Более полувека назад, 7 декабря 1972 года, с космодрома на мысе Канаверал стартовала ракета, уносящая к Луне трех астронавтов и луноход. После трехдневного полета двое из них спустились на поверхность Луны в хрупком посадочном модуле. В течение трех дней астронавты исследовали лунный ландшафт, собирали образцы пород и испытывали луноход. Затем они вернулись на орбиту, где их ждал третий член экипажа. Вместе они отправились обратно на Землю, приводнившись в южной части Тихого океана 19 декабря 1972 года. Эта миссия, получившая название «Аполлон-17», стала последним на сегодняшний день случаем, когда человек покидал пределы низкой околоземной орбиты.
NASA планирует вернуть американских астронавтов на Луну в конце 2026 года в рамках миссии «Артемида-3». Подобно «Аполлон-17», два астронавта проведут около недели на лунной поверхности, собирая образцы и делая памятные селфи. Однако, в отличие от исторической миссии, «Артемида-3» будет осуществлена без лунохода.
Несмотря на внешнюю схожесть с «Аполлон-17», «Артемида-3» значительно отличается по сложности и стоимости. В то время как «Аполлон-17» была запущена одной ракетой и стоила $3,3 миллиарда (в пересчете на 2023 год), «Артемида-3» потребует десятка запусков тяжелых ракет и обойдется в астрономическую сумму, которую NASA отказывается раскрывать. По оценкам экспертов, стоимость миссии может достигать 7-10 миллиардов долларов.*
Сложность «Артемиды-3» поражает: одноразовый посадочный модуль станет самым тяжелым космическим аппаратом в истории, а научный результат миссии – небольшая коробка с лунными образцами – будет меньше, чем у «Аполлона-17». Более того, вся программа зависит от технологий, которые еще предстоит разработать и протестировать в течение ближайших полутора лет.
Возникает закономерный вопрос: если мы смогли отправить человека на Луну полвека назад, почему это так сложно сделать сейчас, учитывая технологический прогресс?
Программа «Артемида» - это запутанный клубок технических решений и несогласованных элементов. Сложность миссии превосходит все предыдущие проекты NASA. Создается впечатление, что ни одна часть этой головоломки не подходит к другой. Половина программы опирается на революционные технологии, которые делают другую половину ненужной. Ракета и космический корабль, разрабатываемые NASA на протяжении двух десятилетий, даже не способны достичь Луны. Более того, по непонятным причинам в проект включена новая космическая станция.
В прошлом, какими бы амбициозными ни были проекты NASA, агентство всегда доказывало свою способность создавать необходимое оборудование. «Артемида», однако, ставит под сомнение инженерную компетентность NASA. Впервые с начала 1960-х годов возникают сомнения в способности американского космического агентства отправить астронавтов на Луну.
Заметка об «Аполлоне»
В этой статье я буду часто проводить параллели между программой "Артемида" и проектом "Аполлон". Это не означает, что я считаю другие архитектуры миссий менее удачными, но ранний успех "Аполлона" служит удобной отправной точкой для сравнения.
В начале космической эры, используя довольно примитивные технологии, американские астронавты совершили шесть успешных посадок на Луну из семи попыток. Лунные миссии стали величайшим достижением NASA и задали минимальный стандарт, который должна превзойти современная миссия с ее передовыми технологиями.
Сторонники программы "Артемида" утверждают, что она не является простым повторением "Аполлона". Однако, как мы увидим далее, "Артемида" не дотягивает даже до уровня "Аполлона". Она обходится дороже, делает меньше, летает реже и подвергает экипажи рискам, которые в эпоху "Аполлона" считались недопустимыми. Это сравнимо с тем, как если бы Ford в 2024 году выпустил новую модель автомобиля, которая была бы медленнее, опаснее и в десять раз дороже, чем Model T.
Когда программа нового поколения по освоению Луны не может соответствовать стандартам стоимости, эффективности или безопасности, установленным три поколения назад, это явный признак того, что что-то пошло не так..
Ракета
В сердце программы "Артемида" находится гигантская ракета Space Launch System (SLS), носящая незатейливое название. Она напоминает недостроенный космический шаттл – словно у кого-то закончились детали конструктора для орбитального модуля. Внешне ракета перекликается с шаттлом: узнаваемый оранжевый топливный бак и пара внушительных белых твердотопливных ускорителей. Но затем, вместо плавных линий, появляются конусообразные и цилиндрические элементы, словно заимствованные из проектов 1960-х годов.
SLS можно сравнить с человеком, у которого на залысинах сзади остались длинные волосы – мощные двигатели первой ступени как будто пытаются отвлечь внимание от слабого верхнего этапа. Первая ступень действительно впечатляет, ее тяга превосходит тягу легендарной ракеты "Сатурн-5", она (почти) способна вывести базовый модуль на орбиту. Однако, на вершине этого исполина находится вторая ступень, "Промежуточная криогенная ступень", – название уже звучит как извинение за ее недостаточную мощность. В течение восьми минут SLS ревет, взмывая в небо на огненном столбе. Но затем, как пробка, вылетающая из бутылки, скромная ICPS отделяется и, подобно кораблю на слабом парусе, медленно плывет к Луне.
