Как стать селенитом. Проекты колонизации Луны

NASA / Bill Anders

Закрытое «Созвездие»

В феврале 2003 года, возвращаясь с очередной орбитальной миссии, погиб американский шаттл «Колумбия» с семью членами экипажа. Трагедия заставила правительство США приостановить пилотируемые полёты и задуматься над тем, чтобы изменить стратегию космической экспансии.

14 января 2004 года президент Буш-младший выступил в штаб-квартире NASA с программной речью. Он поставил цель: к 2008 году создать новый космический корабль, который будет летать на орбиту и к Луне, к 2014-му — высадиться на поверхность спутника, а к 2020-му — построить там постоянно действующую научно-исследовательскую базу. Чтобы реализовать такой амбициозный план, администрация президента попросила Конгресс увеличить финансирование космических разработок на миллиард долларов в год.

Арес-5» (слева) и «Арес-1» (справа) — ракеты-носители программы «Созвездие» / NASA

Программу назвали «Созвездие» (Constellation). Чтобы сэкономить время и деньги, специалисты NASA собирались максимально задействовать уже существующие технические решения. На основе стартовых ускорителей системы «Спейс Шаттл» и двигателей старой ракеты «Сатурн-5» они разработали два новых носителя: тяжёлый «Арес-1» грузоподъёмностью 25 тонн и сверхтяжёлый «Арес-5» грузоподъёмностью до 188 тонн.

К Луне хотели отправить пилотируемый исследовательский корабль «Орион». Для проекта разработали двухпусковую схему. Сначала должен был стартовать «Арес-5» с лунным посадочным модулем «Альтаир» и разгонным блоком EDS (Earth Departure Stage), обеспечивающим достижение второй космической скорости. Потом, в случае успеха, в течение месяца запустился бы «Арес-1» с кораблём «Орион» и его экипажем. После стыковки частей корабля разгонный блок вывел бы его к Луне.

Важно понимать, что новый корабль мог совершить мягкую посадку на любом интересном участке Луны, а вот технические параметры кораблей «Аполлон» позволяли прилуниться лишь в экваториальных районах. И ещё одна примечательная деталь: по словам конструкторов, при проектировании корабля и ракет-носителей они ориентировались на требования к транспорту для будущей экспедиции на Марс. Сценарий полёта на Луну составляли по промежуточным результатам марсианской программы. Именно поэтому главные двигатели «Ориона» и подъёмной ступени лунного модуля «Альтаир» должны были работать на жидком метане. В ракетостроении использовать для топлива метан не принято, однако в то время разрабатывались проекты по синтезу метана из атмосферы Марса — этим и был продиктован выбор.

Космический корабль «Орион» приближается к Международной космической станции / NASA

NASA планировало, что на следующий год после окончания программы «Спейс Шаттл», в 2011-м, уже удастся провести первый пробный пуск ракеты «Арес-1», а затем, к концу 2016 года, после серии беспилотных полётов «Ориона» отправить к МКС целый экипаж и четыре грузовых корабля. На 2018 год наметили первый старт «Ареса-5» — он бы доставил на орбиту разгонный блок и корабль «Орион» без экипажа. Во второй раз планировали использовать обе ракеты, «Арес-1» и «Арес-5». Во время этой миссии специалисты хотели отработать стыковку «Ориона» с модулем «Альтаир» на околоземной орбите. Третий пуск должен был стать «зачётным» — с ним собирались совершить посадку беспилотного модуля на поверхность Луны.

Первая пилотируемая экспедиция должна была состояться в декабре 2019 года. Планировалось, что астронавты проведут на поверхности спутника не больше недели, а потом с помощью подъёмной ступени лунного модуля «Альтаир» вернутся на орбиту, где их будет ждать «Орион». Корабль должен был приземлиться на сушу в западной части США с помощью парашютной системы и надувных амортизаторов, расположенных под одноразовым теплозащитным щитом. Продолжительность полётов собирались постоянно увеличивать. NASA предполагало, что когда-нибудь экипажи смогут работать на Луне до полугода, после чего будут заменяться, как сейчас на МКС.

