[Из песочницы] Дороги на Марс идут через Луну…

… а не через операции у астероидов

Планы НАСА в области пилотируемой космонавтики снова обсуждались на уровне Палаты представителей Конгресса США. То, что парламент США не устраивают размытые временные рамки, нечеткие цели, большие затраты и слабо описанные перспективы марсианского плана НАСА давно не новость. Об этом уже писали здесь.

Но 10 июня 2016 в американских и в российских СМИ прошла сенсационная информация под лозунгом: “США собрались вернуться на Луну”. Такая информация весьма неожиданна для тех, кто внимательно не следит за эволюцией планов НАСА по пилотируемому полету на Марс. Забавно то, что этот “новый” (скорее хорошо подзабытый старый) поворот к Луне, как часть подготовки к пилотируемой миссии на Марс, обнародован при том же президенте Бараке Обаме, который своей позицией по этому вопросу и своим эпохальным выступлением 15 апреля 2010 года в Флориде, вроде бы полность зарубил планы НАСА вернуться на Луну и заодно весь проект “Созвездие” (Constellation). Тогда Обама заявил:

Сейчас некоторые считают, что мы сперва должны попытаться вернуться на поверхность Луны, как это было запланировано ранее. Но сейчас я должен довольно прямо сказать: Мы там уже были…

С тех пор периодически в новостях пробивались отзвуки горячих дискуссий на темы «Что колонизировать сначала: Луну или Марс?» (примеры: 1, 2, 3, 4) и «Сразу на Марс или через Луну (или через окололунную орбиту)” (примеры: 1, 2, 3, 4, 5). Действительно, путь пилотируемой экспедиции на Марс может осуществляться по-разному — лучше всего эти варианты выбора представленны на схеме ниже:

Для тех, кто внимательно следил за космическими новостями и этими дискуссиями, новость о возврате к Луне не стала громом с ясного неба — скорее, ожидаемая неизбежность: сработал здравый смысл перед лицом неподъемно тяжелой и опасной пилотируемой миссии на Марс.

Придуманных вариантов полета много, а выбрать сложно, так как пока не наработано и половины из технических решений для такой миссии. Есть корабль “Орион”, но пока летавший без людей и совсем недалеко. Есть проект сверхтяжелого ракетоносителя SLS и основные детали к нему, но полетит ли он, как задумано, в 2018 году? Есть идея об автоматическом буксире на ионных двигателях (так называемая концепция Solar Electric Propulsion) для доставки топлива и припасов к Марсу заранее. А вот про посадочные/взлетные ступени для Марса пока мало что объясняется, есть только неутешительные расчёты: чтобы с поверхности Марса улететь надо на Марс посадить минимум 90 тонный аппарат (либо 2-4 аппарата поменьше общим весом в 120-130 тонн для заправки или выработки части топлива на месте — стр. 27 из официального доклада для НАСА в апреле 2015). Где всё это отработать в деле, перед опасно долгим полетом на Марс, который не дает никакого права на ошибку?

Может в миссиях к астероидам или с транспортировкой астероида на орбиту у Луны?

Проект с астероидом

Так это и предлагалось в проекте НАСА под названием ARM (Asteroid Redirect Mission – Миссия по Перенаправлению Астероида), который с самого начала был связан с марсианской программой. Вначале проект ARM оценивался оптимистично всего в 2.5 млрд. долларов, но ближе к делу НАСА решила запросить на него 66,7 миллиарда долларов, за что палата Представителей и ополчилась на этот проект, предписав 10 июня заменить проект ARM на программы по высадке и работе на Луне.

Сначала в этом проекте ARM предлагалось следущее: сблизится, захватить (некими надувными конструкциями или мешком) и перенаправить (перетащить) с помощью автоматического буксира (с ионными двигателями) на окололунную орбиту целый маленький астероид диаметром около 10 метров.

Вот рекламный ролик первого варианта, в котором вопрос захвата астероида раскрыт плохо (или даже вообще не раскрыт):

Потом разработчики проекта несколько снизили амбиции: они предлагают буксиру выбрать, захватить с помощью механических рук и поднять с астерода булыжник подходящего размера (2-3 метра диаметром). Его и схватить легче и тащить можно быстрее. Заключительная часть проекта не изменилась: булыжник в объятиях автоматического буксира у Луны изучат космонавты, прилетев туда на корабле “Орион” всего на пару недель. Вот рекламный ролик второго варианта (где использованы кадры из первого ролика):

В нём все гладко и забавно, но на полет буксира к астероиду, потом обратно могут уйти долгие годы (в документе указано 671 + 1092 дня = около 5 лет) и в критические моменты этой части этого проекта многое может пойти не как задумано. На что тогда будут потрачены эти 66 с лишним миллиардов?

Для сравнения масштаба затрат: частная российская фирма Лин Индастриал предлагает проект постройки базы на Луне ориентировочной ценой в 12 миллиардов долларов (об этом тоже писали здесь) — примерно столько стоила бюджету РФ Олимпиада 2014 в Сочи плюс построенная к ней ж/д ветка Адлер – Красная Поляна с 4-мя вокзалами.

