Американское аэрокосмическое агентство NASA рассматривает в качестве альтернативы собственной сверхтяжелой ракете-носителю SLS, разработка которой ведется как минимум последнее десятилетие, идею использования коммерческого носителя для запуска очень важной для агентства миссии по отправке космического аппарата «Орион» вокруг Луны в следующем году. Принятое решение может стать не только судьбоносным для обозначенной миссии, но и в целом способно оказать серьезное влияние на то, как будут проводиться амбициозные космические миссии в дальний космос в будущем, считает интернет-издание The Verge.

Стимулом для агентства «держать нос» в сторону коммерческой направленности может быть желание выполнить данное им обещание по графику запланированных запусков, считает издание. Завершение разработки сверхтяжелой Космической системы запуска (Space Launch System, SLS) займет у агентства гораздо больше времени, чем ожидалось, и носитель не успеют подготовить к на данный момент запланированному на июнь 2020 года запуску. В то же время на рынке уже имеются готовые коммерческие решения, готовые хоть сейчас лететь на Луну.

Для NASA изменение в планах в любом случае окажется трудным выбором. Ведь агентству будет необходимо выбрать не одну, а две ракеты-носителя, чтобы в таком случае миссию вообще можно было бы воплотить в реальность. Кроме того, потребуется разработать новые технологии и методы стыковки определенных космических аппаратов без которых эту идею можно будет выбросить прямо в мусорное ведро.

Другими словами, процесс потребует очень много времени и усилий, и при этом никаких гарантий на то, что все будет подготовлено к следующему году никто дать не сможет. Однако, если агентство все же решится на такой шаг, то своими действиями оно сможет продемонстрировать отсутствие необходимости в использовании сверхдорогих и сверхбольших ракет для успешного осуществления амбициозных космических миссий в дальний космос – проще будет положиться на более компактные носители, выполняя по несколько запусков за раз.

Космический буксиры

Согласно текущим планам предстоящей миссии, NASA хочет в следующем году отправить в трехнедельное путешествие вокруг Луны два космических аппарата: пустой корабль «Орион» (в будущем будет использоваться в качестве пилотируемого корабля), а также цилиндрический модуль European Service Module с системами питания и жизнеобеспечения для корабля. Для преодоления силы притяжения, вывода обоих аппаратов на околоземную орбиту и отправки их к Луне потребуется очень много ракетного топлива. Однако мощности SLS хватит для того, чтобы отправить оба модуля в точку назначения в рамках одного запуска.

Если же NASA решит использовать для доставки аппаратов к Луне «коммерческий подход», то придется задействовать два коммерческих носителя, поскольку достаточно мощной частной ракеты, способной справиться с этой задачей за один за пуск — попросту нет. В настоящий момент самыми мощными американскими коммерческими ракетами являются Falcon Heavy от компании SpaceX и Delta IV Heavy от United Launch Alliance. Оба носителя безусловно впечатляют, однако даже они не идут в сравнение с теми возможностями, которыми будет обладать SLS, когда ее наконец дособерут.

В этом случае один носитель будет использоваться для вывода космического аппарата «Орион» и модуля European Service Module на околоземную орбиту, где они задержаться на некоторое время. Вторая ракета-носитель будет использоваться для доставки к «Ориону» и сервисному модулю космического буксира. Оказавшись на орбите, этот буксир, оснащенный своими запасами топлива и двигателями, произведет стыковку с «Орионом» и, запустив двигатели, потянет оба аппарата в сторону Луны.

«Это аналогично сельскохозяйственной технике, тянущей за собой прицеп или специальное оборудование. Только в этом случае речь идет об отдельном модуле, являющимся двигательной установкой», — прокомментировал The Verge Даллас Бьенхофф, глава частной космической компании Cislunar Space Development Company, занимающейся разработкой технологий для миссий в дальний космос.

Подобная концепция космического буксира была разработана еще в прошлом веке. Например, NASA начала изучать эту идею еще в 60-70-х годах в качестве «перспективного метода ускорения других космических аппаратов». Его использование может изменить подход к пилотируемым космическим миссиям, который до этого не менялся в течение многих десятилетий.

«Одна из причин, которая в конечном итоге привела США к разработке Space Launch System заключается в том, что мы привыкли к тому, чтобы в рамках одного запуска выводилась максимально возможная полезная нагрузка», — добавляет Бьенхофф, который также работал над технологиями космических буксиров в компании Boeing.

Однако такой подход существенно усложняет запуск. Земная гравитация очень сильна. Поэтому для вывода очень тяжелого оборудования в космос требуется очень много энергии (читай – очень много ракетного топлива). А запуск большого количества топлива требует использования большой ракеты. И чем больше сама ракета, тем больше топлива требуется для вывода полезной нагрузки на околоземную орбиту. Это настоящий замкнутый круг.

Художественное представление будущей ракеты-носителя SLS

Поскольку ракеты становятся все больше и больше, все дороже становится их производство и запуск. И это как раз одна из основных проблем новой ракеты SLS. Лишь на одну ее разработку в течение последнего десятилетия NASA потратило более 14 миллиардов долларов. При этом носитель до сих пор не готов. Как только это случится, то ожидается, что агентство сможет запускать ее не чаще двух раз в год, поскольку стоимость каждого запуска будет составлять около 1 миллиарда долларов. Для сравнения запуск частного носителя тяжелого класса Delta IV Heavy обходится примерно в 350 миллионов, а стоимость запуска того же Falcon Heavy начинается с суммы ниже 100 миллионов долларов. Даже если запускать оба носителя вместе, все равно стоимость даже близко не будет находиться рядом с ценой запуска SLS.

