Возвращение к Луне. Всё, что нужно знать о миссии Artemis II

28 марта 12:00

7566

10 минут на чтение

В апреле NASA собирается отправить людей к Луне в рамках миссии Artemis II. Пока речь не идёт о посадке на поверхность, но всё равно это знаковое событие — в последний раз Homo sapiens покидали окрестности околоземной орбиты в декабре 1972 года. На секундочку, 54 года назад!

Самое время рассказать о предыстории Artemis II, плане её полета и намерениях NASA.

Чемодан без ручки

Orion на лунной орбите в представлении художника

NASA

У Artemis весьма сложная и запутанная история — её корни уходят ещё в 2000-е. Тогда, после катастрофы шаттла Columbia, появилась программа Constellation. Было сказано, что её цель — возвращение людей на Луну не позднее 2020 года и последующие полёты на Марс.

Как часто бывает с американскими космическими программами, Constellation не пережила смену президента — администрация Барака Обамы объявила о её закрытии. Программу убили перерасход средств и последствия мирового финансового кризиса.

До завершения полёта шаттлов оставалось всего два года. Возник вопрос: а что дальше? Какова теперь долгосрочная цель NASA? Для многих отмена Constellation выглядела как отказ США от космических амбиций и чуть ли не закрытие пилотируемой программы.

Чтобы задобрить критиков, агентство объявило о новом проекте — по изучению астероида, «отбуксированного» на орбиту вокруг Луны. Для этого планировалось использовать корабль Orion, который разрабатывали как раз в рамках Constellation. Проблема в том, что ни одна из имевшихся тогда ракет не могла отправить его за пределы околоземной орбиты.

SLS по пути к месту старта

Kim Shiflett

Так появился проект сверхтяжёлой ракеты SLS. Чтобы уменьшить расходы, в её конструкции использовали элементы программы Space Shuttle — например, на первой ступени установили двигатели RS-25, которые в прошлом применяли на челноках. А боковые ускорители были модифицированными версиями ускорителей шаттлов.

В 2011 году NASA одобрило проект SLS и получило финансирование от Конгресса. Предполагалось, что первый запуск состоится в 2017 году, но в реальности всё оказалось куда сложнее. Строительство изрядно затянулось из-за так называемых контрактов «cost plus award fee». Это означало, что NASA полностью оплачивало подрядчику (в случае с SLS — главным образом Boeing) все перерасходы по проекту. Несложно догадаться, что такой подход не способствовал соблюдению дедлайнов, не говоря уже о стремлении сэкономить.

Тем временем в США вновь сменился президент. В 2017 году администрация Трампа закрыла проект астероидной миссии, заменив его программой Artemis. Её целью было вернуть людей на Луну и создать там постоянную базу. Первую высадку запланировали на 2024 год.

Вывод ракеты «Артемида-II» из здания вертикальной сборки

NASA

Правда, возникла пара «небольших» проблем. Во-первых, доля NASA в федеральных расходах стала несопоставима с тем, сколько тратили на космос в 1960-х. Во-вторых, SLS оказалась провальным проектом и быстро превратилась в чемодан без ручки. Только за первое десятилетие разработки в неё вложили почти 24 миллиарда долларов — а ракета даже ни разу не взлетела. Что ещё хуже, за это время в космонавтике произошла революция многоразовости. SLS стала похожа на динозавра — огромного, дорогого и неэффективного. Но в проект вложили слишком много денег, чтобы просто так его закрыть.

К 2022 году первый экземпляр SLS всё же удалось довести до запуска. Он состоялся в ноябре: миссию назвали Artemis I. SLS запустила беспилотный корабль Orion: он вышел на орбиту вокруг Луны, провёл там несколько недель и вернулся на Землю.

В целом запуск прошёл успешно и открыл дорогу первой пилотируемой миссии Artemis II. Она тоже носит испытательный характер: NASA хочет проверить, как Orion поведёт себя с людьми на борту, а также подтвердить надёжность SLS.

Правда, успешный запуск Artemis I не ускорил подготовку следующей ракеты. Потребовалось почти три с половиной года, чтобы она наконец прошла все предполётные тесты и её установили на стартовую площадку.

Техника Artemis II

Artemis II в январе 2026 года

NASA

Высота ракеты SLS в нынешней конфигурации — 98 м, масса (в заправленном состоянии) — 2610 т. Многие из её компонентов — наследие программы Space Shuttle. Боковые ускорители SLS состоят из пяти сегментов (ускорители шаттлов состояли из четырёх). Первая ступень по структуре и виду схожа с внешним топливным баком челнока. Она использует жидкий водород в качестве горючего и жидкий кислород как окислитель. На SLS установлено четыре двигателя RS-25 (на шаттлах было три). А верхняя ступень — модифицированная версия верхней ступени ракет семейства Delta.

