Лунная орбитальная платформа-шлюз от НАСА станет либо необходимым этапом для посадки на Луну, либо никчёмной ерундой
Когда астронавты полвека назад впервые сели на Луну, они долетели туда в один этап: ракета Сатурн-5 запустила командный, обслуживающий и посадочный модули «Аполлон», и они вышли на низкую окололунную орбиту. Затем посадочный модуль отделился и опустился на поверхность. Проведя 22 часа в лунной пыли, астронавты с «Аполлона-11» забрались во взлётный модуль и вернулись в командный модуль, чтобы отправиться в обратный путь.
Текущий план НАСА по отправке астронавтов на Луну, который может быть реализован уже в 2024 году, построен немного по-другому. Несколько коммерческих ракет запустят в космос компоненты небольшой космической станции, которая потом самостоятельно соберётся на высокой лунной орбите. Ещё одна ракета отправит туда пустой лунный посадочный модуль. Наконец, гигантская ракета SLS запустит космический корабль «Орион» (крайне сильно напоминающий командный модуль «Аполлона») с астронавтами внутри. «Орион» пристыкуется к космической станции, и некоторые астронавты перейдут в ожидающий посадочный модуль. Наконец, астронавты спустятся на поверхность Луны. Завершив вылазку, они вернутся на орбитальную станцию, где команда пересядет в «Орион», чтобы отправиться домой.
Лунную космическую станцию представляют себе, как набор модулей, включая и жилые, воздушный шлюз, модуль питания и двигательную установку. НАСА называет её «Шлюзом» [Gateway].
Её истоки зародились раньше текущего плана НАСА по возвращению на Луну, недавно агентство переименовало всю программу, дав ей имя «Артемида«, а предполагаемая станция сжималась и увеличивалась в ответ на изменение бюджетов и политик. НАСА утверждает, что «Шлюз» станет необходимой частью по освоению космоса человеком. Другие же размышляют над тем, нужен ли он вообще.
Истоки «Шлюза» можно отследить к отмене президентом Бараком Обамой последнего плана НАСА по возвращению людей на Луну (программа «Созвездие«). В речи от апреля 2010 года, где было объявлено о новых направлениях развития планов НАСА по освоению человеком космоса, Обама призвал агентство разработать транспортные средства для изучения глубокого космоса, начиная к полёту к ближнему к Земле астероиду в 2025. Однако НАСА быстро решило, что такая цель будет слишком амбициозной, и потребует проведения многомесячного пилотируемого полёта. Поэтому агентство предложило альтернативу: вместо отправки астронавтов к астероиду оно притащит астероид к астронавтам.
Эта идея породила миссию по перенаправлению астероида (ARM), о которой было объявлено в 2013. Предполагалось, что роботизированный космический корабль захватит небольшой и недалеко расположенный от Земли астероид – диаметром не более 10 м – и постепенно передвинет его на высокую стабильную орбиту вокруг Луны под названием дальней ретроградной орбиты, где его смогут посещать астронавты в рамках коротких миссий. Однако сомнения по поводу полезности и осуществимости ARM похоронили программу, когда её предложили на слушаниях по распределению бюджета в Конгрессе США.
В 2017 году под управлением администрации Дональда Трампа НАСА вновь совершило разворот. Агентство давно уже считало, что космическая программа получит преимущества, заняв пространство между Землёй и Луной для проверки технологий будущих миссий к Марсу и за его пределы. Следующим предложением, сделанным в марте 2017, стала концепция Deep Space Gateway: набора модулей на дальней ретроградной орбите Луны. К концу 2020-х астронавты на этом «Шлюзе» смогут начать собирать отдельный транспортный космический корабль Deep Space Transport для долгосрочных миссий к Марсу.
Но и этот план потерпел фиаско, после того, как Трамп сделал новым приоритетом НАСА отправку астронавтов на поверхность Луны и создание постоянного присутствия в космосе.
Наиболее амбициозная версия «Шлюза» должна была стать международной, и разные модули должны были поставлять космические агентства Канады, Европы, Японии и России. В такой схеме капсула с командой «Орион» (1) доставляла бы астронавтов к «Шлюзу» для подготовки к миссиям на поверхности Луны. У «Шлюза» был запланирован шлюзовой компонент (2), обитаемые модули (3, 4), пространство для научных экспериментов и хранения (5, 6, 7), роботизированная рука (8) и двигательная установка (9). Однако теперь НАСА проектирует «минимальный» «Шлюз», состоящий только из небольшого обитаемого модуля и двигательной установки, чтобы раньше вернуться на поверхность Луны.
