«Артемида»: как США хотят закрепиться на Луне

Статья была опубликована в журнале Naked Science №47.

Смена приоритетов 

«Хотите узнать лучше человека? Спросите его о высадке на Луну. Его ответ позволит сразу определить, стоит ли продолжать с ним общение, брать на работу или подписывать долговременный контракт», – писал известный российский популяризатор науки Виталий Егоров. И правда, почти никто из настоящих специалистов не отрицает, что США успешно высаживались на Луну шесть раз, привезли на Землю ценные образцы и показали всему миру возможности американской космической индустрии. 

С другой стороны, реализация высадки на Луну, как ни странно, поставила неудобные вопросы перед американскими властями. Что делать дальше? Куда двигаться? Какую новую цель для космонавтики выбрать завтра? И какая миссия должна сменить программу «Аполлон», в рамках которой люди и высадились на спутник Земли. Ответом стал в чем-то гениальный, а в чем-то провальный (из-за огромной цены запуска) Space Shuttle, который, впрочем, «отлетал» свое еще в 2011-м. Сейчас есть МКС – единственное место, куда летают американские, российские и европейские астронавты и космонавты. 

Однако уже в 2020-х станцию могут вывести из эксплуатации. Новой целью для полетов мог стать Марс – и этого жаждала прогрессивная общественность. Но она не учла одного факта: среднее расстояние до Луны составляет 384 403 километра. Между тем среднее расстояние от Земли до Марса – 225 миллионов километров. И это только вершина айсберга. Сложно сказать, во сколько может обойтись высадка человека на Марс: программа «Аполлон», например, по современным меркам стоила более 130 миллиардов долларов. 

Понимают это и в Вашингтоне. В 2010 программа «Созвездие», в рамках которой, в частности, хотели высадить человека на Марс, была официально свернута: добили ее экономический кризис 2008-го и финансовые проблемы США. Дональд Трамп во время предвыборной гонки тоже рвался покорять космос. Однако сторонникам высадки на Марс опять не повезло: в 2017 году новый президент подписал Директиву № 1, которая предполагает возвращение американцев на спутник Земли. Отныне все усилия пилотируемой космонавтики США направлены именно на Луну. О Красной планете пришлось забыть, не считая, конечно, амбициозной программы «Марс-2020», в рамках которой в 2020 году на Марс хотят отправить новый беспилотный планетоход. 

Основные этапы «Артемиды» 

Дальнейший ход событий несложно было спрогнозировать. Луна стала политическим вопросом, и республиканцам хотелось сделать ее символом своего величия, пока они у власти: если Трампа переизберут на второй срок, он как раз может застать полет астронавтов к спутнику. Сроки установили предельно сжатые. В марте этого года президент США поставил новому главе NASA Джиму Брайденстайну задачу организовать полет на Луну. И уже в мае Брайденстайн заявил о начале программы «Артемида». Кроме американских специалистов, участие в ней примут эксперты из Европы, Японии и Канады, однако «первой скрипкой», конечно, будет Космическое агентство США. 

Согласно ранее представленным данным, предстоящие этапы программы выглядят примерно так: 

• Artemis 1. В 2021-2022 годах хотят запустить беспилотную капсулу, которая пробудет на орбите вокруг Луны 25 дней. Затем она вернется на Землю. 
• Artemis 2. В рамках следующего этапа, запланированного на 2023 год, будет выполнен первый пилотируемый облет Луны. 
• Artemis 3. В 2024-м должна состояться высадка человека на Луну. 

Предполагаемое место высадки уже определили: им станет область рядом с Южным полюсом Луны. Первая пилотируемая лунная миссия пройдет при участии одного мужчины и одной женщины. Они пробудут на поверхности Луны шесть с половиной дней, что вдвое больше, чем во время самой продолжительной миссии, выполненной в рамках программы «Аполлон». 

На первом этапе запланированы до четырех выходов в открытый космос и выполнение ряда научных задач, в частности отбор проб водяного льда. Часть оборудования на момент высадки первых людей уже будет на поверхности. В их числе – ровер. Ранее сообщалось, что он получит бур и ряд научных инструментов для исследования Луны. 

Это, конечно, лишь начало: в противном случае программа «Артемида» мало чем отличалась бы от «Аполлона». Сейчас речь идет не столько о высадке, сколько о том, чтобы закрепиться на поверхности Луны на долгое время. Построить базу, проводить исследования и изучать естественный спутник на предмет наличия там полезных ископаемых. Работы на этот счет, в частности, ведут компании Colorado School of Mines и Honeybee Robotics. Они уже предложили свои способы использования водяного льда на поверхности Луны для добычи компонентов ракетного топлива. Эти технологии можно будет применить для того, чтобы обеспечить жизнь на поверхности спутника Земли на продолжительное время. 