С этой конструкцией создатели SLS добились уникального результата в космических полетах, создав ракету, которая одновременно более мощная и менее способная, чем "Сатурн-5". В то время как гигант 1960-х мог отправить 49 тонн на Луну, SLS справляется лишь с 27 тоннами — недостаточно для миссии в стиле "Аполлон", даже недостаточно, чтобы вывести экипаж на орбиту вокруг Луны без посадочного модуля. Лучшее, что может сделать SLS — это облететь Луну и вернуться, миссия, которая будет называться "Артемида-2".
NASA планирует заменить вторую ступень, ICPS, на "Exploration Upper Stage" (проект, задержанный, в том числе, из-за перерасхода бюджета почти на миллиард долларов на стартовой площадке). Однако, даже с этим обновлением, SLS не сможет сравниться по мощности с легендарной "Сатурн-5". По непонятным причинам NASA спроектировало свою первую тяжелую ракету за сорок лет таким образом, чтобы отказаться от проверенной и надежной архитектуры миссий "Аполлон".
Конечно, многие ракеты успешно функционируют, не обладая мощностью "Сатурн-5". Если бы SLS просто складировались на заводе Michoud, или NASA разрешило астронавтам летать на коммерческих ракетах, миссии "Артемида" можно было бы разделить на несколько запусков.
Но NASA упорствует в своем решении использовать SLS. А SLS – это ракета, рассчитанная на однократное использование, собираемая вручную рабочими, которые предпочитают вернуться домой до начала вечерних пробок. Старты происходят не чаще, чем раз в два года, при стоимости около четырёх миллиардов долларов – вдвое больше, чем просто сжечь эту ракету, если бы она была сделана из банкнот.
На ранних этапах разработки SLS было принято решение использовать оборудование от шаттлов, что можно сравнить с использованием яиц Фаберже для приготовления омлета – расточительное решение. Основная ступень SLS использует главные двигатели шаттлов, ветеранов многочисленных космических полетов, призванных на свою последнюю миссию. Модернизация одного такого двигателя для работы на SLS обходится NASA в 40 миллионов долларов, что значительно больше, чем тратит SpaceX на все 33 двигателя своего бустера Super heavy. Несмотря на то, что двигатели шаттлов изначально были рассчитаны на многократное использование (основная причина их высокой стоимости), каждый запуск SLS выбрасывает четыре таких двигателя. Впоследствии NASA придется платить Aerojet Rocketdyne за возобновление производства этих классических двигателей по цене 145 миллионов долларов за штуку.
С твердотопливными ускорителями ситуация не лучше – еще один элемент шаттла, используемый в SLS. Введенные изначально для экономии бюджета шаттла, эти мощные ракеты теперь прикрепляются к каждой новой конструкции NASA, словно ракушки к древнему кораблю. Как и ожидалось, модернизация тяжелых стальных корпусов, оставшихся со времен шаттлов, не принесла программе никакой экономии. Каждый ускоритель SLS теперь оценивается в 266 миллионов долларов, что вдвое больше стоимости запуска Falcon Heavy. Даже замена асбестового покрытия в ускорителях на более экологичный материал, проект, оцененный в 4,4 миллиона долларов, обошелся NASA в четверть миллиарда долларов. И после того, как оставшиеся сегменты будут использованы (после семи запусков), SLS потребуются новые ускорители, что, без сомнения, приведет к новым масштабным перерасходам.
Стоимость SLS достигла такого уровня, что частные компании теперь могут разработать, протестировать и запустить целую ракетную программу за меньшую сумму, чем NASA тратит на один двигатель. Летать на SLS – это как владеть раритетным автомобилем: все сделано вручную, детали стоят баснословных денег, но, выехав из гаража, вы неизбежно оказываетесь в хвосте у более современных машин.
Но проблема SLS для NASA выходит далеко за рамки финансовой стороны. Компания упорно держится за устаревшую "франкенракету" в то время, как космическая индустрия переживает период небывалых инноваций. В то время как другие космические программы экспериментируют с передовыми технологиями, такими как многоразовые ступени и экзотические сплавы, NASA тратит годы и квалифицированную рабочую силу на бесперспективный проект.
Медленный темп программы SLS также ставит под угрозу безопасность. В эпоху шаттлов менеджеры NASA утверждали, что для поддержания высокой квалификации рабочих, необходимой для безопасного строительства и запуска космических аппаратов, требуется три-четыре запуска в год. Текущий подход, при котором ракета собирается вручную каждые два года, означает необходимость постоянного обучения процессам и процедурам перед каждым стартом.