Космический корабль «Орион» на окололунной орбите / NASA

В столь продолжительных экспедициях важно было рассчитывать на местные ресурсы. Поэтому для будущей базы выбрали вал кратера Шеклтон, расположенного неподалёку от южного полюса Луны. Там обнаружена так называемая холодная ловушка — место, куда никогда не проникают солнечные лучи, и там же находится лунное «озеро» — глыба водного льда, образовавшаяся в результате падения кометы. Добываемую воду можно было бы использовать в системе жизнеобеспечения и для производства водородно-кислородного топлива.

Пилотируемый лунный модуль «Альтаир» на поверхности Луны / NASA

Специалисты NASA даже разработали план строительства базы — его представили в декабре 2006 года. В 2019-м в районе будущей базы должен был сесть беспилотный вариант модуля «Альтаир», несущий на себе энергоустановку с солнечными батареями и планетоход с длительным сроком эксплуатации. Первый корабль с экипажем доставил бы герметичный модуль базы — цилиндрическую «бочку», которая стала бы домом для следующих астронавтов. Очень важным был третий полёт, намеченный на июнь 2020 года, — к базе бы прибавились две мобильные энергоустановки, второй планетоход и колёсный кран. Кран хотели использовать при четвёртом полёте, когда на Луну прибудет второй герметичный модуль. Обе «бочки» собирались снять с посадочных аппаратов и состыковать друг с другом. База с замкнутым циклом жизнеобеспечения позволяла бы смене из четырёх астронавтов работать на Луне в течение 180 суток.

Космический корабль «Орион» с модулем лунной базы приближается к Луне / NASA

Стоимость одиннадцатилетней программы оценивали в 230 миллиардов долларов. В сравнении со стоимостью первых восьми лет программы «Сатурн-Аполлон», переведённой в современные цены, «Созвездие» получалось в два раза дешевле.

Лунная база на валу кратера Шеклтон / NASA

Наверное, в другое время Соединённые Штаты вполне потянули бы такие расходы, но в 2007 году грянул мировой экономический кризис. Правительство США пересмотрело финансовую политику страны и начало лихорадочно искать возможности сократить бюджетные расходы. Президенту Бараку Обаме, заступившему на пост главы государства в январе 2009-го, пришлось взять на себя роль кризис-менеджера, и, разумеется, он обратил внимание на запросы NASA. По его поручению комиссия независимых экспертов во главе с бывшим директором компании Lockheed Martin Норманом Огустином проанализировала программу «Созвездие» и пришла к выводу, что без увеличения финансирования космические планы Буша-младшего реализовать не выйдет.

В том же году состоялся первый испытательный запуск ракеты «Арес I-X» в упрощённой модификации. Инженеры хотели проверить, можно ли вообще использовать твердотопливные ускорители системы «Спейс Шаттл» в качестве отдельного носителя. Старт 28 октября 2009 года и шестиминутный суборбитальный полёт прошли успешно, однако после разделения ступеней не раскрылись спасательные парашюты — первая ступень врезалась в воду и получила повреждения. И на это ушло целых 400 миллионов долларов! Под впечатлением от такой демонстрации Барак Обама принял решение закрыть всю программу «Созвездие».

Испытательный запуск ракеты «Арес I-X» 28 октября 2009 года / NASA

План «Артемида»

Впрочем, в Конгрессе нашлись ярые защитники «Созвездия», и Обаме пришлось выдержать настоящий бой с оппонентами. В итоге президент пошёл на уступки.

Финансирование NASA было всё-таки увеличено. Уцелел проект корабля «Орион» — он стал многоцелевым. Ракету «Арес-1» заменили ракетой «Дельта-4», а вместо развития «Ареса-5» инженерам предложили заняться разработкой перспективного сверхтяжёлого носителя SLS (Space Launch System) грузоподъёмностью до 130 тонн.

