Как и куда полетят лунная ракета SLS и корабль «Орион»
Через три дня сверхтяжелая ракета-носитель SLS впервые взмоет в небо, унося с собой космический корабль «Орион». Это первый старт в рамках программы «Артемида», которая должна не только вернуть человечество на Луну, но и позволить ему там задержаться. Рассказываем почему это важно, как будет проходить полет SLS, «Ориона» и их попутчиков, и что будет потом.
С тех пор, как экипаж «Аполлона-17» вернулся с Луны — а это было полвека назад, в 1972 году, — люди никогда не бывали за пределами околоземной орбиты. Только через тридцать лет после этого NASA всерьез задумалось о возвращении пилотируемых кораблей в межпланетное пространство — и запустило программу «Созвездие». Первоначально она предполагала пилотируемые полеты к Луне, Марсу и даже околоземному астероиду, для пусков по этой программе агентство планировало создать две новых ракеты-носителя и два космических корабля.
Однако в 2010 году «Созвездие» полностью свернули, объяснив это отставанием от плана, нерешенными техническими проблемами и значительным недофинансированием.
Вскоре после этого в США был принят закон, по которому NASA выделяли максимальное финансирование на несколько лет. Естественно, с условиями — во-первых, корабль «Орион», проектирование которого уже шло, должен был быть построен. А вторым условием было создание для него тяжелой ракеты-носителя на основе системы выведения шаттлов — SLS (Space Launch System). В ответ на это агентство вновь предлагает Белому дому слетать на Марс к середине 2030-х годов, а через два года вспоминает об идее с астероидом, представив проект ARM (Asteroid Redirect Mission). В его рамках предполагалась «припарковать» к Луне небольшой астероид при помощи автоматического аппарата, а затем отправить к нему зонды и людей для проведения исследований. Увы, эти идеи так и не были реализованы.
Программа «Артемида» была запущена в конце 2017 года. NASA предписывалось сосредоточить свои усилия на активизации пилотируемой космонавтики и ускорения отправки людей вначале к Луне, а затем к Марсу и, возможно, и дальше. Однако и тут начались задержки: рост объема запрашиваемых бюджетов, проблемы при разработке посадочной лунной системы HLS (за право создать которую конкуренты боролись настолько увлеченно, что остановиться смогли только в суде), и скафандров для работы на Луне.
Отставала от графика и SLS. Ее первый пуск, первоначально намеченный на 2016 год, переносился 16 раз, а общие расходы на нее выросли с 6 до 23,8 миллиарда долларов — это на три с лишним миллиарда больше, чем ушло на «Орион».
Несмотря на все проблемы, ни при одной администрации США проекту SLS всерьез ничто не угрожало. Проект критиковали, но финансирование наращивать не переставали. При этом помимо одноразовой SLS существовали и альтернативные проекты, например многоразовый Starship от SpaceX, которые и так уже делают для NASA лунный модуль. Почему миллиарды, уходившие на SLS, не потратить на коллаборацию с частными предприятиями, которые не только неплохо справляются, но и прибавляют с каждым годом?
По мнению старшего советника по космической политике Планетарного общества Кейси Драйера (Casey Dreier), причина в том, что SLS и «Орион» уже перешагнули черту, за которой начинается область так называемого «too big to fail» (с англ. — «слишком велики, чтобы провалиться»). Их подрядчики есть уже во всех американских штатах и Пуэрто-Рико, это десятки тысяч рабочих мест, а значит и избирателей. А чиновники и конгрессмены хорошо помнят эффекты от сворачивания программ «Space Shuttle» и «Созвездия»: значительное число людей потеряло работу. Таким образом, экономические и политические потери от остановки лунного предприятия будут чувствительнее для Конгресса — а именно он решает судьбу бюджетирования «Артемиды», — чем выгода от перехода на ракеты, кажущиеся дешевле и эффективнее.
«Артемида» преследует сразу несколько целей. Главная из них, пожалуй, все еще политическая. Ее начал Дональд Трамп, поскольку возвращение на Луну отлично укладывалось в слоган про возвращение Америки к ее былому величию («Make America Great Again!») и не вызывало особенных возражений ни у демократов, ни у республиканцев — космос нравится всем. Она, несомненно, укрепляет США в статусе ведущей космической державы на планете, при том, что на другом берегу Тихого океана бурно развивается космическая программа Китая, который собирается отправить людей на Луну уже в 2030 году.
