Испытания в полете: как США запустили к Луне первый за полвека пилотируемый корабль
В среду, 16 ноября, стартовала «Артемида I» (Artemis I) — первая миссия новой лунной программы США. Ракета-носитель SLS отправила к Луне пилотируемый корабль «Орион» (Orion), правда, пока без экипажа. Кораблю предстоит облететь Луну и вернуться на Землю.
Программа полета предусматривает, что на шестой день миссии, 21 ноября, «Орион» пройдет в 100 км над поверхностью Луны. Гравитация нашего спутника изменит траекторию корабля, и 25 ноября он выйдет на ретроградную окололунную орбиту. Эта орбита называется ретроградной, потому что аппарат будет обращаться вокруг Луны не в ту же сторону, что Луна вокруг Земли, а в противоположную. На этой орбите он пробудет несколько дней, чтобы датчики собрали информацию о работе всех систем корабля. Самую удаленную точку траектории — 480 000 км от Земли — аппарат пройдет 28 ноября. Тем самым «Орион» отберет у «Аполлона-13» звание пилотируемого корабля, сильнее всех удалявшегося от нашей планеты, перекрыв его рекорд на 80 000 км. Корабль покинет ретроградную орбиту 1 декабря, а через четыре дня, во второй и последний раз, пройдет над лунной поверхностью. Гравитационный пинок Луны направит его к Земле, куда он вернется 11 декабря, на 26-й день миссии. Тем самым «Орион» еще и побьет рекорд по сроку пребывания в космосе пилотируемого корабля без стыковки с орбитальной станцией. Аппарат приводнится в Тихом океане, после чего его выловят из воды и тщательно исследуют на предмет повреждений.
Космический корабль несет на борту десять кубсатов. Это миниатюрные и сравнительно недорогие аппараты, каждый объемом порядка литра. Их назначение различно: от исследования Луны с орбиты до регистрации космических частиц. «Орион» выпустит кубсаты в свободный полет тремя порциями: дважды на пути к Луне и один раз уже в районе Селены.
Три манекена на борту «Ориона» имитируют экипаж. Внутренние отсеки корабля оснащены счетчиками радиации и другими приборами. С их помощью эксперты хотят изучить условия внутри летящего к Луне аппарата, прежде чем отправлять в нем людей.
Кстати, о людях. «Артемида I» — генеральная репетиция намеченной на 2024 год миссии Artemis II: облета Луны с экипажем на борту. Еще через год должна состояться посадка астронавтов на Луну (миссия Artemis III). Разумеется, этот график может быть соблюден, лишь если у первой «Артемиды» все пройдет без сучка и задоринки.
Что ново под Луной
В рамках «Артемиды I» испытываются сразу три сложные системы: ракета-носитель SLS, корабль «Орион» и европейский служебный модуль. Для успеха миссии все они должны сработать безупречно и согласованно. Изрядная доля риска уже позади: ракета-носитель успешно вывела аппарат в космос.
Под незамысловатым названием «Система космических запусков» (Space Launch System или SLS) скрывается примечательная во многих отношениях ракета. Она самая грузоподъемная из всех ныне эксплуатирующихся. SLS способна доставить на низкую околоземную орбиту 95 т полезной нагрузки, а на Луну — 26 т (в дальнейшем планируется довести этот показатель до 45 т). Больше было разве что у «Сатурна V» — рабочей лошадки программы «Аполлон», ушедшей в историю вместе с этой программой. Но даже с поправкой на масштабы ракета баснословно дорогая. По недавним оценкам, каждый запуск по программе «Артемида» будет стоить более $4 млрд без учета затрат на разработку.
Сегодняшний старт стал первым космическим запуском SLS. Он несколько раз переносился. Проект ракеты был презентован еще в 2012 году. Тогда первый пуск намечали на 2017-й, а стоимость запуска оценивалась в $500 млн. Но, как часто бывает в космической отрасли, вышло дольше и дороже. И даже на финишной прямой проект преследовали неудачи. В апреле этого года ракету увезли на ремонт прямо со стартового стола. Запуск перенесли на август, потом на сентябрь, но и тогда он не состоялся. При этом некоторые эксперты называют SLS неудачно спроектированной и принципиально ненадежной. Какова ее реальная надежность, покажет лишь время. Но, по крайней мере, первый блин не вышел комом.
