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.
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.
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.
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.
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.
Данный полет должен продемонстрировать готовность ракеты SLS и корабля Orion к выполнению уже пилотируемой миссии.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.