Двадцать лет в погоне за Луной⁠⁠

Джефф Фауст
Понедельник, 15 января 2024 г.
Первоисточник

14 января 2004 года президент Джордж У. Буш отправился в штаб-квартиру НАСА и произнес речь, в которой изложил то, что впоследствии станет известно как Vision for Space Exploration («Концепция освоения космоса»). Эта стратегия предусматривала вывод из эксплуатации космического челнока после завершения сборки Международной космической станции в конце десятилетия, возобновление роботизированного исследования Луны к 2008 году и возвращение астронавтов на поверхность Луны уже в 2015 году, но не позднее 2020 года (см. «Взгляд за пределы видимости», The Space Review, 19 января 2004 г.).

Хотя шаттл выведен из эксплуатации, станция достроена, а космические корабли исследуют Луну, эта последняя цель остается невыполненной 20 лет спустя. Планы НАСА и поддержка президента менялись в течение последних двух десятилетий, в результате чего возвращение человека на Луну было перенесено на вторую половину этого десятилетия. Буквально на прошлой неделе НАСА отложило Artemis-3, свою первую пилотируемую миссию на поверхность Луны со времен Apollo-17 более чем на полвека назад, почти на год, и этот сдвиг вряд ли станет окончательной задержкой. Тем не менее, возможно, планы по возвращению людей на Луну сейчас более безопасны, чем были после выступления Буша 20 лет назад.

Проблемы Orion

Последнее изменение в графике НАСА по отправке людей обратно на Луну произошло во время телеконференции для СМИ в прошлый вторник, о которой НАСА объявило в конце дня в предыдущую пятницу, что само по себе является несколько зловещим знаком. Ходили слухи, что НАСА объявит о задержках предстоящих миссий Artemis, в том числе некоторые полагали, что НАСА перенесет миссию по высадке на Луну с Artemis-3 на Artemis-4.

«Готовясь отправить наших друзей и коллег на эту миссию, мы стремимся к максимально безопасному запуску, и мы запустим, когда будем готовы», - сказал Фри из НАСА.

То, что НАСА раскрыло в ходе беседы с журналистами, было одновременно неожиданным и ожидаемым. НАСА сообщило, что запуск Artemis-2, первого корабля с экипажем Orion и Space Launch System, которая отправит четырех астронавтов вокруг Луны, был запланирован на конец этого года. Вместо этого НАСА заявило, что запуск состоится не ранее сентября 2025 года, что является более длительной задержкой, чем большинство ожидало.

«Безопасность - наш приоритет номер один», - сказал Джим Фри, который до прошлого месяца был заместителем администратора НАСА по разработке исследовательских систем. (Он перешел на должность заместителя администратора НАСА, высшую должность государственной службы в агентстве, после ухода на пенсию Боба Кабаны в конце 2023 года.) «Поскольку мы готовимся отправить наших друзей и коллег в эту миссию, мы стремимся к максимально безопасному запуску, и мы запустим, когда будем готовы».

Амит Кшатрия, заместитель администратора программы «Луна - Марс» в управлении миссии по разработке исследовательских систем, сказал, что к задержке привели три проблемы, все с участием Orion. Один из них ранее обсуждался официальными лицами агентства: неожиданная эрозия теплозащитного материала, известного как Avcoat, была замечена после испытательного полета Artemis-1 без экипажа в конце 2022 года. Эта эрозия не поставила под угрозу безопасность Orion, но НАСА хочет лучше понять, что произошло, и, при необходимости, внести изменения, прежде чем запускать Orion с астронавтами на борту.

Кшатрий сказал, что анализ эрозии продолжается, и НАСА ожидает определить первопричину к весне, в те же сроки, которые его заместитель Лакиша Хокинс озвучила на заседании консультативного комитета в ноябре. «Мы должны синтезировать эти данные и обновить общие тепловые, механические и материальные модели этого теплозащитного экрана, чтобы убедиться, что перед попыткой возвращения с окололунной орбиты мы на 100% уверены в том, что понимаем характеристики этого теплозащитного экрана», - сказал он.

