Содержание
NASA готовится колонизировать Луну. Что важно знать о миссии Artemis I
NASA уже не один десяток лет работает над реализацией амбициозной программы по высадке астронавтов на Луну. Миссия в перспективе откроет возможности для освоения Марса
NASA 16 ноября запустило ракету-носитель Space Launch System (SLS) с космическим кораблем Orion к Луне. Это первый шаг в реализации масштабной космической программы по возвращению человека на Луну впервые с 1972 года. РБК Тренды рассказывают, как развивалась программа Artemis и с какими трудностями она столкнулась.
Прямая трансляция запуска Artemis I
(Видео: NASA)
SLS — это сверхтяжелая ракета-носитель для пилотируемых миссий за пределы околоземной орбиты. Ее длина достигает 98 м, а суммарная тяга двигателей составляет 39,1 МН, что делает SLS самой мощной в мире на момент запуска.
Расчетная тяга SpaceX Super Heavy составит 75 МН, но эта ракета еще не готова.
Суть миссии
Artemis — это космическая программа NASA по высадке астронавтов на Луну и Марс.
Она стартовала в 2017 году и финансируется правительством США. Первоначально целью программы была коммерческая добыча ископаемых на Луне.
В 2019 году NASA опубликовало подробный план программы Artemis. В рамках нее агентство намерено создать постоянно обитаемое поселение на Луне и заложить таким образом фундамент для освоения Марса. На первом этапе миссии планируется осуществить полеты без экипажа и с экипажем вокруг Луны, а затем высадить астронавтов на естественный спутник Земли. В рамках второго — наладить регулярные полеты на Луну и создать лунную инфраструктуру. После 2028 года планируется приступить к постройке окололунной базы Lunar Gateway («Лунные ворота»), где астронавты смогут посменно находиться в течение 15 лет.
Члены команды NASA объясняют, почему возвращение на Луну является следующим шагом в исследованиях космоса
(Видео: NASA)
Миссии будут запускать при помощи ракеты-носителя SLS, которую разработала компания Boeing. На борту ракеты-носителя будет находиться космический корабль Orion, который построила Lockheed Martin.
SLS на стартовой площадке
(Фото: NASA)
Orion — это транспортный космический корабль, который способен доставлять людей и грузы. Его диаметр составляет 5,3 м, а масса — около 25 т. Предполагается, что основная часть корабля будет многоразовой.
Компоненты Orion
(Видео: NASA)
В июне 2022 года Конгресс США принял законопроект, который включает в себя поддержку усилий NASA. В частности, он санкционирует программу, которая включает в себя лунные миссии Artemis и возможные миссии человека на Марс.
Летом 2022 года NASA заключило контракты с тремя частными американскими компаниями Lockheed Martin, Westinghouse и IX на разработку концептуальных проектов ядерных энергетических систем. Их в будущем можно будет применять на Луне. Системы смогут стабильно работать независимо от наличия солнечного света или внешних условий. Концепты компаний также можно будет использовать при разработке двигательных установок для космических кораблей большой дальности.
Первый полет к Луне
16 ноября 2022 года космический корабль Orion в беспилотном режиме направился к Луне и пробудет на ее орбите несколько недель. Сама миссия продлится 42 дня. После этого спускаемая капсула корабля приводнится в Атлантике.
План миссии Artemis I
(Фото: NASA)
Данный полет должен продемонстрировать готовность ракеты SLS и корабля Orion к выполнению уже пилотируемой миссии.
Реконструкция полета в симуляторе Orbiter
(Видео: Filipp Terekhov)
Также в рамках миссии NASA планирует отправить на орбиту Луны два кубсата (сверхмалые спутники) Lunar IceCube и Lunar Polar Hydrogen Mapper (LunaH-Map), которые предназначены для обнаружения воды на спутнике Земли. Lunar IceCube будет наносить на карту участки с водой на поверхности Луны, а также в ее экзосфере — тонком слое газа, окружающем спутник.
LunaH-Map будет исследовать ранее выявленные потенциальные области льда на южном полюсе Луны.
Если кубсатам удастся обнаружить воду, то инженеры NASA смогут заняться разработкой решений для производства ракетного топлива прямо на Луне.