Беспилотный испытательный вариант корабля «Орион», готовый к миссии EFT-1 / NASA

Запуск беспилотного варианта корабля «Орион» / NASA

Первый испытательный полёт корабля «Орион» (Exploration Flight Test 1, EFT-1) состоялся, хотя и со значительным сдвигом сроков. 5 декабря 2014 года ракета вывела на высокоэллиптическую орбиту тестовую версию, состоявшую из рабочего модуля экипажа и макетного служебного отсека. Задача состояла не только в испытании основных систем корабля, но и в том, чтобы замерить уровень радиации в отсеках (благо корабль в полёте пересекал внутренний радиационный пояс Земли). Это было нужно для разработки рекомендаций по защите экипажей в ходе длительных межпланетных перелётов. После второго витка модуль экипажа вошёл в атмосферу на скорости 8,89 км/с и успешно приводнился.

Успешное приводнение беспилотного варианта корабля «Орион» / NASA

Специалисты NASA заявили, что успех первого полёта позволит создать полноценный вариант корабля. Его запуск на ракете SLS запланировали на 2018 год, а в 2021-м должен был состояться первый пилотируемый полёт. Как мы видим сегодня, NASA не выполнило обещания; при этом на создание «Ориона» и сопутствующей инфраструктуры уже потрачено 18,6 миллиарда долларов.

Космический корабль «Орион» с европейским сервисным модулем на орбите / NASA

Запуск сверхтяжёлой ракеты-носителя SLS / NASA

Решать накопившиеся проблемы пришлось президенту Дональду Трампу. 11 декабря 2017 года, после продолжительных консультаций, он подписал директиву по космической политике, официально изменяющую долгосрочные цели американской пилотируемой космической программы. В ней отменено положение, согласно которому главной целью был Марс. Теперь Соединённые Штаты намерены в обозримом будущем как можно скорее вернуться на Луну и надолго там обосноваться, создав предпосылки для расширения космической экспансии. Интересно, что на церемонии подписания директивы среди прочих гостей присутствовали ветераны программы «Аполлон» — Базз Олдрин и Харрисон Шмитт.

Обновлённая программа вскоре получила красивое название «Артемида». Она объединила в себе все существующие разработки в области освоения Луны. Её первый большой этап — строительство обитаемой станции Gateway (Lunar Orbital Platform-Gateway) на окололунной орбите.

Разумеется, перед началом сборки станции специалисты NASA всё-таки испытают и ракету SLS, и корабль «Орион». Миссия «Артемида-1» — облёт Луны беспилотным кораблём — стартует не раньше апреля 2021 года. Если всё пройдёт без аварий, то через год-полтора состоится пилотируемый полёт «Ориона» в миссии «Артемида-2». Экипаж из четырёх астронавтов проведёт в космосе 21 день и совершит несколько манёвров вблизи Луны.

Презентация новых скафандров для полётов к Луне и высадки на её поверхность / NASA / Joel Kowsky

На 2024 год назначен старт миссии «Артемида-3». К тому времени к Луне планируется отправить как минимум два блока станции Gateway: электродвигательный (Power and Propulsion Element, PPE) и малый жилой (Habitation and Logistics Outpost, HALO), в котором экипаж из четырёх человек сможет жить на протяжении 30 суток. Корабль «Орион» пристыкуется к станции, после чего двое членов экипажа поселятся на ней, а двое перейдут в лунный модуль и совершат посадку в районе южного полюса Луны. Предполагается, что среди них будет женщина — первая астронавтка, которая ступит на поверхность нашего спутника. Астронавты пробудут там неделю, изучая местность и собирая образцы.