Кроме того, программа "Артемида" не предусматривает тестовые полеты. Компания просто предполагает успех, совершая все ключевые "впервые" с астронавтами на борту. Когда возникают непредвиденные проблемы, как, например, обнаруженное в ходе миссии "Артемида-1" обширное выкрашивание теплозащитного экрана и угроза прогорания, у агентства нет возможности протестировать предлагаемое решение без многолетней задержки программы. Поэтому они прибегают к косвенным методам, чтобы убедить себя в безопасности нового дизайна, что повышает риск ошибок и самообмана.
Капсула
Космический корабль "Орион", запускаемый на вершине SLS, представляет собой модернизированную версию командного модуля "Аполлон", подходящую для современных, более крупных астронавтов. Он спроектирован с учетом потребностей современных астронавтов, отличаясь увеличенным в полтора раза объемом, современными компьютерными системами и комфортом, который не мог себе представить экипаж "Аполлона".
Официально "Орион" носит название Orion Multipurpose Crew Vehicle, но найти для него достойную цель стало непростой задачей для NASA. На протяжении двух десятилетий этот космический аппарат оставался на земле, поглощая внушительный бюджет в размере 1,2 миллиарда долларов ежегодно. Лишь в 2014 году состоялся первый короткий испытательный полет "Ориона". Восемь лет спустя, в рамках миссии "Артемида-1", "Орион" отправился в новое путешествие, доставив на Луну экипаж из манекенов с инструментами. В 2025 году, достигнув "совершеннолетия", "Орион" должен будет отправиться на Луну с астронавтами в составе миссии "Артемида-2".
В космос "Орион" отправляется в сопровождении European Service Module (ESM), который обеспечивает корабль солнечными панелями, кислородом, батареями и небольшим ракетным двигателем, играющим ключевую роль в маневрировании. Однако, поскольку ESM изначально не был предназначен для лунных полетов, он обладает ограниченным запасом топлива, недостаточным для доставки тяжелого "Ориона" на лунную орбиту и обратно.
"Орион" - настоящий тяжеловес. Изначально рассчитанный на шестерых астронавтов, корабль не был перепроектирован после сокращения экипажа до четырёх. Как минивэн, оставшийся после того, как дети выросли, "Орион" тащит за собой лишний вес и объем. Даже с учетом всех современных технологий, заменивших электронику "Аполлона", "Орион" почти вдвое тяжелее, чем командный модуль "Аполлона".
Этот дополнительный вес оказывает влияние на весь проект "Артемида". Поскольку большая капсула требует мощной ракеты, SLS вынужден нести массивную систему аварийного спасения "Ориона" - семь тонн лишнего веса - почти до самой орбиты. Чтобы защитить астронавтов от перегрузок при срабатывании системы спасения, капсулу пришлось укрепить, что добавило ещё больше веса, увеличив нагрузку на парашюты и теплозащитный экран. Этот "снежный ком" продолжает расти, усложняя задачу и увеличивая риски.
Парадоксально, но "Орион" вместе с ESM весят почти столько же, сколько командный и служебный модули "Аполлона", которые без проблем достигали Луны. Разница в пропорциях. Если "Аполлон" был подобен спортивному автомобилю, где небольшой отсек для экипажа был прикреплен к мощному двигателю, то "Орион" - это громоздкий внедорожник среди космических аппаратов. Он напоминает Dodge Journey, корявый шестиместный автомобиль, который кричит: "У нас проблемы с бюджетом!"
Орбита
Проблема с лунной программой NASA в том, что ни ракета, ни космический корабль не могут достичь Луны напрямую. Подобно певцу, исполняющему старые хиты в новой аранжировке, агентство ищет "около-лунное" место назначения, доступное для их техники.
Их решение - это необычный тип орбиты, называемый Near Rectilinear Halo Orbit (NRHO). Космический аппарат на этой орбите облетает Луну каждые 6,5 дней, проходя на расстоянии 1000 километров над северным полюсом Луны в ближайшей точке и удаляясь на 70 000 километров (одна пятая расстояния между Землей и Луной) в самой дальней точке. Достижение NRHO с Земли требует значительно меньше энергии, чем выход на лунную орбиту, делая ее доступной для SLS и "Ориона".
По словам NASA, NRHO обладает множеством преимуществ. Космические аппараты на этой орбите всегда видят Землю и никогда не попадают в ее тень. Орбита стабильна, позволяя находиться там месяцами, используя только ионные двигатели. Глубокое космическое окружение - идеальное место для отработки полетов на Марс.
Но NRHO - это "аэропорт" в поле, если говорить о полетах на Луну. Чтобы добраться до лунной поверхности, требуется дополнительный транспорт - лунный посадочный модуль, который запускается без экипажа за месяц-два до "Ориона" и ждет в NRHO, пока капсула не прибудет.
После стыковки, два астронавта переходят из "Ориона" в посадочный модуль и отправляются на лунную поверхность, где проведут около суток. Остальные два астронавта остаются на NRHO, ожидая возвращения коллег.
