Экспедиция на Марс
Читая о планах НАСА о путешествии на Марс в 2030-х годах, я невольно задавался вопросом: уж не на «Орионе» ли они собрались лететь в годовую поездку только туда? Мало места, знаете ли. Наверняка «Орион» будет использоваться как часть системы доставки людей на красную планету. Тогда что доставит homo sapiens на Марс? Ответ нашелся недавно.
Судя по заявлениям из НАСА, перспективный полет уже расписан поэтапно и включает в себя две важные вехи. Deep Space Gateway и Deep Space Transport.
Для осуществления столь амбициозных планов в США разрабатывается тяжелый носитель SLS (Space Launch System, система космического запуска). Он будет способен поднимать от 70 до 130 тонн, в зависимости от конфигурации. По планам первый запуск должен состояться в 2018 году. Полезной нагрузкой выступит упомянутый выше «Орион». В беспилотном режиме он совершит облет Луны и вернется обратно на Землю. В этом году рассматривался вариант пилотируемой миссии сразу при первом пуске. Это значительно усложняет задачу, а значит, и сроки снова будут сдвинуты вправо в случае принятия такого решения. «Орион» сталкивается с достаточным количеством проблем на стадии разработки. Хоть в 2014 корабль и совершил полтора витка вокруг нашей планеты, но тогда он был без служебного модуля и многих внутренних систем. Пилотируемый полет запланировали сначала на 2021, а затем и на 2023 год, что косвенно свидетельствует о сложностях в реализации. Кроме этого, 27 апреля Счетная палата США в своем докладе выразила сомнения в возможности НАСА осуществить пуск SLS в срок. К отчету прилагалось письмо помощника администратора НАСА по пилотируемым программам Уильяма Герстенмайера, в котором он считает неразумным стремление запустить ракету именно в 2018 году. В качестве причин называются бюджетная неопределенность НАСА и повреждения Сборочного комплекса в Мишу (Новый Орлеан) от торнадо в феврале 2017. Также задерживается доставка служебного модуля для Ориона из Европы. Первоначально его должны были поставить еще в январе, но сейчас это событие ожидается не раньше августа этого года. Так что со всей уверенностью можно говорить, что пуск связки SLS и «Орион» состоится уже в 2019 году.
Пока, согласно графику от 2013 года, EM-1 (Exploration Mission 1), то есть первая исследовательская миссия, назначена на сентябрь-ноябрь 2018. Трехнедельный вояж к нашему спутнику начнется со стартового комплекса 39В на космодроме Космического центра им. Кеннеди. Корабль будет оснащен промежуточной криогенной двигательной ступенью Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS). Создаваемый корпорацией Boeing модуль работает на паре кислород/жидкий водород. ICPS — это модификация существующей Delta Cryogenic Second Stage, используемой в ракетоносителе Delta IV с двигателем RL-10B2. Первый запуск также станет испытательным.
План полета построен по разгонной траектории, получившей обозначение translunar injection (TLI). Красной точкой обозначено место начала выполнения маневра по достижению лунной орбиты.
Дорога до Луны займет несколько суток. По ее окончании Orion отстыкуется от ICPS, которая, в свою очередь, запустит десяток мини-спутников CubeSat.
Подробней о CubeSat
CubeSat — это маленькие спутники, построенные в стандартах измерений U или Units. 1 unit — это куб со сторонами 10x10x11 см и весом не менее 1,33 кг. Они могут достигать 1U, 2U, 3U или 6U. Последних на SLS помещается около 11 штук. Конечно, помимо основной нагрузки в виде «Ориона».
Во время возвращения аппарат залетит на тысячу километров дальше Луны для выполнения гравитационного маневра, который вернет его на обратный курс домой. Таким образом, «Орион» станет самым дальним в истории кораблем, созданным для людей. Полет продолжится 26-40 суток.
Если все пойдет по плану, НАСА обещает старты SLS раз в год, начиная с 2022 года.