Новый вариант лунного модуля, разрабатываемый в рамках программы «Артемида» / NASA / Moon to Mars

Старт подъёмной ступени лунного модуля после завершения работ на поверхности Луны / NASA

После успешной высадки строительство окололунной станции и базы на поверхности продолжится. Для этого до 2028 года NASA запустит ещё несколько сверхтяжёлых ракет SLS и больше десятка других ракет-носителей. На Луну высадится четыре экипажа, а на орбитальной станции будет организовано постоянное дежурство астронавтов.

Дальнейшие планы пока туманны, и руководство NASA не конкретизирует их, поскольку не уверено, что удастся уложиться в те контрольные сроки, которые определены сегодня. Нужно как минимум дождаться первого полёта корабля «Орион» к Луне.

Первый блок орбитальной станции Gateway с пристыкованным грузовым модулем на окололунной орбите / NASA

Лунные миллиардеры

Запуск пассажирского космического корабля Starship ракетой-носителем Super Heavy / SpaceX

Изменение приоритетов в космической стратегии США повлияло и на планы частных космических компаний, тем более что NASA собирается активно привлекать их к реализации программы «Артемида».

В сентябре 2018 года Илон Маск, большой поклонник идеи колонизировать Марс, объявил о первом контракте с космическим туристом. Юсаку Маэдзава — предприниматель-миллиардер, коллекционер и любитель искусства — вместе с группой художников и музыкантов собирается облететь Луну на корабле, разработанном SpaceX. Сумму сделки держат в тайне, но Маэдзава признал, что она достаточно велика, чтобы существенно повлиять на темпы строительства.

Разделение корабля Starship и носителя Super Heavy / SpaceX

Система, которая будет летать к Луне, состоит из двух частей: ракеты-бустера Super Heavy и пассажирского корабля Starship, оснащённого двигателями Raptor — они работают на кислороде и метане. Её проектируют так, чтобы обе части могли вернуться на Землю и использоваться многократно. В источниках всю систему называют Starship (раньше её называли BFS — Big Falcon Spaceship).

Маск сообщил, что первые суборбитальные полёты корабля начнутся в 2020 году, орбитальные — не позднее 2022-го, а полёт туриста-миллиардера к Луне состоится в 2023 году. Однако до этого SpaceX предстоит не только построить сам корабль, но и освоить пилотируемые полёты на орбите.

Компания уже продемонстрировала первые наработки — аппарат Starhopper, снабжённый посадочными опорами и одним двигателем Raptor. 25 июля и 27 августа 2019 года его успешно протестировали на новом космодроме компании в Бока-Чика (Техас); во время второго полёта он достиг высоты в 150 метров.

Концерт на пассажирском космическом корабле Starship / SpaceX

В сентябре 2019 года SpaceX представила полноразмерный прототип Starship Mk1, который должен подниматься на высоту 200 метров и затем совершать мягкую посадку. Впрочем, до запуска дело не дошло: 20 ноября, во время испытаний на максимальное заполнение кислородного бака, у Mk1 сорвало верхнюю часть, что привело к полному разрушению конструкции. Компания приняла решение оставить разработку Mk1 и создававшегося параллельно Mk2 и сосредоточиться на подготовке к полёту улучшенного прототипа под кодовым названием SN. Последняя версия прототипа SN15 успешно взлетела на высоту 10 км в мае этого года. Полёт Starship SN20 и ракеты Super Heavy B4 на высоту 250 км планируется осенью 2021 года. А в апреле 2021-го NASA заключило контракт с SpaceX на разработку лунного модуля на сумму почти 3 млрд долларов.

* * *

Новое наступление на Луну началось. Не стоит ожидать, что всё пройдёт гладко, — наверняка будут и проблемы, и аварии, и срывы сроков. Главное, что люди пробуют покинуть «гравитационный колодец» Земли и наконец-то закрепиться в соседнем мире. Луна станет не только полигоном для испытания межпланетных технологий, но и первым форпостом в галактической истории человечества.