В этом плане использование космических буксиров также позволит NASA сэкономить немалые деньги в будущем. Например, если агентство все-таки решит использовать буксир для доставки космических аппаратов к Луне, то затем его можно будет вернуть обратно на околоземную орбиту и просто там оставить. Когда он потребуется снова – просто дозаправить и использовать повторно.

Сборка в космосе

Конечно же, чтобы такой подход сработал, NASA необходимо разработать новую систему стыковки с такими буксирами. Глава агентства Джим Брайденстайн на слушаниях в Сенате рассказал о том, что в текущем виде капсула «Орион» не обладает техническими возможностями стыковки с космическими буксирами, «поэтому в период с настоящего момента и до июня 2020 года NASA потребуется разработать стыковочную систему, обладающую такой возможностью».

И все-таки технологии, которые будут необходимы для реализации такой системы – не новы. Например, российские космические аппараты «Союз», который доставляют новые экипажи на МКС, уже долгое время используют автоматическую систему стыковки. В рамках первого тестового запуска космического аппарата Crew Dragon компания SpaceX также продемонстрировала возможность стыковки со станцией в автоматическом режиме, используя систему датчиков и лазеров для безопасного сближения со стыковочным шлюзом МКС.

«Система LIDAR и технология машинного зрения, которые задействовались кораблем Crew Dragon для автоматической стыковки с МКС – это те технологии и оборудование, которые могут собираться и устанавливаться на космические аппараты непосредственно уже в космосе», — считает Эндрю Раш, глава компании Made In Space, разработавшей 3D-принтер для печати в условиях микрогравитации, проверка которого проводилась на борту МКС.

Первая стыковка космического корабля Crew Dragon компании SpaceX с МКС, проводившаяся 4 марта 2019 года

Есть еще один вариант, который упростит задачу по выводу тяжелых космических аппаратов на орбиту. По крайней мере в будущей перспективе. Вопрос необходимости использования больших ракет могла бы решить сборка оборудования по частям непосредственно в космосе. Вместо того, чтобы отправлять какое-то громоздкое оборудование в рамках одного запуска, легче было бы произвести несколько космических запусков ракет меньшей грузоподъемности (и стоимости) с несколькими полезными нагрузками, а затем собрать все воедино уже на орбите. Такой же подход (по крайней мере частично) можно было бы использовать и при сборке космических кораблей. К тому же, NASA уже успело столкнуться с проблемами сборки очень габаритных космических аппаратов и их расположением внутри ракеты. Взять хотя бы ту же космическую обсерваторию нового поколения «Джемс Уэбб», которая не совсем помещается в ракету-носитель, которая должна будет доставить ее в космос. Аппарат получился настолько большим и сложным, что его придется запускать внутри РН в сложенном виде, а затем в космосе в течение двух недель развертывать. И если что-то пойдет не так, телескоп вообще может не заработать, положив конец проекту стоимостью почти 10 миллиардов долларов, который по сути даже и не успеет начаться.

При возможности производить сборку космических аппаратов непосредственно в космосе, а также использовать технологий аддитивного производства, отпадет необходимость в изначальной сборке аппаратов на Земле.

«Распределив нагрузку на несколько запусков, а затем используя технологии космического производства и сборки, мы действительно могли бы создавать космические аппараты более выгодным с экономической точки зрения образом», — считает Раш.

Риски и сложности

Все эти изменения безусловно потребуют своей цены. И не только в финансовом плане. Автоматическая стыковка и сборка в космосе, по словам Брайденстайна, пока несут за собой слишком большие риски для NASA.

«Использование особой системы стыковки пилотируемых космических аппаратов на орбите с перспективой дальнейшего движения к Луне добавляет нежелательные сложность и риски будущей миссии», — написал глава агентства в открытом обращении к сотрудникам NASA.

Кроме того, запуск оборудования по частям и его дальнейшая сборка в космосе лишь для одной миссии подразумевает множественные запуски ракет, с чем могут быть не согласны некоторые ответственные за эти миссии государственные чины. По мнению некоторых экспертов и чиновников, множественные запуски повышают риски полного провала миссии – если один из запусков окажется неудачным, под угрозой окажется вся миссия целиком.

Использование коммерческих ракет-носителей также не обязательно решит все проблемы. В настоящий момент инженеры проводят проверку космического аппарата «Орион», используя компьютерные симуляции с учетом текущей конструкции ракеты-носителя SLS. Для смены вектора в сторону коммерческих ракет-носителей им придется отложить эту работу и начать проводить новые симуляции с учетом новых коммерческих РН. Кроме того, это полностью изменит циклограмму полета, что в свою очередь потребует дополнительного времени для подготовки. Сделать все это за год и успеть к запланированному запуску — невыполнимая задача.

«При изменении плана полета, что будет неизбежно при учете того, что все коммерческие носители не идут в сравнение с SLS, практически вся работа, которая была проведена до этого, станет бесполезной. В таком случае ни о каком запуске «Ориона» в июне 2020 года и речи быть не может», — прокомментировал The Verge анонимно один из сотрудников компании Lockheed Martin, работающий над космическим кораблем «Орион».

Обсудить статью можно в нашем Telegram-чате.