В ходе «Артемиды» планируется для начала высадить на поверхность Луны в область ее южного полюса двух астронавтов, затем собрать на окололунной орбите обитаемую станцию Lunar Gateway (подробно о ней мы рассказывали в материале «Промежуточная станция»), а потом возвести постоянную исследовательскую базу. Помимо обширной программы научных исследований, на этой базе будут отрабатывать добычу и переработку лунных полезных ископаемых — под это NASA уже второй год собирает подписи других национальных космических агентств под соглашением Artemis Accords, где закрепляется порядок работ не только на Луне, но и Марсе. Естественно, следом за всем этим планируется и выход на пилотируемый полет к Марсу.
Стоит отметить и экономический аспект «Артемиды» — в ее рамках расширяется сотрудничество американского государства с частными компаниями в области научных исследований, технических разработок, да и самих полетов в космос. В частности, в 2018 году стартовала программа Commercial Lunar Payload Services (CLPS), в рамках которой NASA заключает контракты с частными компаниями на доставку на Луну различных научных приборов, спускаемых модулей и луноходов.
Сейчас в «Артемиде» помимо NASA и американских частников участвует Европейское космическое агентство, а также космические агентства и компании Люксембурга, Японии, Канады, Италии, Австралии, Великобритании, ОАЭ, Украины, Бразилии, Мексики, Южной Кореи и Новой Зеландии. «Роскосмоса» в этом списке нет — в прошлом году он от идеи сотрудничества отказался.
Двухступенчатая сверхтяжелая ракета-носитель SLS (Space Launch System) это, в каком-то смысле, видоизмененная система выведения шаттлов в космос, где вместо шаттла — полезная нагрузка или космический корабль. Высота ракеты варьируется от 98 метров (в пилотируемом варианте) до 111 метров (в грузовом варианте). Центральный блок ракеты состоит из пяти частей: двигательной секции, бака с водородным топливом, бака с кислородным окислителем, промежуточного и переходного отсеков.
Длина центрального блока, в который превратился сбрасываемый топливный бак шаттлов, составляет 65 метров, а диаметр — 8,4 метра. Блок оснащен четырьмя жидкостными ракетными двигателями RS-25D, использующими в качестве топлива и окислителя водород и кислород, которые ставили на шаттлы. Два твердотопливных ускорителя перешли SLS по наследству от них же (подробнее о бустерах шаттлов и их возвращении на SLS мы писали в материале «На твердой тяге»).
Для первого, второго и третьего полета «Артемиды» будет использоваться версия SLS Block 1 Crew, которая может вывести к Луне (или дальше) до 27 тонн. После того, как первая ступень отработает, корабль на траекторию к Луне дотащит криогенная вторая ступень ICPS (Interim Cryogenic Propulsion Stage), она с некоторыми модификациями перекочевала с ракет Delta III и Delta IV, на ней стоит двигатель RL10.
Для многоразового пилотируемого «Ориона» это не первый полет. А второй — восемь лет назад пустую капсулу «Ориона» запускали на околоземную орбиту и сажали на Землю в автоматическом режиме, все прошло без каких-либо эксцессов. Сейчас в космос отправится уже полноценная версия корабля, включающая в себя служебный модуль, который разработало и поставило Европейское космическое агентство. Жилой объем корабля — девять кубических метров, он рассчитан на шесть человек и может обеспечивать их жизнь на борту в течение трех недель. Электроэнергией его обеспечивают четыре солнечные батареи, а в качестве маршевого двигателя используется AJ10.
«Артемида-1» будет беспилотной, однако совсем пустым корабль не будет. На борту «Ориона» в этот раз полетят манекены Хельга и Зохар, которые станут экспериментом по проверке воздействия космического излучения на человека, при этом особый упор делается на исследование влияния радиации на женский организм. Манекенов разместят в креслах корабля Orion с дозиметрами в их искусственных органах. При этом один из манекенов будет носить специальный защитный жилет Astrorad, а второй — нет. Компанию манекенам составят два индикатора невесомости: от ESA полетит Барашек Шон, от NASA — пес Снупи.