В конце марта 2017 была представлена программа на ближайшие десятилетия. План включает создание посещаемой станции на орбите Луны, в первой половине 2020-х годов, та самая Deep Space Gateway, постройку транспортной системы для дальнего космоса, это уже Deep Space Transport, полет к спутникам Марса в первой половине 2030-х и, наконец, высадку на Марс в конце 2030-х или начале 2040-х. Миссия по ловле и посещению астероида признана неперспективной.
DSG, Deep Space Gateway («Ворота в дальний космос») станет орбитальной базой, приспособленной к проживанию экипажа из четырех человек на период до 42 суток. Она будет способна неоднократно менять свою орбиту, в т.ч. на высокоэллиптическую и околопрямолинейную галообразную орбиту. Основное предназначение — использование в качестве станции поддержки лунных миссий. Оттуда можно будет управлять луноходами и выполнять исследования поверхности спутника. Также DSG собираются использовать в качестве перевалочного пункта для экспедиций к другим планетам.
Для постройки понадобится четыре пуска SLS. После EM-1 и отправки научно-исследовательской станции Europa Clipper к Юпитеру в 2022, в модификации Block 1B (105 т), ракетоноситель будет готов к этому. EM-2 в 2023 доставит на орбиту Луны «Орион» с экипажем из четырех астронавтов и первый двигательно-энергетический модуль станции DSG массой 8-9 т. Его солнечные батареи будут обеспечивать около 40 кВт. Модуль будет оснащен электродвигательной установкой мощностью 12 кВт и обычными химическими двигателями. Основан он будет на наработках отмененного космического аппарата ARM, целью которого был захват и доставка на орбиту Луны булыжника с околоземного астероида. Наработки программы не исчезли всуе. Мощные ионные двигатели этого модуля, позволят будущей космической станции проводить значительные коррекции своей орбиты. Длительность полета «Ориона» с людьми составит от 8 до 21 дней. Корабль будет выполнять независимую программу полета, без стыковки с двигательно-энергетическим модулем.
Экспедиция EM-3 состоится в 2024 году. К Луне вновь полетят четыре человека на «Орионе», а попутным грузом SLS, выведет жилой модуль DSG массой до 10 т. Он состыкуется с двигательно-энергетическим модулем, который к этому времени перейдет на околопрямолинейную галообразную орбиту (Near Rectilinear Halo Orbit, NRHO). Пилотируемый полет продлится от 16 до 26 суток. В этой миссии астронавты впервые проведут научную работу на окололунной станции.
Следующей станет коммерческая миссия снабжения DSG. А в 2025 году состоится Exploration Mission 4. Полет астронавтов на «Орионе» будет сопровождаться доставкой к окололунной станции логистического модуля с канадской рукой-манипулятором (до 10 т). После этого допустимая продолжительность экспедиций на DSG увеличится до плановых 42 суток и начнется полноценная эксплуатация станции, в т.ч. со сменой орбиты. Свою заинтересованность в реализации программы уже высказало Японское космическое агентство, которое собирается построить один из модулей DSG.
После EM-4 планируется очередная миссия снабжения от коммерческого провайдера. В 2026 году состоится финальная миссия первого этапа программы, EM-5. На этот раз станция DSG прирастет шлюзовым модулем, масса которого, как и раньше, будет укладываться в допустимые для ракеты SLS 10 т. Длительность четвертой и пятой экспедиций составит от 26 до 42 суток.
Второй этап программы начнется в 2027 году с очередной коммерческой грузовой миссии. В этом же году состоится сразу два пуска SLS. Первый из них станет полностью грузовым, т. е. на этот раз «Орион» к Луне не полетит.
Одним пуском (миссия EM-6) сверхтяжелой ракеты НАСА планирует вывести на лунную орбиту 41-тонный «Транспорт» для дальнего космоса (DST, Deep Space Transport) — будущий перелетный комплекс для экспедиций за пределы системы Земля-Луна. Тот самый, что повезет людей к Марсу. DST будет приспособлен для автономной работы с экипажем из четырех человек длительностью до 1000 суток. Достигнув Луны, DST совершит автоматическую стыковку со станцией DSG. Миссия EM-7 (все еще 2027 год) доставит на окололунную станцию четырех астронавтов. Они проведут упрощенную симуляцию дальнего космического полета длительностью 191-221 суток. При этом DST будет пристыкован к станции DSG.