Художественное изображение спутника Lunar IceCube
(Фото: Государственный университет Морхеда)
А еще американское космическое агентство хочет отправить на орбиту Луны iPad, чтобы продемонстрировать, как голосовой помощник Alexa поможет улучшить жизнь и работу астронавтов в космосе. Например, они смогут получать доступ к информации о состоянии полета и телеметрии, к примеру, ориентации космического аппарата в пространстве, уровне подачи воды или состоянии батареи, при помощи простых голосовых команд.
Полет с экипажем и высадка на Луну
Если миссия Artemis I завершится успешно, то уже в 2024 году NASA отправит к Луне пилотируемую миссию Artemis II. Экипаж облетит вокруг Луны и вернется на Землю.
План миссии Artemis II
(Фото: NASA)
Финальная миссия программы, Artemis III, предусматривает высадку астронавтов возле Южного полюса Луны в 2025 или 2026 году.
Космический корабль Orion запустят с помощью ракеты-носителя Space Launch System со стартового комплекса Космического центра имени Кеннеди в штате Флорида. Он выйдет на лунную орбиту и состыкуется с ракетой компании SpaceX Starship HLS (Human Landing System). После этого два члена экипажа перейдут на борт ракеты и высадятся на поверхности Луны.
План миссии Artemis III
(Фото: NASA)
В рамках миссии астронавты соберут образцы лунного грунта и проведут их научный анализ. Это позволит получить данные о глубине залегания, распределении и составе подповерхностных льдов. Миссия на Луне продлится шесть с половиной дней.
Иллюстрация астронавта, смотрящего из люка посадочного модуля на лунную поверхность
(Фото: NASA)
NASA уже опубликовало список из 13 областей полюса Луны, подходящих для высадки.
В списке оказались возвышенность рядом с кратером Шеклтон, край кратера Фаустини, два края кратера Де Герлах, хребет, соединяющий кратеры Шеклтон и де Герлах, и прилегающая к нему область, кратер Хауорт, края кратера Нобиле, край кратера Амундсен, плато Лейбниц Бета, массив де Герлах-Кохера и массив Малаперта. Чтобы сделать выбор, ученые анализировали данные с орбитального аппарата Lunar Reconnaissance Orbiter, который исследовал поверхность Луны.
NASA показало расположение 13 регионов, потенциально подходящих для высадки астронавтов
(Видео: NASA)
Сложности миссии
Основной проблемой миссии Artemis все эти годы были ее большая стоимость, срыв сроков, нехватка бюджетного финансирования, а также ошибки в процессе проектирования, которые привели к перерасходу средств. Несмотря на то, что миссия Artemis официально стартовала в 2017 году, ее разработка началась значительно раньше. С 2005 года на создание Orion и SLS были уже потрачены десятки миллиардов долларов. Еще в 2016 году NASA планировало снизить эксплуатационные расходы одного запуска до $2 млрд или даже меньше.
А высадка человека на Луну изначально планировалась еще в 2019 году.
В марте 2022 года генеральный инспектор NASA Пол Мартин заявил, что стоимость одного запуска Space Launch System и Orion в рамках программы обойдется в $4,1 млрд. Однако эта стоимость остается неустойчивой. В данные расходы входят создание одной ракеты SLS — $2,2 млрд, наземных систем — $568 млн, космического корабля Orion — $1 млрд, сервисного модуля Orion — $300 млн. Как заявил Мартин, с 2012 по 2025 год агентство потратит на программу $93 млрд. NASA не планирует совершать более одного запуска в год.
Инспектор NASA обвинил подрядчиков, которые работали над SLS и Orion, в плохом планировании и исполнении. Также он подверг критике программы Конгресса США по финансированию NASA. Так, американские законодатели рекомендовали NASA использовать контракты cost-plus («затраты плюс»), которые гарантируют подрядчикам компенсацию расходов и вознаграждения.
Весной 2022 года NASA добилось финансирования миссии Artemis в полном объеме.
Агентство получит от правительства США $1,195 млрд на разработку системы высадки человека на Луну. Ранее законодатели отклонили бюджет в $3,4 млрд на посадочный модуль и выделили только $850 млн. Из-за этого NASA было вынуждено внести изменения в план миссии. Оно планировало привлечь две компании для создания космических лунных кораблей по доставке астронавтов. Однако денег хватило только на одну — SpaceX, которая взялась переоборудовать свою ракету Starship для дальних миссий за $2,86 млрд. На место второй претендовала Blue Origin Джеффа Безоса, но ее заявку отклонили из-за большей стоимости проекта ($5,9 млрд).
