2022-й год подарил любителям космонавтики зрелище, которое в последний раз можно было увидеть полвека тому назад. Речь об установленной на стартовой площадке сверхтяжелой ракете SLS, которая в рамках миссии Artemis I отправит космический корабль Orion к Луне. Поскольку подготовка к запуску уже вышла на финишную прямую, самое время подробнее рассказать об этой миссии и ее основных задачах.

SLS является крупнейшей ракетой NASA со времен программы Apollo. Высота ее базовой модификации (версия Block 1) составляет 98 метров. Носитель состоит из двух твердотопливных боковых ускорителей и двух ступеней. Боковые ускорители SLS построены компанией Northrop Grumman и являются модифицированной версией блоков, некогда устанавливавшихся на шаттлах. Они отличаются от них наличием дополнительного сегмента.

Первая (центральная) ступень SLS создана компанией Boeing. Она оснащена четырьмя модифицированными двигателями RS-25 работающими на топливной паре жидкий водород + жидкий кислород. Ранее эти силовые агрегаты тоже использовались на шаттлах. Второй (верхней) ступенью SLS служит криогенный блок DCSS (Delta Cryogenic Second Stage), до этого применявшийся на ракетах семейства Delta.

В общей сложности, в конфигурации Block 1 ракета может вывести 95 тонн груза на низкую околоземную орбиту (НОО) и до 27 тонн груза на траекторию полета к Луне. Начиная с четвертого полета, SLS подвергнется модернизации до версии Block 1B. Вместе криогенного блока DCSS на нее начнет устанавливаться создаваемая компанией Boeing верхняя ступень EUS (Exploration Upper Stage). Она позволит увеличить грузоподъемность ракеты до 105 тонн на НОО и до 42 тонн при полете к Луне. В последующем NASA надеется внести еще несколько изменений в конструкцию второй ступени SLS и боковых ускорителей, которые позволят довести ее грузоподъемность до 130 тонн на НОО и до 46 тонн при полете к Луне.

Разработка космического корабля Orion началась еще в нулевые в рамках программы Constellation (впоследствии она была закрыта). Он состоит из построенного компанией Lockheed Martin жилого модуля и служебного отсека, за создание которого отвечает концерн Airbus Defence and Space.

Масса жилого модуля Orion составляет 10.4 тонны. Он рассчитан на экипаж из четырех астронавтов. В 2014 году NASA провела орбитальное испытание жилого модуля корабля, в ходе которого он совершил два витка вокруг нашей планеты, а затем вошел в земную атмосферу на скорости 8,9 км/с (это меньше, чем скорость при возвращении с Луны, но больше, чем скорость при обычных рейсах на околоземную орбиту). Теплозащита корабля успешно справилась с этим испытанием.

Служебный модуль Orion создан на базе беспилотного корабля ATV, осуществлявшего снабжение МКС. Он несет весь необходимый запас воздуха и воды для экипажа, а также аккумуляторные батареи и четыре фотогальванические панели, предназначенные для генерирования электроэнергии. Его длина составляет 4 метра, диаметр — 4.1 метра (19 метров с учетом раскрываемых солнечных батарей), масса в заправленном состоянии — около 15 тонн, из которых порядка 9 тонн составляет топливо для бортовых двигателей.

Основой силовой установки служебного модуля является двигатель AJ10-190, ранее использовавшийся в системе орбитального маневрирования шаттлов. Он может обеспечить Δv до 1800 м/c. Также на нем будут установлены 8 вспомогательных двигателей Aerojet R-4D-11 и 24 малых двигателя системы ориентации.

Orion оснащен системой аварийного спасения в виде установленной в его носовой части твердотопливной ракеты. В случае аварии она должна «выдернуть» корабль и увести его в сторону от гибнущего носителя. В 2019 году NASA успешно испытала систему. Стоит отметить, что во время миссии Artemis I САС Orion не будет активирована.

Главная задача миссии Artemis I заключается в комплексном тестировании всех систем SLS и Orion. Успех испытания откроет дорогу к пилотируемым полетам, в ходе которых четыре астронавта облетят Луну (миссия Artemis II), а затем совершат посадку на южный полюс спутника (миссия Artemis III).

План полета Artemis I выглядит следующим образом. После выхода на околоземную орбиту, Orion выполнит маневр, который переведет его на траекторию полета к Луне. Космический корабль пролетит на расстоянии 100 км от лунной поверхности, после чего активирует основной двигатель. Комбинация из лунной гравитации и нескольких последующих маневров позволит ему выйти на дальнюю ретроградную орбиту (ДРО) вокруг Луны.