Сомнения о проекте ARM росли давно, но добила его язвительная критика от самого именитого специалиста по астероидам в США. Ричард Бинзел (Richard Binzel) написал и издал свою первую научную статью по астероидам в 15 лет! В 2014 году он прямолинейно обозвал проект ARM словами: „одноразовый цирковой трюк, отвлекающий нас от цели” — ведь вместо длительного пилотируемого полета к удаленному астероиду (что является тренировкой длительного полета к Марсу) проект ARM опирается на длительный полет автоматического буксира за астероидом, а пилотируемый полет получается коротким и ничего толком не тренирующим. В своем ироничном докладе с намеренно несерьезными картинками Ричард обвинил авторов проекта в создании красивых слайдов и анимаций (с трехпалым краном, как в известном всем игровом автомате, где нужно доставать игрушки из стеклянного куба), строительстве песчанных замков, вместо наработки работающих технических решений и реального движения даже к такой странной цели:

Насчет цели проекта Ричард Бинзел также намекнул, что вообще-то маленькие астероиды нужных размеров регулярно пролетают в околоземном пространстве, между Землей и Луной, раз в неделю, а один из них (даже больше по размерам) в 2013 году прилетел почти прямо в город Челябинск – стоит ли изучать за такие огромные деньги то, что само падает на наши головы?

После выступления такого специалиста, повторенного в научных и популярных журналах на проект обрушились и другие критики. Что они предлагают взамен? Ричард Бинзел взамен ARM предложил просто слетать к большому астероиду на “Орионе” (долгий перелет будет тренировкой полета к Марсу).

Операции автоматического буксира и пилотируемого “Ориона” вблизи и на поверхности нормального астероида действительно могут помочь в будущих высадках на спутниках Марса (Фобос и Деймос). Особенно если такие посадки нужны и четко запланированы до или в ходе пилотируемой миссии на Марс (что сам Ричард Бинзель тоже советует добавить в план полета к Марсу). Но с точки зрения отработки посадки на сам Марс активность вокруг астероида, и тем более вокруг доставки булыжника с него, бесполезна – это технологический тупик. Слишком уж большая разница между поверхностью Марса и поверхностью астероида, просто огромная разница между посадкой и взлетом с Марса и аналогичными операциями у астероида.

Вернемся к Луне?

Тут снова всплывает Луна, как единственный логичный полигон отработки техники для Марса, полигон опасный, суровый, но известный ещё с миссий “Аполлон” и всего в 3-4 днях полета от Земли. НАСА пока предлагала парковать автоматические буксиры с запасами и части пилотируемого комплекса на дальней ретроградной орбите Луны (DRO – Distant Retrograde Orbit или LDRO) перед отлетом к Марсу. Эта орбита вокруг Луны упоминается в программах НАСА о полете к Марсу с 2014 года. Якобы она очень удобна для группирования и переоборудования (staging/refurbishment) блоков в ожидании броска к Марсу, как это указано в двух набросках марсианской программы НАСА 2015: 1 и 2. Про базу на Луне раньше в НАСА и заикаться боялись, памятуя наказ Обамы “Мы там уже были!”. В апреле 2015 в официальном докладе НАСА, на схеме с ретроградной орбитой вокруг Луны, на самой Луне написали загадочные письмена “ROBOTIC LUNAR SURFACE” (Роботизированная Лунная Поверхность) – наверное, только посвященные в курсе что же это такое, и нарисовали что-то, робко названное “Resource Prospector” (Лунный геологоразведчик):

Да, ведь на Луне и добыть можно кое-что для снабжения миссии на Марс: минимум воду и кислород из грунта, т.е. воздух и топливо+окислитель. И потом уже забросить это с грунта Луны на ретроградную орбиту вокруг Луны для старта к Марсу. Но увы, для этого нужно немало вложить задолго до полета на Марс, так как без постройки какой-никакой базы на Луне тут не обойтись. Опять всплывает кардинальный вопрос: что нужно раньше – база на Луне или полет на Марс?

Невольно возникает и другой довод за постройку лунной базы — довод, который стыдятся озвучить открыто: это возможное сокращение бюджета НАСА в середине выполнения программы. Вот опять приходит новый президент/новое большинство в парламенте/новый кризис и сокращается бюджет НАСА. Что будет тогда с пилотируемой программой?

1) Если это дорогостоящий пилотируемый полет на Марс без лунной компоненты, то скорее всего его зарубят целиком или на первой стадии: будет только облет Марса и может высадка на одном из спутников Марса пары человек. И всё на этом: наработанные технические решения (от корабля “Орион” и до сверхтяжелого носителя SLS) пойдут в музеи, как это было после программы “Аполлон”. Останутся только рекорды, куча красивых кадров, кое-какие научные данные и воткнутый рядом с Марсом флаг.