Лунный посадочный модуль Blue Moon от Blue Origin
(Фото: Blue Origin)
Однако и тут не обходится без трудностей. SpaceX работает над ракетой Starship Human Landing System, которая представляет собой лунный вариант космического корабля Starship, способный доставлять астронавтов с лунной орбиты на поверхность Луны и обратно.
Пока компания проводила только тестовые запуски Starship без ускорителя. Прототип поднимался на высоту лишь около 10 км.
Испытания прототипа Starship SN15, который поднялся на высоту 10 км
(Видео: SpaceX)
Теперь компания намерена вывести полномасштабную 122-метровую ракетную систему на орбиту. Однако в июле 2022-го ускоритель Super Heavy воспламенился в ходе огневых испытаний. Взрыв произошел в двигательном отсеке, а ударная волна распространилась на несколько километров вокруг. Глава SpaceX Илон Маск утверждает, что ускоритель получил незначительные повреждения.
Первый запуск основной ракеты SLS изначально был запланирован на ноябрь 2021 года, но NASA не успело закончить подготовку и испытания в срок. Тогда же аудиторы предупреждали, что ракета для Artemis I будет готова к запуску в лучшем случае к лету 2022 года. В итоге было решено сдвинуть сроки всех миссий.
В апреле космическому ведомству пришлось откатить систему космического запуска SLS со стартовой площадки на ремонт после того, как провалились ее последние испытания.
Обнаружились утечки жидкого водорода в месте соединения трубопроводов подачи топлива с мобильной пусковой станцией и ракеты. Также возникли проблемы с подачей газообразного гелия в систему продувки двигателя и топливной системы второй ступени. Спустя три недели попыток репетицию было решено прекратить, а ракету вернули в цех для ремонта.
Американская лунная миссия «Артемида» снова отложена
В субботу, во второй раз за пять дней, НАСА остановила обратный отсчет и отложила заправку гигантского космического корабля нового поколения для его дебютного запуска в ходе испытательного полета к Луне без экипажа. Старт был отложен из-за технических проблем.
Ракета Space Launch System (SLS), высотой с 32-этажный дом, с капсулой «Орион» (Orion) должна была стартовать с мыса Канаверал в 14:17 EDT (18:17 по Гринвичу) и стать началом новой амбициозной программы космического агентства США под названием «Артемида: с Луны на Марс». Все это происходит через 50 лет после окончания лунной миссии космической программы «Аполлон».
Предыдущая попытка запуска была остановлена по требованию инженеров в понедельник. НАСА сообщает, что с тех пор технические специалисты устранили проблемы.
Погода является дополнительным фактором, не зависящим от НАСА. Согласно прогнозам космических сил США, вероятность благоприятных условий на мысе Канаверал в течение двухчасового субботнего «окна» составляла 70%.
На рассвете, группы «на старте» начали длительный и тщательный процесс заполнения топливных баков основной ступени ракеты несколькими сотнями тысяч галлонов сильно охлажденного жидкого кислорода и жидкого водородного топлива. Чтобы устранить утечку, инженеры прекратили загрузку жидкого водорода около 7:30 утра, примерно через час после начала этого сложного процесса.
По предварительным данным, старт ракеты перенесен на следующую неделю.
Миссия, получившая название «Артемида-1» (Artemis I), знаменует собой первый полет как ракеты SLS, так и капсулы «Орион» (Orion), построенных по контрактам НАСА с Boeing и Lockheed Martin Corp.
соответственно.
Названная в честь богини, которая была сестрой-близнецом Аполлона в древнегреческой мифологии, «Артемида» (Artemis) должна вернуть астронавтов на поверхность Луны уже в 2025 году, хотя многие эксперты считают, что временные рамки, вероятно, сдвинутся.
Двенадцать астронавтов ходили по Луне во время шести миссий «Аполлон» с 1969 по 1972 год, тех единственных космических полетов, в которых человечество достигло поверхности Луны. Однако «Аполлон», рожденный в результате советско-американской космической гонки во время холодной войны, был менее ориентирован на науку, чем «Артемида» .
