне в беспилотном режиме и запуска автоматической межпланетной станции для поиска жизни на спутнике Юпитера Европе.
Ворота в далекий космос
Потребовалась смена власти в Вашингтоне, чтобы забыть как страшный сон полет на астероид и вернуться к лунным целям. Президент Дональд Трамп, избранный в конце 2016 года, сразу обозначил свои космические интересы, предложив в ходе первого же испытательного полета SLS и Orion отправить астронавтов к Луне. NASA подумало, но отказалось, зато начало разработку окололунной посещаемой станции Deep Space Gateway. В прежних планах ничего подобного не предусматривалось, и строительство такой станции противоречит целям высадки на Луну и строительства базы на ее поверхности. Но администрация Трампа не сулила повышения финансирования на лунные программы, и даже зашел разговор о дальнейших сокращениях.
Поэтому можно считать, что проект окололунной станции — это вынужденная мера в ситуации, когда нет денег на новые разработки, но требуется придумать что-то амбициозное, способное загрузить работой новую дорогую ракету и корабль на десятилетие вперед. Строить модули станции научились на МКС, пора начинать перетаскивать их к Луне. Тем более что и прежним международным партнерам, в том числе Роскосмосу, эта идея понравилась, то есть программа выйдет еще более экономной, чем единоличное освоение Луны.
Директива номер 1, которую Трамп подписал 12 декабря 2017 года, в 45-ю годовщину посадки Apollo 17 на поверхность спутника Земли, провозглашает целью NASA возвращение американцев на Луну. Для американского космического агентства это означает увеличение финансирования на лунную программу. Вероятнее всего, создание станции Deep Space Gateway останется в приоритетных целях США, но к ней добавится еще посадочный модуль. Будет ли это Altair или новая модификация, пока говорить сложно. Возможно, американские инженеры разработают новый вариант, предусматривающий наличие постоянной окололунной станции в качестве промежуточной базы.
Роскосмос уже подписал с NASA соглашение о совместной разработке Deep Space Gateway. Теперь открывается возможность для совместного посещении Луны и строительства там постоянной научной станции. Остается лишь надеяться, что опыт партнерства в освоении космоса будет воспринят на Земле, где политикам все труднее находить общий язык.
https://nplus1.ru/material/2017/12/19/nasa-moon