«На этот раз мы не просто поставим там флаг и оставим следы», — сказал Трамп в декабре 2017. Он подписал директиву космической политики, фокусирующую космическую программу США на исследовании космоса при помощи людей, и в первую очередь – возвращения американских космонавтов на Луну. Он сказал, что «долгосрочное изучение и использование» Луны было шагом к ещё более грандиозным проектам. «Мы заложим основу к предполагаемой миссии на Марс, и, возможно, когда-нибудь – к более далёким мирам».
Директива поручила НАСА вернуть людей на поверхность Луны с использованием коммерческих и международных партнёрских предприятий, но оставила агентству задачу придумать наилучший способ для этого. НАСА решило поменять концепцию шлюза, формально переименовало его в Orbital Platform–Gateway, и представило, как сцену, с которой будут отправляться лунные миссии. «Шлюз» предложили собирать на другой орбите, сильно эллиптической и проходящей над полюсами Луны – «почти прямолинейной гало-орбите». Космические корабли с Земли смогут дойти до неё с минимальными тратами топлива, поэтому туда можно будет относительно дёшево и легко доставлять припасы. В такой конфигурации, по планам НАСА, астронавты смогут вернуться на поверхность Луны к 2028 году.
НАСА также работает над привлечением международных партнёров, со многими из которых оно уже работало над Международной космической станцией. К началу 2019 проект «Шлюза» вырос до самого большого размера, чем когда бы то ни было. Предлагаемая конфигурация включала модуль с питанием и двигательной установкой, которая должна была использовать солнечную энергию для питания «Шлюза» и его передвижения в пространстве между Землёй и Луной, два обитаемых модуля, модуль утилизации, многофункциональный модуль и роботизированную руку. В феврале 2019 года канадский премьер Джастин Трюдо объявил, что страна готова потратить 2 млрд канадских долларов на этот проект. В концептуальных рисунках другие модули оптимистично несли на себе логотипы Европейского космического агентства, Японского агентства исследования космоса и Роскосмоса.
«Это вдохновляющий проект „Шлюза“», — сказал администратор НАСА Джим Брайденстайн в своей речи в середине марта. Он обсуждал предложение НАСА на 2020 фискальный год, куда входила сумма в $821 млн на развитие «Шлюза». Он добавил, что общался с руководителями других космических агентств, и «они радостно восприняли идею объединённого проекта для путешествия к Луне».
Но через две недели вдохновляющая идея опять изменилась. В речи на встрече Национального космического совета 26 марта вице-президент Майк Пенс приказал НАСА ускорить планы возвращения на Луну. «По указанию президента США политикой этой администрации и нашей страны является возвращение американских астронавтов на Луну в ближайшие пять лет», — объявил Пенс в своей речи. Эта амбициозная цель – прилунение в 2024 году – стала неожиданностью для всего мира.
А ещё она заставила НАСА чесать голову в поисках средств к достижению этой цели. В апрельской речи на Космическом симпозиуме в Колорадо-Спрингс Брайденстайн сказал, что НАСА будет исправлять свои планы, чтобы приспособить их к изучению луны, и сконцентрируется только на базовых элементах, необходимых для возвращения людей на её поверхность в ближайшие пять лет. «Первая фаза – скорость. Нам нужно ступить на поверхность Луны как можно быстрее, — сказал он. – Мы будем избавляться от всего, что будет отвлекать нас от этой цели». И, судя по всему, большая часть проекта «Шлюз» будет отвлекать агентство. Брайденстайн предположил, что единственными частями «Шлюза», необходимыми для прилунения, являются двигательная установка и обитаемый модуль, к которому смогут пристыковаться корабль «Орион» и посадочные модули.