Миссии "Аполлона" также предусматривали разделение экипажа между посадочным и орбитальным модулями. Однако командный модуль "Аполлона" находился на низкой лунной орбите, проходя над местом посадки каждые два часа. Эта близость была крайне важна для безопасности. В любой момент астронавты на Луне могли сесть в взлетную ракету и вернуться в командный модуль. Благодаря короткому орбитальному периоду, у экипажа было множество возможностей вернуться на Землю.
Находясь на NRHO, сценарии аварийного прерывания становятся сложнее. В зависимости от ситуации, поврежденному посадочному модулю может потребоваться три и более дней, чтобы догнать "Орион" на орбите. В худшем случае экипаж может оказаться на лунной поверхности на несколько часов после объявления аварийного прерывания, ожидая, пока "Орион" достигнет удобной точки на своей орбите. Возвращение на Землю может занять еще несколько дней. Эти долгие и неопределенные временные рамки значительно повышают риски для экипажа, делая многие ситуации, которые были бы выживаемыми в миссиях "Аполлон" (например, "Аполлон-13"), смертельными для "Артемиды".
Проблема с аварийным прерыванием - это лишь вершина айсберга, когда речь идет о недостатках NRHO. NASA любит хвастаться, что "Орион" может находиться в космосе дольше, чем "Аполлон", но это как хвастаться своей "отличной формой", когда у тебя забрали машину. Это странная позитивная интерпретация неудачного решения. "Орион" нуждается в такой выносливости из-за долгого времени в пути до NRHO и необходимости тратить время в ожидании благоприятного момента для стыковки. Например, миссия "Артемида-3" проведет 24 дня в пути, в отличие от 6 дней у "Аполлона-11".
NRHO даже диктует длительность пребывания астронавтов на Луне, которое должно быть кратно 6,5-дневному орбитальному периоду. Эта жесткость означает, что даже первые миссии с установкой флага и оставлением следов, как "Артемида-3", должны будут провести на Луне как минимум неделю, увеличивая риски начальной посадки.
В космических полетах краткость - залог безопасности. Нет лучшего способа защитить астронавтов от солнечных бурь, технических проблем и других опасностей, чем минимизировать время, проведенное в космосе. Кроме того, безопасная архитектура должна позволять быстрое возвращение на Землю в любой момент миссии. Несомненно, астронавты первых миссий "Артемида" были бы в большей безопасности, если бы "Орион" находился на низкой лунной орбите. Решение о базировании на NRHO - это яркий пример того, как NASA проектирует свою лунную программу с неверного конца, позволяя недостаткам техники диктовать уровень риска миссии.
Gateway
Gateway, небольшая модульная космическая станция на окололунной орбите, преследует NASA с 2012 года.
Изначально Gateway задумывался как «небесная остановка», место для стыковки посадочного модуля и пересадки экипажа на пути к Луне. Однако, когда стало ясно, что станция не будет готова к миссии "Артемида-3", NASA пересмотрела планы. Стало очевидно, что два корабля могут встретиться на NRHO так же легко, как и три, поэтому первая высадка на Луну будет осуществлена без использования Gateway.
Несмотря на явное признание Gateway необязательным для первой лунной высадки, строительство станции остается приоритетной задачей программы "Артемида". Три миссии, следующие за "Артемида-3", будут в основном посвящены сборке Gateway. Более того, первоначальные планы "Артемида-4" вовсе не предусматривали высадку на Луну, будто она мешала основной задаче — строительству орбитальной станции.
Представьте: вы наняли рабочих отремонтировать кухню, а они вместо этого строят лодку у вас во дворе. Конечно, лодка даёт им место для отдыха, позволяет практиковать навыки и хранить инструменты, но вас это вряд ли убедит. Вы всё равно будете недоумевать: какое отношение лодка имеет к ремонту кухни и почему вы должны за это платить?
Похожая ситуация складывается с лунной станцией Gateway, которую NASA пытается обосновать с технической точки зрения. Станция увеличивает стоимость и сложность программы "Артемида", и без того не отличающейся простотой и дешевизной. Обязательная остановка на Gateway по пути к Луне делает миссии более рискованными (из-за дополнительных стыковок) и требует огромных затрат топлива. Неудивительно, что аэрокосмический инженер Роберт Зубрин метко назвал станцию "пунктом сбора пошлин в космосе".
Даже сторонники Gateway затрудняются найти ей достойное применение. Часто звучит аргумент, что станция, возможно, не идеальна для одной конкретной задачи, но зато подходит для многих. Однако это напоминает историю с SLS и "Орион" – аппараты были созданы ещё до того, как стало понятно, для чего они нужны. В пилотируемой космонавтике универсальные конструкции – иллюзия. В лучшем случае получается космический корабль, который одинаково плохо справляется со всеми задачами.