Крещение огнем
Корабль «Орион» тоже нельзя назвать хорошо обкатанным. Он совершил лишь один испытательный полет (в 2014 году), и то на низкую околоземную орбиту. На пути к Луне и обратно он попадет в условия, в которых он еще никогда не бывал. Например, пересечет радиационные пояса Земли. Они могут повредить электронику, если окажется, что она недостаточно защищена от потока заряженных частиц. Кроме того, «Орион» окажется вне досягаемости телекоммуникационных спутников и будет вынужден встроиться в специальную систему, поддерживающую связь с межпланетными зондами.
Но, пожалуй, самым серьезным испытанием для корабля станет возвращение на Землю. Аппарат войдет в атмосферу со скоростью 11 км/с, такова плата за рейс к Луне. Сопротивление воздуха замедлит его более чем вдесятеро, прежде чем сработает парашютная система. Трение о воздух разогреет обшивку до 2800 градусов Цельсия. На Земле просто нет экспериментальных установок, которые могли бы воспроизвести для «Ориона» подобное «крещение огнем».
Еще одна не обкатанная новинка — европейский служебный модуль (European Service Module или ESM). Он фактически повезет «Орион» на себе до Луны и обратно, отделившись лишь перед входом в атмосферу Земли. Двигатели ESM будут обеспечивать корабль тягой, солнечные батареи — электричеством. В миссиях с экипажем ESM также обеспечит астронавтов воздухом и водой. Прототипом служебного модуля послужил космический грузовик ATV, пять раз летавший к МКС. Однако, во-первых, ESM — это не совсем ATV, а во-вторых, даже ATV никогда не летал дальше низкой околоземной орбиты.
Дорогое удовольствие
Программа «Артемида» — масштабный и дорогостоящий проект. По данным недавнего аудита, уже в 2025 году суммарные расходы с начала программы составят $93 млрд. Для сравнения: программа «Аполлон» обошлась в $110 млрд в ценах 2010 года. Притом что последняя включала три облета Луны с экипажем (включая нештатный облет «Аполлоном-13») и шесть высадок на Луну, не считая испытаний на околоземной орбите. А ведь создатели «Сатурнов» и «Аполлонов» были первопроходцами: до них к нашему спутнику летали лишь сравнительно небольшие необитаемые зонды. И, наконец, технологии 1960-х годов были весьма примитивны по нынешним меркам.
Почему полеты на Луну так сильно подорожали — тема для тщательного исследования. Но наверняка не последнюю роль в этом сыграли аппетиты подрядчиков и субподрядчиков.
На «Артемиду» работает целая плеяда компаний, сделавших себе имя в космической отрасли. Основной подрядчик в разработке и изготовлении ракеты SLS — Boeing, а корабля «Орион» — Lockheed Martin. Твердотопливные ускорители, обеспечивающие почти 80% начальной тяги, создает Northrop Grumman. Свой вклад в разработку «Артемиды I» внесли также Aerojet Rocketdyne и Jacobs. Вышеперечисленные компании сотрудничают более чем с 3200 поставщиками. Европейский сервисный модуль — зона ответственности Airbus. А контракт на создание посадочного модуля, в котором экипаж «Артемиды III» опустится на поверхность Луны, выиграла SpaceX (компания Blue Origin пыталась оспорить это решение в суде).
Между тем высадка на Луну в 2025 году должна стать лишь началом. В планах NASA значатся окололунная орбитальная станция и обитаемая база на поверхности Луны. Все это может стать реальностью, если не подведет техника, финансирование не будет урезано, а очередная администрация Белого дома не пересмотрит космическую программу. Вряд ли можно за все это поручиться в условиях мировой экономической турбулентности, особенно если расходы и дальше будут кратно превышать первоначальные сметы.