В 2028 году состоится очередная коммерческая миссия для пополнения припасов на DSG, а после нее — вновь непилотируемая EM-8. Она доставит топливо для DST и дополнительные припасы. EM-8 станет последним полетом для ракеты SLS Block 1B. После нее, с 2029 года, НАСА перейдет к эксплуатации SLS Block 2 (130 т).
Экспедиция EM-9 в 2029 году станет генеральной репетицией полета к Марсу. Она продлится от 300 до 400 суток. В течение года четыре астронавта будут жить абсолютно изолированно, без дополнительного снабжения с Земли, имитируя операции, необходимые во время полета к Марсу. При этом, разумеется, у них всегда будет возможность экстренно вернуться на Землю, если возникнет необходимость. Согласно текущему плану, EM-9 DST будет пристыкован к окололунной станции, однако в дальнейшем это условие может быть пересмотрено и комплекс полетит в свободное плавание.
В начале 2030-х состоится очередная коммерческая миссия снабжения, после нее — грузовая миссия EM-10. Миссия EM-11 доставит на Deep Space Transport экипаж из четырех человек для первого пилотируемого облета Марса. Эта амбициозная экспедиция займет три года. Согласно плану, DST будет в состоянии обеспечить три такие экспедиции, прежде чем его потребуется заменять.
Дальнейшие этапы программы НАСА не проработаны настолько подробно. На третьем этапе состоится полет в систему Марса, под которым, вероятно, понимается высадка астронавтов на Фобос или Деймос. На четвертом этапе программы американские астронавты должны будут высадиться на Марс.
Слабым местом плана НАСА является необходимость обеспечивать значительное и устойчивое в течение десятков лет финансирование. Пока что уверенности в бюджете у НАСА, нет даже на ближайший год. Сейчас американский Конгресс и президентская администрация ищут способы сократить расходы государственного бюджета. В этих условиях Белый дом уже высказался в поддержку НАСА, и в законопроекте о бюджете космическое агентство получило лишь незначительное сокращение финансирования. Решающее слово остается за законодателями.
Но не деньгами едиными, как говорится. Пока нет ответов на самые главные вопросы. Перво-наперво — защита. Как недавно стало известно в LRO, в исследовательский аппарат на орбите Луны попал метеорит. Несмотря на то, что повреждений он не нанес, ученые смогли выяснить его размеры и скорость по дребезжанию на снимкам во время съемки лунной поверхности. Всего каких-то 0,8 миллиметра, но вот ускорение составляло 7 километров в секунду. Попади такой камушек в обитаемый корабль, это станет неприятным сюрпризом. Также ничего неизвестно о борьбе с космической радиацией. Экипаж необходимо доставить живым, иначе все это, мягко говоря, не имеет смысла.
Во-вторых, конкуренция. Как ни странно, но НАСА может получить соперника не в лице другого государства, Китай прогрессирует быстро, но не настолько, а в лице SpaceX. Можно придерживаться разных мнений о Илоне Маске, но чего у него не отнять, так это планомерного движения вперед. Когда SpaceX только появился, скептики говорили: пусть сначала полетит к МКС. После — пусть сначала посадит ступень. Затем — пусть запустит повторно. И все это получилось у SpaceX. Хочешь не хочешь, а станешь прислушиваться к очередным амбициозным заявлениям главы этой компании. Маск уже заявил о планах по созданию колонии на Марсе и переселении 1 миллиона человек туда.
Возвращаясь к финансовой части, стоит сказать, что международное сотрудничество вполне могло бы покрыть часть расходов столь грандиозной задумки. НАСА, в принципе, открыта для работы с партнерами, но, вполне вероятно, вмешается большая политика, и единства в космосе мы не увидим.
Стоит пожелать успехов НАСА, ведь они пытаются осуществить давнюю мечту человечества. Покинуть свою колыбель и заявить о себе как о межпланетном виде. Если в ближайшие годы США все-таки не развалится, как предсказывают со времен Британской империи, и не начнется третья мировая война, мы скоро станем свидетелями удивительных событий.
Использованы материалы:
Kosmolenta.com
nasa.gov
geektimes.ru