Поиск технических обоснований для Gateway – ложный путь. Станция строится не для защиты астронавтов от сурового космоса, а для защиты программы "Артемида" от суровых реалий Конгресса. NASA нуждается в Gateway, чтобы выжить в непредсказуемой политической обстановке 2030-х годов. Без станции "Артемида" рискует превратиться в серию редких и баснословно дорогих лунных миссий, став лёгкой мишенью для Бюджетного управления. Gateway защищает "Артемиду", привлекая международных партнёров, которые инвестируют в проект дорогостоящее оборудование. NASA усвоило этот урок ещё во времена создания Международной космической станции: сочетание невозвратных затрат и международного сотрудничества – мощный щит от закрытия программы.
Gateway решает и другие задачи NASA. Он даёт SLS точку назначения, стимулирует частный сектор (через распределение государственных средств на обслуживание станции), создаёт рабочие места для астронавтов и гарантирует продолжение пилотируемых космических полётов после того, как МКС исчерпает свой ресурс в 2030-х годах.
Последняя цель может показаться странной, если не считать пилотируемые космические полеты самоцелью. Но NASA – организация, основанная на убеждении, что американцы должны постоянно находиться на орбите, независимо от цены вопроса. Представьте, что Национальное управление океанических и атмосферных исследований настаивало бы на постоянном присутствии батискафов с экипажем на дне океана, невзирая на стоимость или целесообразность, блокируя любые проекты, которые могли бы поставить под угрозу это непрерывное присутствие. Вера не терпит возражений.
С точки зрения бюрократа, Gateway – это шанс для NASA вернуться в «золотой век» начала 2000-х, когда Международная космическая станция и космический челнок составляли единый организм, взаимно оправдывая существование друг друга. Восстановление этой динамики с помощью Gateway и SLS/"Орион" означало бы предсказуемые бюджеты и стабильность программ NASA до 2050-х годов.
Однако "Артемида" должна была стать возвращением к другой золотой эпохе – эпохе "Аполлона". И здесь кроется внутреннее противоречие программы: строительство Gateway мешает реализации интересных лунных проектов. При нынешней частоте миссий "Артемиды" (раз в два года или реже) создание станции неизбежно отодвинет такие амбициозные задачи, как строительство жилого модуля или герметичного лунохода, на 2040-е годы. А ведь эти проекты – ключевые этапы на пути к Марсу, куда NASA по-прежнему планирует отправиться в конце 2030-х. Ситуация патовая.
Такова история Gateway – нелюбимой, неистребимой и, как мы увидим далее, возможно, единственной вехи программы "Артемида", которая останется в истории.
Посадочный модуль
Посадочный модуль программы "Артемида" – вершина инженерной мысли и самая сложная часть программы. В отличие от ракеты SLS, корабля "Орион" и окололунной станции Gateway, которые в значительной степени опираются на существующие технологии NASA, посадочный модуль требует принципиально новых решений. Эти инновации способны перевернуть представление о космических путешествиях.
Этот космический корабль, призванный доставить астронавтов на поверхность Луны, в рамках программы "Артемида" носит название "Human Landing System" или HLS. NASA доверила его разработку двум частным компаниям: Blue Origin и SpaceX. SpaceX возьмет на себя миссии "Артемида-3" и "Артемида-4", а Blue Origin – "Артемида-5", запланированную на 2030 год. Для последующих миссий агентство будет проводить открытый конкурс среди разных компаний.
Проект посадочного модуля HLS от SpaceX основан на Starship – ракете, взлетающей и садящейся вертикально, словно из научной фантастики 50-х годов. Этот амбициозный дизайн вызывает противоречивые чувства. С одной стороны, он разработан блестящими инженерами SpaceX и прошел техническую экспертизу NASA. С другой стороны, создаётся впечатление, что создатели модуля сами усложняют себе задачу, придумывая проблемы, чтобы блеснуть технологическими решениями.
Дизайн HLS вызывает вопросы, особенно в сравнении с проверенными лунными модулями прошлого. Эта пятнадцатиэтажная конструкция должна приземлиться вертикально в сложнейших условиях: при плохом освещении, на неровной поверхности с неизвестным составом грунта, на расстоянии световой секунды от Земли. Для спуска экипажа с такой высоты потребуется специальный лифт. При этом, несмотря на внушительные размеры, одноразовый HLS способен перевезти меньше груза, чем компактный лунный модуль "Аполлона-17". Использовать Starship для доставки двух астронавтов на Луну – всё равно что везти пиццу на авианосце.
Парадоксально, но огромные размеры Starship не оставляют много места для полезной нагрузки. Космический корабль прибывает на Луну, неся на борту около 200 тонн криогенного топлива. Как человек с избыточным весом, пытающийся встать с кресла, Starship нуждается во всей этой энергии, чтобы оторваться от лунной поверхности. Проблема усугубляется тем, что криогенное топливо будет находиться под прямыми солнечными лучами в течение недели.