Новая «лунная программа» привлекла ряд коммерческих партнеров, таких, как SpaceX, а также космические агентства Европы, Канады и Японии, чтобы в конечном итоге создать долгосрочную международную лунную базу, которая, в свою очередь, станет «трамплином» для еще более амбициозных полетов человека на Марс.
Стресс-тест для космического корабля
Отрыв космического корабля SLS-Orion от земли — первый ключевой шаг.
Его первый полет предназначен для того, чтобы испытать аппарат массой 5,75 миллиона фунтов (более 2,5 тысяч тонн), проверить его конструктивные ограничения и доказать, что космический корабль подходит для полетов астронавтов.
Если миссия увенчается успехом, полет «Артемида-2» (Artemis II) с экипажем вокруг Луны и обратно может состояться уже в 2024 году, а еще через несколько лет последует первая в рамках программы высадка на Луну астронавтов миссии «Артемида-3» (Artemis III), одним из которых должна быть женщина.
Объявленная самой мощной и сложной ракетой в мире, SLS представляет собой самую большую новую систему вертикального запуска из тех, что НАСА создавало со времен Сатурна-V «эпохи Аполлона».
За исключением трудностей, возникших в последнюю минуту, субботний обратный отсчет должен был закончиться запуском четырех основных двигателей РС-25 и двух твердотопливных ускорителей, создающих тягу в 8,8 млн фунтов, что примерно на 15% больше, чем у Сатурна-V. После чего космический корабль должен был устремиться ввысь.
Примерно через 90 минут после запуска верхняя ступень ракеты выведет «Орион» с околоземной орбиты и отправит его в 37-дневный полет, в ходе которого он окажется в пределах 60 миль от поверхности Луны, а затем пролетит 40 000 миль (64 374 км) за пределами Луны и вернется на Землю. Ожидается, что капсула приземлится в Тихом океане 11 октября.
Хотя на борту нет людей, «Орион» будет нести смоделированный экипаж из трех человек — одного мужского и двух женских манекенов, оснащенных датчиками для измерения радиации и различных стрессов, с которыми могут столкнуться настоящие астронавты.
Главная цель миссии — проверить долговечность теплозащитного экрана «Ориона» по возвращении с лунной орбиты во время входа в атмосферу, когда он столкнется с земной атмосферой на скорости 24 500 миль в час (39 429 км/ч), или в 32 раза больше скорости звука, — намного быстрее, чем более частые повторные входы в атмосферу капсул, возвращающихся с околоземной орбиты.
Теплозащитный экран спроектирован так, чтобы выдерживать трение при входе в атмосферу, что, как ожидается, повысит температуру снаружи капсулы почти до 5000 градусов по Фаренгейту (2760 по Цельсию).
После более десяти лет разработки, с годами задержек и перерасхода бюджета, космический корабль SLS-Orion в настоящий момент стоит НАСА не менее 37 миллиардов долларов. Управление генерального инспектора НАСА прогнозирует, что к 2025 году общие затраты на программу «Артемида» (Artemis) составят 93 миллиарда долларов.
НАСА позиционирует программу, как благонамеренное исследование космоса, создающее при этом десятки тысяч рабочих мест и миллиардный бизнес.
Как сеть дальнего космоса НАСА поддерживает миссии Агентства
Более 50 лет назад НАСА захватило воображение всего мира и вдохновило поколения высадкой на Луну космического корабля «Аполлон-11». Тогдашняя молодая сеть Deep Space Network (DSN) НАСА имела решающее значение для отслеживания и связи с этой миссией, поскольку она также будет иметь важное значение для следующего рывка НАСА к Луне: Артемиды. За полвека между этими двумя лунными попытками сеть расширилась, чтобы поддерживать десятки автоматических космических кораблей, исследующих Солнечную систему, что требует сложной координации всего космического агентства.
Управляемый Лабораторией реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, под контролем Программы НАСА по космической связи и навигации (SCaN), DSN будет поддерживать постоянный поток данных с неуправляемой капсулы «Орион» «Артемиды I» за пределами низкой околоземной орбиты после запуска. Это включает в себя исходящий полет миссии и возвращение, а также все маневры траектории миссии между ними, гарантируя, что команды могут быть отправлены на космический корабль, а данные могут быть возвращены на Землю.