Две другие проблемы, о которых ранее не сообщалось, также способствовали задержке. Кшатрия сказал, что схема моторных клапанов, используемая для управления клапанами в системе жизнеобеспечения Orion, не прошла приемо-сдаточные испытания космического корабля, который будет выполнять миссию Artemis-3. Последующее обследование выявило конструктивный недостаток в схеме этой электроники, хотя тот же компонент прошел приемо-сдаточные испытания для Artemis 2.

Менеджеры решили, что лучшим вариантом действий будет переделать и заменить компоненты как на Artemis 2, так и на 3. «Стало ясно, что для нас неприемлемо принимать это оборудование, и мы должны заменить его», - сказал он. Этот процесс замены займет много времени, учитывая технические проблемы с доступом к компонентам в текущей конфигурации космического корабля, и позже он сказал, что из-за этой работы запуск был перенесен на сентябрь следующего года.

«Даже если бы мы смогли запустить Artemis-2 в сроки, которые мы планировали изначально, нам все равно понадобилось бы дополнительное время для полета Artemis-3», - сказал Кшатрий.

Третья проблема связана с воздействием системы прерывания запуска на энергетическую систему космического корабля. Кшатрий сказал, что были случаи, когда при активации системы отмены запуска возникали «неполадки» в электрической системе, особенно с батареями.

«Проблема будет заключаться не в том, что аппарат не сможет безопасно оторваться от SLS, а в том, что он сможет поддерживать весь запас мощности, который нам нужен, от этого отделения до самой посадки», - сказал он, отметив, что работа над этим все еще находится на ранней стадии, и для устранения проблемы предлагается «несколько параллельных вариантов».

Artemis-2 и Starship

Ошибки в Artemis-2 означает, что Artemis-3, посадка первого экипажа, также откладывается. Запуск этой миссии был запланирован на конец 2025 года, но НАСА заявило, что теперь он запланирован на сентябрь 2026 года, через год после Artemis-2. (Artemis-4, тем временем, придерживается даты запуска в сентябре 2028 года.)

Однако официальные лица НАСА признали, что даже если бы Artemis-2 придерживалась своего более раннего графика, Artemis-3 все равно столкнулась бы с задержками. «Нам нужно больше времени на разработку системы приземления и скафандра», - сказал Кшатрия. «Даже если бы мы смогли запустить Artemis-2 в сроки, которые мы планировали изначально, нам все равно понадобилось бы дополнительное время для полета Artemis-3. Он отметил, что новая дата старта Artemis 3 в сентябре 2026 года «по-прежнему очень агрессивна».

Особое внимание уделяется космическому кораблю SpaceX с системой посадки человека (HLS), который доставит астронавтов Artemis-3 на поверхность Луны и возвращения обратно. К настоящему времени Starship стартовал уже дважды и оба раза взрывался. Более того, как только космический аппарат начнет летать, SpaceX должна продемонстрировать способность управлять транспортным средством и выполнять в космосе криогенную перекачку топлива, необходимого для заправки лунного посадочного модуля Starship для его полета на Луну.

Джессика Дженсен, вице-президент по работе с заказчиками и интеграции SpaceX, преуменьшила некоторые проблемы, связанные, в частности, с транспортировкой топлива. «Это звучит сложно и пугающе, и кажется, что это такая большая, туманная вещь», - сказала она. «Но если разбить его на различные части, то на самом деле мы выполнили почти все сложные части, которые уже есть в наших операционных программах».

Она утверждала, что компания уже продемонстрировала стыковку на орбите со своими кораблями Dragon, доставляющими грузы и экипажи на космическую станцию. Высокая скорость полета, необходимая для запуска танкеров Starship, которые будут перекачивать топливо, сейчас демонстрируется Falcon 9, утверждала она, с запусками с разных площадок с интервалом в несколько часов и запусками с одной и той же площадки с интервалом всего в несколько дней.