ДРО пролегает на значительном расстоянии от лунной поверхности — в апогее корабль будет удаляться от спутницы нашей планеты на 70 тысяч км, при этом двигаясь в направлении, противоположном направлению движения Луны вокруг Земли. Специалисты миссии выбрали эту орбиту из-за ее стабильности. Находящиеся на ней космические аппараты «балансируются» гравитационными притяжениями Земли и Луны, что позволяет снизить расход топлива.

Orion проведет на ДРО несколько недель. В течение этого времени инженеры NASA будут следить за поведением аппарата и тестировать его системы. Для возвращения на Землю Orion осуществит два включения двигателя. Первое уведет его с ДРО и направит на траекторию, в ходе которой он вновь пройдет на расстоянии 100 км от лунной поверхности. Затем корабль совершит финальный маневр, который направит его к Земле.

Последним испытанием станет вход в земную атмосферу. Поскольку Orion будет двигаться со скоростью 11,2 км/с, его теплозащитный экран разогреется до температуры, достигающей примерно 2800°C. Если все пройдет хорошо, капсула корабля приводнится в Тихий океан.

В ходе полета на борту Orion будет находиться комплект датчиков, тщательно фиксирующих уровень нагрузок и излучения, которым бы подверглись астронавты в ходе полета. Роль экипажа исполнит облаченный в скафандр манекен Moonikin Campos, а также туловища Helga и Zohar. Они будут оснащены сенсорами, которые измерят уровень облучения и перегрузок. Внутри корабля также разместят контейнер с растениями и водорослями. Он является частью эксперимента по изучения воздействия радиации на живые организмы в межпланетном пространстве.

Orion также будет нести целый ряд символических грузов. Среди них флаги США и европейских стран, набор из четырех фигурок Lego, статуэтку богини Артемиды, куклы пса Снупи и барашка Шона (они используются в качестве индикаторов невесомости), а также микрочипы и флэшки с именами сотрудников проекта и людей, принявших участие в акции Fly your name around the Moon.

Помимо Orion, SLS также выведет в космос попутную нагрузку в виде десяти микроспутников, созданных на базе платформы кубсат. Речь о следующих аппаратах:

Lunar IceCube. Этот аппарат займется поиском залежей воды и других летучих соединений на Луне.

LunaH-Map. Целью этой миссии является создание карт, демонстрирующих наличие следов водорода в вечно затененных кратерах на южном полюсе Луны.

LunIR. Спутник, которые займется получением детальных инфракрасных изображений лунной поверхности.

OMOTENASHI. Японский посадочный аппарат, предназначенный для измерения уровня радиации. В случае успеха, он станет самым маленьким в истории космическим аппаратом, который сумел сесть на Луну.

CuSP. Спутник для определения характеристик заряженных частиц и магнитных полей.

Аппарат, предназначенный для проведения биологического эксперимента по изучению воздействия радиации на живых существ.

EQUULEUS. Японский спутник для изучения радиационной обстановки в окрестностях точки Лагранжа L2 системы Солнце – Земля.

NEA Scout. Экспериментальный солнечный парусник, который должен будет совершить пролет околоземного астероида.

ArgoMoon. Итальянский аппарат, который сделает фотографии отработанного криогенного блока DCSS.

Team Miles. Аппарат-демонстратор, предназначенный для испытания экспериментальной плазменной силовой установки.

На данный момент, запуск миссии Artemis I запланирован на 29 августа 2022 года.

Резервные стартовые окна будут открыты 2 и 5 сентября. Если ракету не удастся запустить в указанные дни, следующие стартовые окна для полета к Луне будут открыты в период с 20 сентября по 4 октября и с 17 октября по 31 октября.

План полета предполагает, что Orion проведет в космосе 42 дней. Если запуск SLS состоится 29 августа, корабль вернется на Землю 10 октября.

Мы собрали для вас самые значимые события российской и мировой космонавтики

1. Rocket Lab профинансирует первую частную научную миссию на Венеру. Она планирует в мае 2023 года отправить к Венере атмосферный зонд массой 20 кг с помощью своей сверхлёгкой ракеты Electron с разгонным блоком Photon. В зонде единственный прибор — автофлуоресцентый нефелометр (Autofluorescence Nephelometer, AFN) массой 1 кг разработки MIT для поиска признаков жизни в облаках Венеры. Мы уже рассказывали об этом.