DSN будет работать в тандеме с сетью ближнего космоса НАСА, управляемой Центром космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, под контролем программы SCaN. Вместе эти сети помогают создать основу для будущих пилотируемых запусков Artemis на лунную поверхность.
Чтобы обеспечить соответствие DSN спросу, в него внесен ряд улучшений для увеличения пропускной способности. Также важно для управления этим спросом то, что сеть опирается на надежную систему планирования, чтобы гарантировать, что межпланетный коммутатор может максимизировать покрытие между таким количеством миссий.
Планировщики каждой миссии договариваются друг с другом, работая с членами группы DSN, чтобы убедиться, что у них будет сетевая поддержка для критически важных операций.
«Существуют разные типы данных, которые требуют разных обязательств, в зависимости от того, на каком этапе находится миссия», — сказал Майкл Левеск из JPL, руководитель проекта DSN. «Некоторые события миссии, такие как запуски, посадки и планетарные маневры, требуют постоянного контакта с DSN, поэтому планирование сети обычно начинается за 12–15 недель».
Некоторые миссии, такие как миссия НАСА по исследованию двойного астероидного перенаправления (DART), которая столкнулась с небольшим астероидом Диморфос в сентябре, требуют передачи гораздо большего количества данных. Миссия DART получила круглосуточное освещение DSN, касающееся столкновения с астероидом, при этом на космический корабль передавались команды, а на Землю отправлялись данные о состоянии космического корабля и последствиях столкновения.
«Это может связать ресурсы DSN, — сказал Левеск, — но, поскольку планировщики планируют события на много месяцев вперед, их влияние на другие миссии можно хорошо контролировать».
Когда возникают срочные ситуации, которые нарушают заранее установленные графики, между миссиями проводятся обсуждения в режиме реального времени для внесения корректировок. Спрос на сеть растет и падает, и есть другие факторы, которые могут помочь упростить планирование. Если ключевые события миссии перекрываются, космический корабль может использовать бортовое хранилище и обработку данных, что позволит передавать ценные научные данные позже, когда потребности в связи будут ниже.
Конфигурация сети также играет роль: DSN состоит из нескольких гигантских антенных тарелок, объединенных в три комплекса, равномерно расположенных по всему миру в комплексе Голдстоун недалеко от Барстоу, Калифорния; в Мадриде, Испания; и в Канберре, Австралия. Это гарантирует, что они могут обмениваться связью с космическим кораблем, чтобы обеспечить постоянное покрытие при вращении Земли.
Подробнее о сети дальнего космоса
Предшественник DSN был создан в 1958 году, когда армия США заключила с JPL контракт на развертывание портативных станций радиослежения в Калифорнии, Нигерии и Сингапуре для приема телеметрии первых успешных американских космических аппаратов. спутник, Explorer 1. Вскоре после того, как JPL был передан НАСА в конце того же года, недавно сформированная гражданская космическая программа США установила DSN для связи со всеми экспедициями в дальний космос. Работает непрерывно с 19 года.63 и остается основой связи в дальнем космосе для НАСА и международных миссий.
JPL — подразделение Калифорнийского технологического института в Пасадене, Калифорния. DSN и Near Space Network находятся под программным надзором со стороны программного офиса НАСА по космической связи и навигации (SCaN) в составе Управления космических операций в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне.
Чтобы узнать больше о DSN, послушайте сезон 2022 года подкаста NASA Invisible Network. Приложение SCaN Now позволяет пользователям видеть, какие антенны взаимодействуют с каким космическим кораблем в режиме реального времени.
Оповещение | Поклонники SpaceX должны поддержать НАСА и поддержать Artemis
Джулио Приско —
Космический полет — это сложно, не так ли? Они не просто так называют сложные вещи «ракетостроением».
Отработанные попытки запуска привлекли большие толпы на космическое побережье Флориды, что может показаться странным для испытательной миссии без астронавтов. Но энтузиазм по поводу возвращения на Луну высок: энтузиасты космических полетов хотят присутствовать на открытии и первом системном испытании программы Artemis — программы Apollo 2020-х годов.