Кстати, по прогнозам, лунная база может появиться после 2028 года: она будет рассчитана на 15-летний срок работы. То есть речь может идти об условной колонизации. Однако, конечно, мы вряд ли когда-то увидим лунные города или терраформирование спутника. Пока это лишь мечты. К тому же нужно понимать, что каждую из миссий «Артемиды» могут перенести на неопределенный срок. Это касается даже самых ранних этапов: о более поздних говорить не приходится. 

Какие же научные цели может преследовать программа «Артемида»? Подобно МКС, база на Луне дает почти неограниченный простор для фантазии: с ее помощью можно будет проводить исследования в самых разных областях. Кстати, ранее ученые из Network for Exploration and Space Science заявили, что хотят установить на обратной стороне Луны радиообсерваторию. В этом случае отсутствие ограничений, характерных для атмосферы Земли, позволит лучше изучить далекие астрономические объекты: планеты, туманности, черные дыры. То есть все, что представляет научный интерес. 

Некоторые считают, что финальным аккордом «Артемиды» могут стать долгожданный полет на Марс и создание там долговременной базы: этому должен поспособствовать полученный во время исследования Луны опыт. Однако нужно учесть, что полет на Красную планету можно будет осуществить лишь в рамках новой, более масштабной инициативы, которая потребует, как уже отмечалось выше, куда больше сил и средств. 

Технические средства 

Ракета. Программа «Созвездие» родилась и умерла не зря. Она подарила Штатам проекты, благодаря которым, в общем, и стало возможно говорить о полете на Луну. Миссии Artemis 1, Artemis 2 и Artemis 3 объединяет одна важная составляющая. В рамках них хотят использовать сверхтяжелую ракету-носитель Space Launch System от Boeing, которая технологически опирается на нереализованный проект сверхтяжелой ракеты Ares V. Именно она должна была стать одним из главных инструментов для реализации «Созвездия». 

Что же такое Space Launch System, или SLS? Если говорить просто, это самая мощная ракета из всех, которые есть сейчас и которые должны появиться в обозримом будущем. Напомним, на сегодня мощнейшей признана созданная компанией SpaceX сверхтяжелая Falcon Heavy. SLS будет еще мощнее: если детище Илона Маска способно вывести на низкую опорную орбиту (НОО) до 63 тонн, то Space Launch System сможет доставить на НОО от 95 до 131 тонны в зависимости от модификации. 

Внесем уточнение. Перспективная ракета и космический корабль от SpaceX под названием Big Falcon Rocket может иметь еще более внушительные показатели. Однако концепция Маска уже не раз претерпевала изменения, постепенно уменьшаясь в размерах. Важнее другое. Если у Space Launch System есть конкретные даты последующих запусков, то у Big Falcon Rocket – только планы и прототип. Но это вовсе не камень в огород SpaceX. Просто ракету SLS создают намного дольше, кроме того, она может похвастаться более четко сформулированными задачами. 

Чисто конструктивно Space Launch System – это двухступенчатый носитель, использующий проверенные технические решения: «модных» метановых двигателей на нем нет. На первой ступени установят четыре жидкостных ракетных двигателя RS-25D/E, на второй – двигатель RL-10B-2. Помимо этого, ракете поможет взлететь Solid Rocket Booster – твердотопливный ракетный ускоритель от Space Shuttle. Это, напомним, крупнейший и самый мощный ракетный двигатель из всех когда-либо созданных. Каждый Solid Rocket Booster имеет длину 45,5 метра, диаметр в 3,7 метра и стартовую массу 580 тонн, из которых около 499 тысяч килограммов составляет твердое топливо, а остальное приходится на саму конструкцию. Каждый ускоритель имеет стартовую тягу (на уровне моря) примерно 12,45 МН. 

Именно такого «монстра» будут использовать американцы для полетов к спутнику нашей планеты. И реальных альтернатив ему в мире пока нет, не считая вышеупомянутой BFR, а также гипотетических российских сверхтяжелых ракет «Дон» и «Енисей» и такого же гипотетического китайского носителя «Чанчжэн-9». Они могут появиться в конце следующего десятилетия, а могут – вообще никогда. 

Космический корабль. Если ракета-носитель SLS – косвенный наследник программы «Созвездие», то пилотируемый космический корабль Orion – самый что ни на есть прямой. Компания Lockheed Martin создает его еще с середины 2000-х, а первый беспилотный испытательный полет он выполнил в уже далеком 2014 году. 

Чисто концептуально корабль похож на два других многоразовых перспективных американских корабля – Crew Dragon и CST-100. Однако, в отличие от них, Orion создают именно для длительных экспедиций: к Международной космической станции он не будет летать. Стартовая масса корабля Orion составляет 25 тонн, размеры 3,3 на 5,3 метра. На борту в комфортных условиях могут находиться до шести членов экипажа. Внутренний объем корабля примерно в полтора раза больше, чем внутренний объем «Аполлона»: объем кабины нового аппарата – 9 м³. 