Международные партнёры НАСА также были шокированы. Космическим агентствам, начавшие планирование постройки компонентов «Шлюза», внезапно стало непонятно, когда может понадобиться их вклад, и понадобится ли он вообще. Брайденстайн признал наличие этой неопределённости в апрельской речи. «Наши международные партнёры озабочены этим, и они выразили свою озабоченность мне на этой конференции», — сказал он. Однако он сказал, что эти партнёры всё равно смогут сыграть свою роль во второй фазе планов НАСА по изучению Луны – после прилунения в 2024. А тогда, сказал он, приоритетом НАСА станет поддержка долговременного нахождения людей в пространстве между Землёй и Луной, в том числе и постройка «Шлюза» в виде, похожем на то, что обсуждалось ранее.
В последовавшие недели НАСА всё чаще говорило о постройке «минимального» «Шлюза» для поддержки прилунения 2024 года. В мае НАСА объявило о запросе дополнительного аванса в $1,6 млрд в 2020 году, необходимого для достижения поставленной цели. Дополнительные деньги в основном должны помочь коммерческим компаниям быстрее разработать спускаемые аппараты, ускорить отстающую разработку ракеты SLS и корабля «Орион», поскольку оба этих проекта уже на годы отстают от графика, и превысили свои бюджеты на миллиарды долларов. Также в этом предложении рекомендуют урезать финансирование «Шлюза» на $321 млн.
Этот пересмотренный бюджет «немного меняет отношение к „Шлюзу“», сказал помощник администратора НАСА по человеческим исследованиям и операциям, Уильям Герштенмайер во время второпях организованной пресс-конференции. ««Шлюз» развивался в сторону более крупных возможностей, превышавших минимум, необходимый для прилунения. Текущие планы перенаправляют проектирование «Шлюза» обратно на самые необходимые для прилунения компоненты». В конце мая Брайденстайн объявил, что НАСА выбрало компанию Maxar Technologies для постройки модуля питания и двигательной установки «Шлюза».
Слева направо:
— низкая лунная орбита, 100 км, период 2 часа;
— дальняя рероградная орбита, 70 000 км, период 2 недели;
— почти прямолинейная гало-орбита, 2 000 – 75 000 км, период 1 неделя.
В НАСА рассматривали несколько вариантов орбит для подготовки к прилунению. У всех есть свои компромиссы: доступ к более высоким орбитам дешевле с Земли, но низкие орбиты дают быстрый доступ на поверхность Луны.
Критики проекта «Шлюз» говорят, что НАСА не должно откатывать масштабы назад к космической станции, а должно просто закрыть проект. Если вам надо попасть на поверхность Луны, как говорят он, то и направляйтесь туда напрямую, как сделали миссии «Аполлон» полвека назад. Создание аванпоста на лунной орбите добавляет трат, задержек и сложностей в и так уже трудную задачу.
Среди этих критиков есть и бывший администратор НАСА, Майкл Гриффин. В прошлом ноябре во время встречи с консультативной группой из Национального космического совета, он обрушился на космическую станцию с разрушительной критикой. «Обсуждаемая архитектура, по которой „Шлюз“ надо сделать перед тем, как ступить на Луну, с точки зрения инженера космических систем выглядит глупо», — сказал он. Вместо этого НАСА должно идти на поверхность Луны напрямую, утверждал он, а уже после этого устанавливать что-то вроде «Шлюза» для поддержки подобных миссий, в особенности когда астронавты смогут начать добывать такие ресурсы, как водяной лёд на полярных шапках. ««Шлюз» будет полезен только после того, как они смогут изготавливать на Луне топливо для ракет, и отправлять его в склад на лунной орбите, но не до этого».
Ещё один активный критик проекта – Роберт Зубрин, основатель и президент Марсианского общества. Он сравнивает «Шлюз» с постом, взимающим дорожный сбор, утверждая, что он добавляет расходов ко всем будущим миссиям к Луне или Марсу. Он предложил альтернативный план под названием Moon Direct, который будет использовать существующие коммерческие транспортные системы для постепенного создания лунной базы.
Будучи в курсе этой критики, НАСА защищает «Шлюз». В мае агентство по-тихому распространило черновик предложения под названием «Зачем нужен Шлюз?«, защищающий космическую станцию. «Позиция НАСА, основанная на техническом и программном анализе, состоит в том, что „Шлюз“ позволяет наискорейшим образом организовать посадку следующих американцев на Луне», — говорится там. Среди перечисленных причин этого заявлено и то, что главный двигатель «Ориона» слишком слаб, чтобы вывести космический корабль на низкую орбиту вокруг Луны, поэтому на высокой орбите требуется организовать нечто вроде «Шлюза».