Другие, более консервативные проекты посадочных модулей, используют отдельную посадочную ступень, что позволяет снизить потребность в топливе. Такая конструкция также защищает ракету взлета от повреждений, которые могут быть вызваны высокоскоростным выбросом грунта при посадке. HLS же представляет собой цельную конструкцию: те же двигатели, которые подвергаются воздействию пыли и камней при посадке, должны будут через неделю безупречно заработать для обратного старта.
Удивительно, но контракт NASA со SpaceX не обязывает компанию проводить испытания взлета с Луны. Для выполнения условий контракта SpaceX достаточно лишь посадить прототип HLS на лунную поверхность. Вопросы, связанные с обратным стартом, видимо, будут решаться уже во время реальной миссии, когда мы вместе с экипажем узнаем, способен ли HLS подняться в воздух.
Такой смелый подход к проектированию является неотъемлемой частью концепции Starship HLS. SpaceX решает инженерным путём проблемы, которых другие разработчики стараются избегать на стадии проектирования. Причины такого подхода понятны. Starship создается для полетов на Марс – задачи куда более сложной, чем высадка двух человек на Луну. Если базовая конструкция Starship не справится с лунной миссией, это поставит под сомнение всю марсианскую программу компании. SpaceX стремится заставить Starship работать, а не просто создать оптимальный лунный посадочный модуль.
Непонятно, почему NASA мирится с такой сложностью на самом ответственном этапе своей первой лунной миссии. Зачем сажать на Луну ракету размером с дом, напичканную сложными механизмами? Глядя на конструкцию HLS, сложно не провести параллель с другими случаями, когда умнейшие специалисты NASA, не видя альтернативы, убеждали себя пойти на неоправданный риск.
Полезным будет сравнение подхода к проектированию HLS с философией, которой руководствовались создатели "Аполлона". Инженеры этой программы руководствовались прежде всего безопасностью. Они не хотели допустить ошибку, которая могла бы стоить жизни астронавтам. Их главным оружием в борьбе с рисками была простота. Лунный модуль представлял собой небольшую металлическую кабину с широкой базой, достаточно низкую, чтобы астронавтам не пришлось карабкаться по длинной лестнице. Нижняя часть модуля представляла собой посадочную ступень, которая полностью закрывала ракету взлёта. Эта конструкция доказала свою эффективность во время миссии "Аполлон-15", когда один из посадочных двигателей был поврежден камнем. Ракета взлёта, важнейший элемент лунного модуля, была устроена максимально просто, чтобы минимизировать риск поломки.
В программе "Артемида" всё наоборот: чем опаснее этап миссии, тем сложнее используемое оборудование. Глядя на эту технику, сложно сохранять спокойствие, особенно учитывая, что собственная Консультативная группа по аэрокосмической безопасности NASA оценивает вероятность гибели экипажа только во время лунной миссии "Орион"/SLS (без учёта HLS) как 1 к 75.
Заправка
Учитывая, что самая мощная ракета NASA с трудом выводит "Орион" на высокую окололунную орбиту, а HLS весит в пятьдесят раз больше, возникает закономерный вопрос: как же этот огромный беспилотный посадочный модуль туда доберётся?
Ответ NASA прост: "Это не наша забота". Агентство платит Blue Origin и SpaceX немалые деньги, чтобы они сами решили эту проблему. В действительности единственный способ доставить такой массивный корабль на окололунную орбиту – это предварительно заправить его топливом на низкой околоземной орбите.
Хотя орбитальная заправка топливом звучит довольно просто, на практике эта технология никогда не применялась и не может быть достоверно смоделирована на Земле. Сложность заключается в том, что в условиях микрогравитации жидкая и газообразная фазы топлива смешиваются в хаотичном порядке, из-за чего даже определить количество топлива в баке становится затруднительно. Проблему усугубляет использование криогенного топлива, которое кипит при температуре примерно на 100 градусов ниже, чем температура трубопроводов, по которым оно должно перемещаться. Представьте, что вы пытаетесь перелить воду из термоса в раскаленную сковороду, падая со скалы – это и будет иллюстрацией сложности данной задачи.
Чтобы орбитальная заправка стала реальностью, SpaceX сначала должна продемонстрировать возможность перекачки топлива между двумя ракетами. Это будет доказательством работоспособности концепции. Затем необходимо обеспечить надёжность и эффективность этого процесса в масштабе сотен тонн, что является отдельной задачей. Только после того, как SpaceX сможет стабильно перекачивать жидкий кислород и метан с одного Starship на другой, можно будет говорить о создании инфраструктуры, необходимой для запуска HLS.
Полёт HLS к Луне будет выглядеть следующим образом. За несколько месяцев до планируемой даты посадки SpaceX запустит специальную модификацию Starship, которая будет выполнять роль хранилища топлива. Затем компания начнёт запускать один за другим Starship, чтобы заполнить хранилище. Каждый Starship будет прибывать на низкую околоземную орбиту с остатками топлива, которые необходимо будет перекачать в хранилище. Как только хранилище будет заполнено, SpaceX запустит HLS, заправит его топливом и отправит на окололунную орбиту до прибытия Orion. К моменту прибытия Orion на окололунную орбиту HLS, как ожидается, он будет иметь достаточно топлива для того, чтобы доставить астронавтов на Луну и вернуться обратно.