На этот раз мы хотим отправиться на Луну и остаться там навсегда и навсегда. А потом Марс. Аполлон был фальстартом, но Артемида могла стать настоящим началом.
Конечно, критики готовы указать пальцем на НАСА и правительство США. Некоторые критики говорят, что SLS — это динозавр, основанный на технологиях вчерашнего дня. НАСА не может решить одну проблему, не создав при этом двух новых, и это стоит слишком дорого. Некоторые критики говорят, что Starship Илона Маска мог бы выполнить работу быстрее, лучше и намного дешевле.
В своей книге «Побег от гравитации: мои попытки преобразовать НАСА и начать новую космическую эру» (2022 г.) бывший заместитель администратора НАСА Лори Гарвер утверждает, что НАСА должно перестать тратить деньги на устаревших динозавров и полностью перейти на коммерческую деятельность. варианты полки. Гарвер берет на себя первые успешные шаги в этом направлении, но считает, что НАСА должно сделать больше. «В случае успеха только Starship сможет выполнить всю миссию Artemis без SLS, Orion или Lunar Gateway, — говорит Гарвер, имея в виду Starship SpaceX, — при значительном снижении затрат и увеличении возможностей», — говорит она.
Гарвер вряд ли единственный, кто говорит это. Многие так делают, и я склонен согласиться.
Но на «выброшенные впустую» доллары можно купить политическую поддержку, без которой не взлетит ни одна большая правительственная ракета. Вот как обстоят дела в политической системе США. Выбор SLS, Ориона, шлюза и все такое говорит не о глупости, а о реальной политике.
Раньше меня убеждали, что нынешняя администрация США отменит программу Artemis вскоре после приведения к присяге. Это случалось много раз в прошлом: приходит новая администрация и отменяет космические программы, начатые предыдущей администрацией в политический жест. Но на этот раз этого не произошло. Напротив, по мере того, как мы приближаемся к промежуточным выборам в США, Artemis 1 близка к стартовой рампе, и НАСА по-прежнему привержено «устойчивому человеческому присутствию и исследованиям по всей Солнечной системе», начиная с Луны.
Для меня это указывает на то, что прагматичная реальная политика окупилась, и в трудный политический момент, с точки зрения двухпартийной поддержки программы Artemis.
Я был приятно удивлен позитивным отношением нынешней администрации США к Артемиде, но я слишком стар, чтобы поверить, что политики действительно интересуются космическими программами. Скорее, я думаю, они пришли к пониманию рисков, связанных с отказом от движения на Луну. Они понимают, что Китай хочет возглавить гонку на Луну и установить промышленное — и, вероятно, военное — господство в окололунном пространстве при поддержке России и других союзников. Результаты будут катастрофическими для США и Запада.
Звездный корабль SpaceX на фоне заката в Техасе в середине октября 2022 года. Фото: SpaceX через Flickr
Культурное превосходство Китая будет одинаково катастрофическим как для США, так и для Запада. США установили культурное превосходство благодаря Голливуду, научному превосходству и потрясающим достижениям, таким как программа «Аполлон». Наблюдая, как американские астронавты гуляют по Луне, дети во всем мире смотрели на США как на землю обетованную безграничного, прекрасного будущего.
Многие из этих детей затем осуществили свою мечту переехать в США (физически или умственно) и внести свой вклад в господство Америки.
Хотим ли мы, чтобы Китай и его союзники играли эту роль до конца этого столетия? Если нет, мы все должны сделать все возможное, чтобы поддержать программу Artemis.
В частности, нам не нужен конфликт между сторонниками NASA и SpaceX.
Сейчас не время критиковать НАСА. Настал момент объединиться вокруг НАСА и поддержать программу Artemis. Судя по всему, если прагматичная реальная политика сохранит программу в живых и успешной так долго, как это потребуется, роль SpaceX будет пересмотрена. Согласно текущему плану, Artemis 3 — первая миссия Artemis по высадке астронавтов на поверхность Луны — будет использовать Starship в качестве лунного посадочного модуля. Энтузиасты SpaceX должны рассматривать это как обнадеживающий первый шаг к постепенной интеграции Starship в программу Artemis.
После того, как Starship докажет свою эффективность и рентабельность в роли поддержки, будет трудно отказаться от возможности использовать Starship в качестве основной системы запуска Artemis.