2. Назначена дата старта сверхтяжёлого носителя NASA SLS миссии Artemis 1 — 29 августа. Планируется беспилотный облёт Луны с запуском попутной нагрузки из 10 кубсатов для проведения различных исследований. Проблема в том, что кубсаты установлены более года назад, из-за задержек старта SLS у половины из них аккумуляторы подсели.

3. SpaceX добавил Falcon 9 в качества страхующего носителя ещё не летавшему Starship для вывода спутников Starlink второго поколения (масса 1250 кг, размах солнечных панелей 7 м). Старт Starship откладывается?

4. Концепт-дизайн коммерческой станции Orbital Reef от Blue Origin и Sierra Space был одобрен NASA. Ранее через эту процедуру прошёл проект частного сегмента МКС от Axiom Space, будущее которого теперь неопределённо из-за судьбы самой станции.

5. Составлена новая карта полезных ископаемых Марса на основе собранных данных за последние 10 лет. Данные взяты с прибора OMEGA на европейском орбитере Mars Express и спектрометра CRISM на американском MRO. Особенно интересны глины и соли, получившиеся под воздействием воды. Карта поможет выбрать места посадок будущих миссий.

6. Astrobotic получил финансирование NASA на разработку CubeRover — лунохода размером с кубсат. Основная трудность в разработке электроники, способной пережить лунную ночь с температурами до — 200 градусов Цельсия.

7. Трёхступенчатый вариант китайского сверхтяжёлого носителя CZ5DY (27 тонн на окололунную орбиту) будет готов после 2026 г. Двухпусковая схема с его применением позволит провести «флаговтык» — 6 часов пребывания на поверхности Луны. Сверхтяжёлый Long March 9 для длительных лунных миссий появится уже после 2030 г.

8. Из-за недавней вспышки на Солнце и геомагнитной бури 19 августа Intelsat потерял управление коммуникационным спутником Galaxy 15. Заказчики были переведены на другие КА, компания пытается восстановить контроль.

9. Атака астероида в миссии DART состоится в прямом эфире NASA 27 сентября 00:14 мск. Космический аппарат врежется в небольшой спутник Диморфос (160 м в поперечнике) околоземного астероида Дидимос (780 м) в 11 млн км от Земли. Непосредственную угрозу астероиды не представляют, но по их траектории после удара можно будет оценить возможности человечества по спасению от астероидной угрозы.

10. Телескоп Джеймса Уэбба сделал самую большую фотографию глубокого космоса — Epoch 1. На ней видны галактики с очень большим красном смещении, некоторые имеют возраст всего лишь 400 млн лет после Большого взрыва.

На состоявшейся 19 августа пресс-конференции представители NASA опубликовали карту южного полярного региона Луны. На ней отмечены 13 участков, рассматриваемых в качестве места высадки экспедиции Artemis III.

Потенциальные места посадки Artemis III расположены в пределах шести градусов широты от южного полюса Луны. Повышенный интерес NASA к этому региону объясняется многочисленными свидетельствами, указывающими на то, что на дне его вечно затененных кратеров находятся залежи водяного льда. Они могли бы стать ценным подспорьем для будущих лунных поселенцев.

Отбор площадок осуществлялся на основании изображений, сделанных аппаратом LRO, а также данных, собранных иными миссиями. Специалисты учитывали множество разнообразных факторов. Одним из них была техническая достижимость региона при использовании ракеты SLS, космического корабля Orion и лунного Starship. Другим — возможность совершить посадку рядом с затененной областью при этом ограничив воздействие на поверхность. Это даст возможность астронавтов совершить выход и собрать непотревоженные образцы.

Также во внимание принимался рельеф местности, простота связи с Землей и условия освещения. Обязательным условием было то, чтобы участок освещался в течение 6,5 дней, что соответствует расчетному времени пребывания на лунной поверхности экспедиции Artemis III.

Все отобранные участки находятся на возвышенностях — некоторые на склонах гор, другие на участках валов ударных кратеров. По словам специалистов, часть площадок находятся на одних из самых старых участков лунной поверхности. Вместе с наличием по соседству постоянно затененных регионов это предоставляет возможность заглянуть в историю спутницы нашей планеты.