В целом есть все основания верить в успех проекта. Двадцатого июля вице-президент США Майк Пенс выступил с речью в Космическом центре Кеннеди и показал готовую капсулу для экипажа Orion, который хотят использовать в рамках миссии Artemis 1. И хотя конкретно эта миссия будет беспилотной, она позволит лучше понять и оценить риски, которые могут возникнуть перед астронавтами. 

Посадочный модуль. Чтобы представить себе будущий лунный модуль, можно вспомнить внешний вид спускаемого модуля «Аполлона». Рассмотрим вопрос более детально на примере модуля, предложенного осенью компанией Boeing. Согласно этой инициативе новый аппарат будет двухступенчатым, причем обе ступени будут использовать высококипящее топливо. Спускаемый модуль рассчитан на троих астронавтов: лунный модуль «Аполлона», напомним, вмещал двоих. 

Известно, что новый аппарат будет использовать некоторые технические решения, позаимствованные у космического корабля CST-100. Однако, по мнению экспертов, есть много условностей: все-таки корабль спроектирован не для Луны, а для МКС (как уже отмечалось выше). 

Основные компоненты посадочного модуля – «элемент перемещения» на низкую окололунную орбиту, «спускаемый элемент» для спуска на поверхность Луны, а также «подъемный элемент» для доставки астронавтов с поверхности спутника на так называемый «Лунный шлюз». 

«Лунный шлюз». Речь идет об орбитальной станции, известной как Lunar Orbital Platform-Gateway. Это окололунная станция, которую можно рассматривать в качестве будущей замены МКС. Она будет делать один оборот вокруг Луны приблизительно за семь дней. Gateway (сокращенное название) будет крупной – впрочем, существенно меньше МКС. 

Сейчас «Лунный шлюз» видят промежуточной точкой для астронавтов, которые будут высаживаться на Луну. Причем станцию хотят построить за относительно короткий срок: в 2022 году планируют запуск электродвигательного модуля РРЕ – первого для станции. А уже в 2023-м хотят запустить так называемый Minimal Habitation Module, или малый жилой модуль, который намерены использовать для реализации высадки на Луну в 2024 году. И это лишь начало: после реализации перечисленных миссий последуют запуски других модулей, в том числе от международных партнеров NASA. 

Скафандры. 15 октября 2019 года Космическое ведомство США показало новые скафандры, в которых астронавты будут исследовать космос в рамках миссии «Артемида». Один из скафандров будет применяться на борту космического корабля Orion, а второй – для высадки на спутник нашей планеты. Последний даст принципиально новые возможности. «Астронавтам не придется “прыгать по поверхности Луны”. Новые скафандры позволят “по-настоящему ходить”», – заявил глава NASA Джим Брайденстайн. Лунный скафандр (Exploration Extravehicular Mobility Unit, xEMU) может поддерживать работу на земном спутнике до восьми часов: еще час ресурса зарезервировали для нештатных ситуаций. Вес прототипа устройства составляет 90 килограммов без учета массы систем жизнеобеспечения. Примечательно, что астронавт должен буквально заходить в скафандр через дверь в задней части: такое решение ранее применяли советские инженеры. 

Другой представленный образец – полетный скафандр Orion Crew Survival System (OCSS) – имеет яркий оранжевый цвет: в основе его концепции – максимальная компактность, удобство и безопасность. В обычных условиях он не находится под давлением, но в случае опасности, например при разгерметизации, может создавать избыточное давление и повышать выживаемость членов экипажа. Скафандр частично защищает и от радиации. Астронавт может находиться в нем до шести дней. 

Участие России 

Для российской пилотируемой космонавтики Луна имеет самое важное значение. После предполагаемого вывода из эксплуатации МКС летать российским «Союзам» будет просто некуда, поэтому выбор невелик. С другой стороны, пока никакой конкретики по этому поводу нет. 

Ранее российский носитель тяжелого класса «Ангара А5» рассматривали в качестве средства для доставки грузов и людей на станцию Gateway – по крайней мере, наряду с американскими ракетами. 

Однако вскоре начались проблемы. В прошлом году стало известно, что США требуют от России построить шлюзовой модуль по западным техническим стандартам. По словам информированного источника, речь шла о всех системах электропитания, обеспечения терморегуляции модуля и жизнедеятельности внутри него, а также об интерфейсах. Кроме того, американцы предложили использовать их скафандры вместо российских. «Нас пока держат в проекте, но с большим удовольствием избавились бы», – заявил тогда же источник из российской ракетно-космической индустрии. 

Однако деваться некуда. Реализовать собственную программу полетов на Луну у России, скорее всего, не получится: для этого нет ни средств, ни технологий, ни политической воли. А значит, «Роскосмосу» стоит попытать счастья с западными партнерами. В противном случае Москве придется вовсе отказаться от пилотируемой космонавтики.