«В целом, краткосрочные и долгосрочные преимущества архитектуры „Шлюза“ легко перевешивают риски столкновения с заметными задержками реализации проекта и неэффективными моментами, которые неизбежно произойдут из-за такого позднего изменения архитектуры», — написано в заключении. Такие изменения, как необходимость увеличения мощности двигательной установки «Ориона» для того, чтобы он смог добраться до низкой лунной орбиты, могут добавить миллиарды к тем $30 млрд, которые уже потрачены на сегодня на реализацию программ SLS и «Орион», и при этом ничем не помочь в достижении цели к 2024 году.
Необходимость полагаться на SLS и «Орион» волнует некоторых лунных энтузиастов, поскольку обе технологии до сих пор находятся в режиме разработки, и оба проекта уже столкнулись со значительным перерасходом средств и задержками. В прошлом октябре ревизор НАСА выпустил уничижительный отчёт о программе SLS, которая к тому времени отставала от графика уже на три года и превысила бюджет на несколько миллиардов долларов. И при этом НАСА с союзниками говорят, что другого пути на Луну не существует.
«Существующие у нас сегодня компоненты не могут реализовать посадку на Луну без „Шлюза“», — сказал Майк Фуллер, ответственный за бизнес-развитие программ НАСА в Northrop Grumman. Он считает, что ограниченные возможности двигателя «Орион» на самом деле являются преимуществом. Миссии «Аполло» отправляли управляющие модули на орбиту в 100 км от Луны, но он говорит, что «так низко опускаться в гравитационный колодец Луны было невыгодно». Если «Орион» выйдет на более высокую орбиту, ему будет легче вернуться обратно на Землю, поскольку для этого потребуется меньше тяги.
Сможет ли НАСА полностью отказаться от «Шлюза» и этой архитектуры? Критики говорят, что в секторе коммерческого космоса появляются технические альтернативы. Они имеют в виду Blue Origin, космическую компанию, основанную миллиардером Джеффом Безосом, владельцем Amazon, находящуюся недалеко от Сиэтла. Blue Origin строит как многоразовую тяжёлую ракету New Glenn, так и посадочный лунный модуль Blue Moon. Ещё один участник соревнования – компания SpaceX Илона Маска, из Хоторна (Калифорния), также работающая над созданием многоразовой ракеты. Её верхняя ступень будет космическим кораблём Starship, который, по заверениям компании, сможет садиться прямо на Луну и переносить тяжёлые грузы. «Это транспортное средство на Луне сможет, по сути, служить ядром довольно серьёзного лунного аванпоста, который со временем вырастет», — сказал Пол Вустер, инженер принципиальных разработок по Марсу из SpaceX.
Однако все эти замечательные космические корабли от этих компаний всё ещё остаются в процессе разработки, и до их готовности к высадке на Луну могут пройти года. Более того, любые попытки отменить программы SLS или «Орион» наверняка встретят упорное сопротивление в Конгрессе, особенно со стороны влиятельных членов из тех штатов, в которых идёт работа над ними. И, поэтому, неудивительно, что НАСА с удвоенной силой принялась за свой план «Шлюза». В мае, обсуждая обновлённый бюджет от НАСА, Брайденстайн сказал, что «Шлюз» является жизненно важным проектом для достижения цели по посадке на Луне к 2024 году. «Важность проекта „Шлюз“ не уменьшилась со временем, — сказал он. – Мы не в состоянии преувеличить его важность».
Если НАСА, учитывая сдувшиеся бюджеты и политические реалии, продолжит упорно идти в сторону «Шлюза», мы станем свидетелями триумфального возвращения астронавтов НАСА на Луну к 2024 году. НАСА и ранее побеждала вопреки всем невзгодам и вызовам. Однако возможно и то, что план не выживет в дебатах Конгресса по поводу бюджетов, или что выборы 2020 года приведут к появлению другой администрации, которая опять изменит курс исследования Луны. И в этом случае целеустремлённые миллиардеры из SpaceX и Blue Origin, возможно, не станут дожидаться НАСА, и у следующих следов, которые оставят лунные ботинки в реголите, будут видны корпоративные логотипы.
Источник