Стоит отметить, что конкретные места посадки тесно связаны с потенциальными пусковыми окнами. Поэтому наличие большого количества площадок обеспечивают большую гибкость при планировании.

В дальнейшем специалисты NASA продолжат детальное изучение 13 выбранных регионов, чтобы узнать побольше об их потенциальных преимуществах, что позволит выбрать место для посадки Artemis III. Эта деятельность будет осуществляться в координации с представителями SpaceX, которые должны будут подтвердить, что оно пригодно для посадки Starship.

Мы собрали для вас самые значимые события российской и мировой космонавтики.

1. Сверхтяжёлый носитель NASA SLS вновь прибыл на стартовую площадку на мысе Канаверал. Началась подготовка к запуску миссии Artemis 1 с беспилотным облётом Луны кораблём Orion. Первая возможная дата запуска 29 августа, запасные — 2 и 5 сентября.

2. ISRO успешно провело огневое испытание двигателей системы аварийного спасения (САС) на старте для будущей пилотируемой индийской миссии Gaganyaan (планируется на 2024 г.). До этого нужно провести ещё два беспилотных пуска РН GSLV Mark III X1 с посадкой орбитального КА. Четвёрка индийских космонавтов прошла подготовку в ЦПК в 2020 г.

3. Китайский многоразовый космоплан проекта CSSHQ, запущенный две недели назад, до сих пор находится на орбите (346х593 км с наклонением 50 градусов). Похоже, рядом с ним — два небольших КА для оценки его состояния. А пока энтузиасты гадают над обликом аппарата по фото головного обтекателя РН Long March 2F, которой он был выведен.

4. ESA начало предварительное техническое обсуждение со SpaceX, JAXA и ISRO вывода полезной нагрузки, ранее назначенной для запуска собственным перспективным носителем Ariane 6, который задерживается. ESA планировала заменить им российские «Союз-СТ» на космодроме Куру. Речи о запросе коммерческих предложений пока не идёт.

5. DARPA разрабатывает стандарт и дизайн нового лазерного терминала, совместимого с любым спутниковым созвездием (проект Space-BACN). Среди 11 отраслевых игроков, отобранных для участия в проекте — пять спутниковых операторов SpaceX, Telesat, SpaceLink, Viasat и Amazon Kuiper.

6. Заряд самых высокоэнергетических протонов галактического излучения может достигать 10^15 эВ (петаэлектронвольт). Проанализировав данные 12 лет наблюдений гамма-телескопа NASA Fermi, астрофизики впервые наши их источник — остатки после взрыва сверхновой G106.3+2.7 в созвездии Цефея (2600 световых лет от Солнца).

7. Сейсмоданные зонда NASA InSight свидетельствуют: на глубине до 300 м под местом посадки на экваторе лёд практически отсутствует. Это противоречит общепринятой планетарной модели, по которой вода некогда существовавших океанов на Марсе стала частью осадочных пород.

8. Аналитики из Dongfang Hour объяснили, почему 1 ступень тяжёлой РН Long March 5B, разработанной для вывода модулей орбитальной станции, полностью не сгорает при неконтролируемом падении. Без разделения она используется и как 2 ступень, выходя на НОО (180 км). Через неделю она сгорает в атмосфере, а за счёт больших размеров что-то долетает и до Земли.

9. Первый программно-определяемый (software-defined) спутник Eutelsat Quantum на ГСО начал предоставление коммерческих услуг. Полезную нагрузку в Ku-диапазоне можно реконфигурировать практически в реальном времени для изменения зоны покрытия, ширины полосы и перенаправления «лучей» для обеспечения связью летящих самолётов и других движущихся транспортных средств.

10. Цепочка поставок малых спутников для индустрии New Space трещит по швам. К снижению поставок микроэлектроники после локдауна добавился дефицит ионных двигателей и стальных подшипников для гироскопов из-за антироссийских санкций. А после начала СВО остановилась поставка с Украины благородных газов (неон, ксенон, криптон) для тех же ионников и полупроводниковой индустрии. Видимо, грядёт эра вертикальной интеграции.

11. Astrobotic Technology подал официальную заявку на приобретение всех активов обанкротившейся Masten Space Systems. Она также разрабатывала собственный лунный посадочный модуль для программы коммерческой доставки CLPS, но не смогла масштабироваться после получения заказа NASA.

12. Новый метод, использующий плазму, может в будущем помочь преобразовать углекислый газ в кислород, а также производить топливо и удобрения на Марсе.