Для реализации этого плана необходимо решить ещё одну инженерную задачу – как сохранить криогенное топливо в космосе. Низкая околоземная орбита – довольно жаркое место, и без принятия специальных мер криогенное топливо Starship быстро испарится. В глубоком космосе эта проблема решается просто (с помощью солнцезащитного экрана), но на низкой околоземной орбите она усложняется тем, что теплая Земля занимает треть неба. Испарение топлива является проблемой и для HLS на Луне.
Точно неизвестно, сколько запусков Starship потребуется для заправки HLS. Илон Маск говорил о четырёх запусках, помощник заместителя администратора NASA Лакиша Хокинс – о “десятке с лишним”, а Кэти Людерс из SpaceX на прошлой неделе назвала цифру 15.
Истинное количество запусков зависит от четырёх факторов:
-
Сколько топлива Starship может доставить на низкую околоземную орбиту;
-
Какую часть этого топлива реально перекачать из ракеты;
-
Как быстро криогенное топливо испаряется из орбитального хранилища;
-
Как быстро SpaceX может запускать Starship;
SpaceX, вероятно, знает ответ на первый вопрос, но не разглашает его. Данные по второму и третьему пунктам можно будет получить только после лётных испытаний, запланированных на 2025 год. И, конечно, многое зависит от четвёртого фактора, то есть частоты запусков Starship.
Рекорд по частоте запусков тяжёлых ракет принадлежит "Сатурн-5", который запускался трижды в течение четырёх месяцев в 1968 году. На втором месте стоит космический шаттл с девятью запусками в течение одного календарного года (до катастрофы "Челленджера"). На третьем месте – Falcon Heavy с шестью запусками за 13 месяцев, начиная с ноября 2022 года.
Чтобы план орбитальной заправки сработал, Starship должен превзойти этот рекорд в десять раз, запускаясь примерно каждые шесть дней с нескольких стартовых площадок. Программа заправки может пережить несколько неудачных запусков, если ни один из них не повредит стартовую площадку.
SpaceX – компания, которая, пожалуй, лучше всех подготовлена к решению этой задачи. Их ракета Falcon 9 установила рекорды как по надёжности, так и по частоте запусков, запускаясь в настоящее время примерно каждые три дня. Но SpaceX потребовалось десять лет, чтобы перейти от первого орбитального полёта Falcon 9 к еженедельным запускам, а Starship намного больше и сложнее, чем Falcon 9.
Если отталкиваться от официального графика, можно оценить, в каком цейтноте находится SpaceX. Чтобы успеть к официальной дате запуска "Артемиды", компания должна посадить беспилотный прототип HLS на Луну в начале 2026 года. Это означает, что полёты танкеров для заполнения орбитального хранилища начнутся в конце 2025 года. У компании остаётся не так много времени, чтобы разработать технологию орбитальной заправки, обеспечить её масштабирование и эффективность, решить проблему испарения топлива, добиться надёжных запусков Starship, наладить возврат ступеней-ускорителей, построить дополнительные стартовые площадки, достичь еженедельной частоты запусков, а также спроектировать и испытать все остальные системы HLS.
И хотя SpaceX приходится нелегко, график разработки лунного модуля Blue Origin, запланированный на 2029 год, выглядит ещё более фантастическим. Эта конструкция предполагает перекачку тонн жидкого водорода между космическими кораблями на лунной орбите, что, вероятно, на порядок сложнее, чем то, что пытается сделать SpaceX. Жидкий водород – громоздкое вещество, которое кипит практически при абсолютном нуле и славится своей способностью просачиваться сквозь любые материалы (программа Shuttle не смогла решить проблему утечек водорода на Земле даже после сотни запусков). При этом ракета, на которой Blue Origin должна испытать эту технологию, никогда не покидала Землю.
В результате NASA поставила перед собой задачу реализовать две рискованные программы разработки технологий в сжатые сроки, чтобы вернуться на Луну. Особенно поражает контраст между амбициозностью проектов HLS и чрезмерным консерватизмом и медленными темпами программы SLS/"Орион". Та же организация, которая потратила 23 года и 20 миллиардов долларов на создание банального космического корабля, требует от SpaceX совершить невероятное – запустить Starship в течение четырёх лет после подписания первоначального контракта на HLS. И хотя это восхищает поклонников SpaceX, такое легкомысленное поведение со стороны космического агентства страны, которое десятилетиями знало о необходимости лунного модуля, вызывает недоумение.
Всё это говорит о том, что высадки на Луну в 2026 году не будет. Рано или поздно NASA придётся официально перенести сроки, как это уже было в 2021, 2023 и начале этого года. Если тенденция к увеличению задержек сохранится, то к концу года мы можем прийти к ситуации постоянного переноса сроков – своеобразной сингулярности планирования, когда дата посадки "Артемиды-3" будет бесконечно сдвигаться в будущее.