Сколько именно запусков потребуется, было предметом дискуссий. На том ноябрьском заседании комитета Хокинс из НАСА сказал, что агентство считает, что это число находится в «подростковом возрасте», что намного выше, чем ранее заявляла SpaceX (см. «Звездолет снова летает», The Space Review, 20 ноября 2023 г.).

Отвечая на вопрос об этом на брифинге на прошлой неделе, Кшатрия сказал, что SpaceX была «чрезвычайно прозрачной» в отношении разработки Starship, но что конкретное количество, вероятно, появится после летных испытаний. Он уступил Дженсену из SpaceX, который привел аргументы о том, что транспортировка топлива не так сложна, как может показаться. Она не назвала число заправок.

Затем вмешался администратор НАСА Билл Нельсон. «Вопрос заключался в том, сколько перекачивать топлива»? Он казался таким же любопытным, как и репортеры, которые просили назвать номер.

«Привет, Билл», - ответил Дженсен. «Я скажу, что это будет примерно равно десяти». Это число, добавила она, может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от того, насколько хорошо пройдут начальные летные испытания.

Она также отметила, что Starship скоро снова отправится в полет. Оборудование для третьего комплексного испытательного полета будет готово в этом месяце, а обновленная лицензия на запуск от FAA ожидается к февралю, как только SpaceX завершит корректирующие действия после ноябрьского испытательного полета. «Мы ожидаем, что лицензия поступит в феврале. Итак, похоже, что полет 3 состоится в феврале».

Дженсен не раскрыл, в чем заключались эти корректирующие действия или другие подробности о том, что привело к взрыву разгонного блока Starship на поздних стадиях горения. Но на презентации на космодроме SpaceX Starbase в Бока-Чика, штат Техас, генеральный директор SpaceX Илон Маск сказал, что аппарат загорелся и взорвался, когда из него выпустили жидкое кислородное топливо в конце горения.

«Это звучит сложно и пугающе, и кажется такой большой и туманной штукой», - сказал Дженсен о дозаправке в космосе.

«Но если разбить его на различные части, то на самом деле мы выполнили почти все сложные части, которые уже есть в наших операционных программах».

«Полет 2 фактически почти вышел на орбиту», - сказал он в видео, опубликованном компанией в пятницу. «Если бы у него был полезный груз, он бы добрался до орбиты, потому что причина, по которой он на самом деле не совсем добрался до орбиты, заключалась в том, что мы выпустили жидкий кислород, а жидкий кислород в конечном итоге привел к пожару и взрыву». Хотя он не стал вдаваться в подробности этого вопроса, он, по-видимому, предположил, что жидкий кислород был бы израсходован, если бы аппарат нес полезную нагрузку и нуждался в дополнительных характеристиках для выхода на орбиту.

Это объяснение, по его словам, придало ему уверенности в следующем запуске. «Я думаю, у нас есть действительно хороший шанс достичь орбиты с помощью рейса 3», - сказал он. Эта миссия, помимо демонстрации характеристик Starship, проведет запуск его двигателей в космосе, чтобы показать, что он может совершить контролируемый спуск с орбиты.

Он также протестирует перекачку топлива из коллекторного бака в верхней части транспортного средства в основные баки. Это шаг к передаче топлива с корабля на корабль, объяснил он. Первое испытание по передаче топлива с корабля на корабль ожидается, «надеюсь, к концу этого года, но наверняка к следующему году».

Наконец-то долгосрочное обязательство

В определенном контексте последнюю задержку можно рассматривать как очередную неудачу для Artemis. Тем не менее, это также признак того, насколько изменились планы НАСА по возвращению на Луну за последние два десятилетия и, в процессе этого, стали более безопасными.

Когда Буш в своей речи в штаб-квартире НАСА в 2004 году объявил о Концепции освоения космоса, он указал основные этапы и даты, но никаких технических подробностей. Он поручил НАСА разработать пилотируемый исследовательский аппарат к 2014 году, но ничего не сказал о его возможностях или требованиях.