2) А если это тоже дорогостоящий и более долгий пилотируемый полет на Марс с предварительной отработкой посадки/взлета и постройкой базы на Луне, добычей там топлива, других ресурсов, то скорее всего зарубят опять же самое дорогое и ещё не выполненное: полет на Марс, но хотя бы у НАСА (и всего человечества) останется рабочая база на Луне (которую можно и законсервировать лет на 10 – это не МКС на орбите, её снабжать не надо, она никуда не упадет), отработанные новые технологии посадки/взлета и переработки ресурсов Луны на месте. И будет уже невероятно глупо потерять эти наработки также бездумно, как это было в 70-ые, после лунной программы “Аполлон”, как это было с так и неполетевшей советской лунной ракетой Н1 и с толком неопробованным пилотами “Бураном» вместе с ракетой «Энергия».

А что у нас?

Чем это всё грозит Роскосмосу, который тоже непрерывно мечется в сомнениях по поводу дальнейших целей пилотируемой программы. Диапазон этих метаний широк: на Луну или на Марс? Марс при серьезном обсуждении можно отбросить, как чисто идеологические заявления (например, вот эти: 1 2) порой доходящие до совсем несерьезного уровня: российские макаки в качестве пионеров полета к Марсу (что вызывает протесты у людей, воспринимающих этот глупый PR всерьез).

Если Роскосмос собрался на Луну, то на чем: на старых «Союзах» или на мифических «Клиперах» или на чем-то новом, неведомом и дорогом, типа корабля «Федерация»? На каких ракетоносителях и сколько их запусков нужно (в некоторых планах требуется до 4 запусков «Ангары А5» для одного полета на Луну)? Просто облет вокруг Луны или только посадка с предварительной разведкой? Чисто для науки или ради постройки базы? Построить просто небольшую базу в самом ценном месте Луны или где-то ещё ради добычи Гелия-3 для будущей термоядерной энергетики (которую ещё никто не смог создать)?

Продлевать ли при этом программу на МКС или нет? Может забрать от МКС российские модули (специально доработанные) и утащить их в новую отдельную российскую станцию? Или строить свою орбитальную станцию с нуля? Или не совсем свою, а совместную с Китаем и с Индией? Или построить новую МКС после 2024 совместно с США?

Новые американские планы (если они наконец обретут четкость) ведут к сужению выбора для Роскосмоса: ведь если американцы собираются строить базу на Луне, то скорее всего они займут там самое ценное по ресурсам (освещенности и залежам воды в почве) место – гора/вал кратера Малаперт на южном полюсе Луны. Это уже не гонка за престиж и на рекорд как в 60-ые. Кто первый базу на Луне построит не так важно, важно, что навсегда там лучшее место займет! Тут же возникнут (и возникают уже!) вопросы о регистрации собственности на эту освоенную территорию и на ресурсы, добытые на ней. Этот вопрос уже поднимался в РФ на уровне Роскосмоса и РАН.

Повторение истории с «Союзом» для МКС?

Тот, кто первым построит действующую базу, будет обладать огромным опытом именно в освоении космических тел. Если американцы на Луне научаться строить, добывать, перерабатывать ресурсы и развиваться без риска и провалов, то и делится этим умением с кем-либо у них особого резона не будет.

Если и не втягиваться в новую лунную гонку по постройке первой внеземной базы на грунте, у Роскосмоса есть свой неожиданный, но в чем-то уже отработанный вариант подработки извозчиком для других: пока НАСА мучается, выбирая путь на Марс, склеивая существущие и перспективные технологии каждый раз по новому при изменении планов, стараясь сэкономить деньги, но разрушая при этом уже наработанное, надеясь сразу получить комплекс по доставке пилотируемых и грузовых кораблей на Луну и вывозу людей обратно, Роскосмос может взять тот же старый надежный «Союз» и, доделав его до лунного варианта с измененным разгонным блоком “Фрегат”, предложить НАСА как безотказный транспорт/спасательную шлюпку, используя для старта с Земли ракету “Ангара А5” (для которой сейчас пока нет применения) с разгонным блоком КВТК – вариант, предложенный фирмой Лин Индастриал. Нечто похожее уже было сделано в старой советской беспилотной программе “Зонд” (с помощью ракетоносителя “Протон”) и предлагалось за рубежом под именем Lunar Express ещё в 2004 году:

Только место в таком новом лунном «Союзе» будет стоить для НАСА уже не 70 миллионов долларов, а гораздо больше. Лучше быть на Луне хотя бы в роли извозчика, чем не быть вообще и ни в чем не участвовать. Опыт такой подработки извозом на МКС у Роскосмоса уже есть, да и для НАСА старый партнер будет иметь больше доверия. Кроме того, в России есть хоть немного проработанный ещё с 2010 года проект буксира на ядерном двигателе, что тоже огромный плюс для экономии горючего.

В целом можно сказать, что и у НАСА и Роскосмоса одинаковая проблема: обилие нечетких планов при общей нерешительности в выборе цели.