Живых существ на борту корабля будет четыре вида. Дрожжи летят в рамках эксперимента Zea. Он начнется, как только «Орион» окажется в межпланетном пространстве — в пакеты с сублимированными дрожжами будет добавлена культуральная жидкость, что обеспечит колониями дрожжей среду для роста в течение трех дней. После того, как капсула корабля вернется на Землю, пакеты с дрожжами извлекут и проанализируют, как радиация повлияла на их ДНК. Помимо дрожжей в космос летят семена резуховидки Таля, четыре штамма плесневого гриба Аспергилла черного, а также фотосинтезирующие водоросли вида Хламидомонада Рейнхардта — все они тоже являются отдельными биологическими экспериментами. В случае семян ученые проверят, как на них повлиял космический полет, а в случае грибов и водорослей — посмотрят влияние радиации на их гены. Любопытным моментом в эксперименте с Аспергиллом является то, что три из четырех штаммов являются мутантными, выведенными в лабораторных условиях. У двух из них отсутствуют пути репарации ДНК, а у третьего штамма нарушена выработка меланина.
Полезная нагрузка «Артемиды-1» включает в себя также 10 спутников-кубсатов формата 6U (их должно было быть больше, но три проекта не успели вовремя и полетят позже). Спутники отделятся от корабля через несколько часов после пуска.
LunaH-Map и Lunar IceCube будут при помощи нейтронного детектора и инфракрасного спектрометра искать залежи водяного льда на лунной поверхности, особенно в районе ее южного полюса. Спутник LunIR также будет изучать поверхность Луны. Японский аппарат OMOTENASHI (Outstanding Moon exploration Technologies demonstrated by Nano Semi-Hard Impactor) должен высадить на Луну самый маленький на сегодняшний день лунный посадочный модуль, массой всего 700 граммов — он оснащен датчиком радиационной обстановки, акселерометром и воздушной подушкой для того, чтобы прилуниться помягче.
Аппарат BioSentinel проведет астробиологический эксперимент, наблюдая за ростом и метаболической активностью клеток дрожжей в условиях межпланетной среды, спутник EQUULEUS займется исследованиями плазмосферы Земли, а CuSP (CubeSat for Solar Particles) — изучением заряженных частиц, испускаемых Солнцем, и магнитных полей вблизи себя. Наконец, еще можно отметить зонд Near-Earth Asteroid Scout, целью которого станет небольшой астероид 2020 GE. Аппарат развернет солнечный парус, площадью 86 квадратных метров, и попытается с его помощью достичь астероида и сфотографировать его.
Полет продлится 42 дня, 3 часа и 20 минут. Через 8,5 минут после старта с площадки 39B Космического центра имени Кеннеди верхняя ступень SLS с «Орионом» выйдут на начальную орбиту, а твердотопливные ускорители и двигательный блок упадут в океан, ловить их никто не будет. Верхняя ступень дважды включит двигатель и после этого отвалится от корабля, который ляжет на траекторию полета к Луне.
Долетев до нее, «Орион» вначале облетит естественный спутник Земли, в периселении подойдя к нему на 111 километров, а затем не меньше недели проведет на дальней ретроградной окололунной орбите, проверяя свои системы. Затем — второй облет и путь обратно. Приводнение капсулы корабля в океан намечено на 10 октября 2022 года.
Если этот полет завершится успешно, то на очередь встанет второй. «Артемида-2» повторит программу «Артемиды-1» — но уже с астронавтами на борту. Пока что он назначен на 2024 год. Если и он пройдет штатно, то NASA даст зеленый свет следующему. В 2025 году пилотируемый «Орион» должен будет состыковаться с посадочной версией космического корабля Starship на окололунной орбите, после чего туда перейдет экипаж и высадится на поверхность. Ожидается, что два астронавта проведут на Луне шесть с лишним земных дней, после чего вернутся на борт «Ориона» и отправятся на Землю. Суммарно этот полет продлится месяц.
Александр Войтюк