Программа Constellation, появившаяся в НАСА под руководством администратора Майка Гриффина более полутора лет спустя, в ретроспективе выглядела удивительно обычной. Исследовательским кораблем экипажа стал Orion, модернизированная версия капсулы Apollo, основанная на ракетах большой грузоподъемности Ares I и V, основанных на технологии шаттлов. Разработка лунного модуля Altair так и не продвинулась далеко, но он был бы гораздо больше похож на лунный модуль эпохи Apollo, чем на Starship или Blue Moon. Это был, как печально заметил Гриффин, «Аполлон на стероидах».

Вполне возможно, что к настоящему времени удалось бы доставить людей на Луну при наличии достаточного финансирования. Это финансирование так и не было осуществлено, и администрация Обамы, действуя на основании отчета Комиссии Августина, решила отказаться от программы Constellation. Orion и ракета-носитель большой грузоподъемности, ныне SLS, были сохранены благодаря компромиссу с Конгрессом, но с упором исследований на астероиды.

Можно спорить о том, является ли нынешняя архитектура Artemis лучшей с технической точки зрения, но она обещает быть устойчивой в том смысле, в каком ни Apollo, ни Constellation не могли быть.

Администрация Трампа направила НАСА обратно на Луну, но не возродила Constellation. Она разработала архитектуру, которая дала нам Gateway — с привлечением партнеров по МКС — и коммерчески разработанные спускаемые аппараты через программу HLS. Первоначально НАСА прогнозировало возвращение человека на Луну в 2028 году, после завершения строительства Gateway, но Белый дом перенес высадку на 2024 год.

Возможно, самый большой шаг вперед в обеспечении возвращения человека на Луну НАСА - это то, чего не произошло. Когда администрация Байдена вступила в должность в 2021 году, и фактически оставила то, что НАСА теперь называет программой Artemis, нетронутым: никаких изменений в пунктах назначения, датах или планах развития. Хотя дата первой посадки Artemis с экипажем сдвинулась с 2024 года до конца 2026 года (и неизбежно до 2027 года или позже), это происходит из-за неумолимого замедления любой крупной программы, а не из-за серьезных изменений в политике или программном обеспечении.

Это, вероятно, будет продолжаться: второй срок Байдена, если он выиграет переизбрание в ноябре, почти наверняка удержит Artemis на прежнем курсе. С другой стороны, если Трамп вернется в Белый дом, он увидит программу, очень похожую на ту, что действовала во время его первого президентского срока (и космос, похоже, будет занимать последнее место в списке его приоритетов).

Можно спорить, является ли текущая архитектура Artemis лучшей с технической точки зрения. SLS дорогая, у Orion по-прежнему возникают технические проблемы после более чем 15 лет разработки, а Starship все еще не доказал способность летать. Но он обещает быть устойчивым в том смысле, в каком ни Apollo , ни Constellation не могли быть, подход, который может пережить политические и технические трудности.

Она также может выиграть от предполагаемой конкуренции с Китаем, поскольку эта страна говорит об отправке своих астронавтов на Луну, возможно, уже в конце десятилетия. Нельсон в телефонном разговоре на прошлой неделе сказал, что его не беспокоит высадка астронавтов из Китая на Луну до возвращения НАСА: «С учетом высадки США 26 сентября это будет первая посадка». Однако он использовал концепцию новой космической гонки с Китаем в качестве аргумента в Конгрессе за финансирование.

«Достижение этих целей требует долгосрочных обязательств», - сказал Буш в конце своей речи в штаб-квартире НАСА 20 лет назад. Получение этого обязательства долгое время было проблемой для НАСА и его сторонников, но, возможно, оно наконец будет выполнено, когда дело дойдет до возвращения людей на Луну. Вопрос не столько в том, произойдет ли это, сколько в том, когда.