В противном случае сложно представить высадку человека на Луну до 2030 года, если, конечно, программа "Артемида" доживёт до этого времени.
Заключение
Программа "Артемида" NASA стремится к смелым технологическим решениям, и контракты на разработку HLS могут стать ее ключевым элементом. Задействование частных инвестиций от космических миллиардеров - новая и перспективная модель финансирования, которая позволяет NASA использовать фиксированную стоимость для разработки технологий. Если компании, такие как SpaceX или Blue Origin, успешно реализуют технологию орбитальной заправки криогенным топливом, это станет прорывом в космической отрасли. NASA должна всячески поддерживать такие инициативы, ведь даже если технология не оправдает ожиданий, это будет ценный опыт, финансируемый в основном за счет частных инвестиций.
Проблема программы "Артемида" кроется в отсутствии стратегического о ее долгосрочных последствиях. Развитие инфраструктуры для орбитальной заправки сделает традиционные носители, такие как SLS и "Орион", устаревшими. Вместо того чтобы ждать двух лет на запуск дорогостоящей ракеты, экипажи и грузы смогут отправляться на Луну каждую неделю на более доступных коммерческих ракетах, заправляясь на низкой околоземной орбите. Аналогичная логика применима и к орбитальной станции Gateway. Зачем собирать ее из отдельных модулей на лунной орбите, когда можно построить ее целиком на Земле и запустить в готовом виде? Более того, достаточно разметить "GATEWAY" на корпусе ближайшего Starship и отправить его на окололунную орбиту, чтобы сэкономить миллиарды долларов NASA и ее международным партнерам. Функционирующая заправочная станция на низкой околоземной орбите радикально расширяет возможности космических миссий. "Артемида", похоже, игнорирует этот потенциал, упорно держась за традиционные технологии SLS/"Орион".
Отсутствие успешной технологии криогенной заправки ставит под угрозу реализацию посадки на Луну в рамках программы "Артемида". В этом случае, единственным достижимым результатом станет сборка орбитальной станции Gateway, что не соответствует обещаниям о возвращении на Луну, данным налогоплательщикам. Такой сценарий не только не демонстрирует национальную мощь, но и может подорвать поддержку Конгресса для будущих космических программ, в том числе миссии на Марс.
Ситуация напоминает образную историю об офисном работнике, тратящем половину зарплаты на лотерейные билеты, а другую половину - на пенсионный фонд. Если лотерея выиграет, пенсионный фонд станет неактуальным, но без выигрыша денег на пенсии не хватит для комфортного выхода на заслуженный отдых. Обе стратегии не имеют смысла в совокупности.
"Реалистичная" школа космических полетов признает эти противоречия, но призывает смотреть на общую картину. Идеальной космической программы никогда не существовало, и важно двигаться вперед. "Артемида" - это первая программа за многие годы, пережившая президентский переход и способная вывести нас за пределы низкой околоземной орбиты. Пока "Артемида" финансируется, а Starship демонстрирует быстрый прогресс, есть надежда увидеть американских астронавтов на Луне.
Этот аргумент имеет два серьезных недостатка. Во-первых, он поддерживает порочный круг неэффективности в NASA, который делает освоение космоса практически невозможным. Применение к пилотируемым миссиям стандартов, отличных от тех, что используются для научных миссий, стало серьезным препятствием для развития космонавтики. Сегодня Управление по разработке исследовательских систем, отвечающее за пилотируемые полеты, неспособно создать даже простой тостер без затрат в миллиард долларов. Некомпетентность, жадность и расточительность, которые приводят к увольнению в научных подразделениях NASA, не только терпимы, но и поощряются в сфере пилотируемых полетов. Прежде чем мы позволим агентству реализовать свой третий "бесполезный проект" за последние сорок лет, стоит задуматься о том, что мы получаем за половину бюджета на исследования.
Второй и более существенный недостаток "реалистичного" подхода заключается в том, что он способствует культуре институциональной лжи, которая в конечном счете может стать губительной для инженерной организации. NASA достигло точки, где оно систематически лжет как себе, так и общественности. Агентство лжет о сроках, возможностях, стоимости и преимуществах своей программы пилотируемых полетов. И, самое главное, NASA лжет о рисках. Все проблемы, выявленные в отчетах Роджерса и комиссии по расследованию катастрофы "Колумбии", - групповое , чрезмерное количество управленческого персонала, сильное давление на соблюдение нереальных сроков и готовность фальсифицировать инженерные обоснования для использования небезопасного оборудования - по-прежнему актуальны в рамках "Артемиды".
Неужели нам действительно нужно ждать очередной трагедии и еще одного подробного отчета президентской комиссии, чтобы признать, что "Артемида" обречена на провал?
Автор: veseluha