SLS способна вывести на низкую орбиту до 95 т груза и около 27 т — на траекторию полёта к Луне. Пока что это последняя ракета, принадлежащая NASA, а не какой-нибудь компании или пусковому оператору.

Корабль Orion состоит из капсулы экипажа и служебного модуля. Капсула оснащена теплозащитой. Она рассчитана на четырёх астронавтов и 21 день свободного полёта без стыковки с другими кораблями или станциями. Масса капсулы — 10,4 т, объём обитаемого пространства — 9 м³.

Модуль Orion

NASA

Служебный модуль Orion создан на базе европейского грузового корабля ATV — в прошлом его использовали для снабжения МКС. В нём находятся двигатели, запасы воздуха и воды, а также аккумуляторные батареи и солнечные панели. Длина модуля — 4 м, диаметр — 4,1 м (19 м с учётом раскрываемых панелей солнечных батарей), масса в заправленном состоянии — около 15 т, причём девять из них приходится на топливо для бортовых двигателей.

Корабль оснащён системой аварийного спасения — твердотопливной ракетой, установленной на головном обтекателе. При аварии она должна «выдернуть» корабль с астронавтами и увести на безопасное расстояние. При запуске Artemis II спасательную ракету отстрелят на четвёртой минуте полёта, когда Orion пройдёт отметку в 87 км.

Экипаж Artemis II

Команда Artemis II. По часовой стрелке: Кристина Кох, Виктор Гловер, Джереми Хансен, Грег Уайсмен

NASA

Кто же отправится к Луне? Экипаж Artemis II состоит из четверых астронавтов: троих из NASA и одного из Канадского космического агентства (CSA).

Командир миссии — 51-летний Грегори Уайсмен. После университета он стал пилотом морской авиации. Участвовал в войне в Ираке, затем прошёл обучение в школе пилотов-испытателей и стал начальником службы 103-й истребительно-штурмовой эскадрильи. Как и многие американские военные лётчики, Уайсмен подал заявление в NASA и в 2009 году стал участником 20-го набора астронавтов. В 2014 году он полетел на МКС на корабле «Союз ТМА-13М». Его командировка продлилась полгода, за это время Уайсмен дважды выходил в открытый космос.

Пилотированием Orion займётся 49-летний Виктор Гловер. Как и Уайсмен, он был морским лётчиком. На его счету более 3000 часов в воздухе и 24 боевых вылета. Гловер пришёл в NASA в 2013 году, а пять лет спустя отправился к МКС на корабле Dragon. За время пребывания на станции он четыре раза выходил в открытый космос.

Резервный (двое слева) и основной экипаж Artemis II

NASA

Астронавтка Кристина Кох (47 лет) — единственный гражданский на Artemis II. Она работала в Центре космических полётов им. Годдарда и Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса. В её послужном списке — зимовка в Антарктиде. Кох отобрали в астронавты в 2013 году, а в 2019-м она летала на МКС на корабле «Союз-МС-12». Предполагалось, что её командировка продлится стандартные полгода, но Кох провела в космосе 328 дней — рекорд для женщин, который пока никто не побил. В Artemis II у Кох должность специалиста миссии.

Второй специалист — 50-летний канадский астронавт Джереми Хансен. Если всё пойдёт по плану, он станет первым неамериканцем, облетевшим Луну. Хансен получил место в экспедиции в обмен на вклад Канады в создание роботизированного манипулятора Canadarm3, который планировалось установить на окололунную станцию Gateway (по иронии судьбы буквально несколько дней назад её проект был фактически отменен).

План полёта Artemis II

Схема полёта Artemis II

NASA

Если не произойдёт форс-мажора, всё будет развиваться по такому сценарию.

После запуска от SLS отделятся твердотопливные ускорители, а затем первая ступень. Спасать их не планируют — лишнее напоминание о том, что SLS выглядит устаревшей на фоне современных многоразовых ракет.

Потом верхняя ступень SLS выполнит несколько манёвров, которые выведут Orion на вытянутую околоземную орбиту с высотой перигея 185 км и высотой апогея 70 000 км. Для сравнения, МКС находится на орбите высотой примерно 415 км, а геостационарные спутники — 36 тысяч км.

После этого Orion отделится от верхней ступени, и начнётся следующая стадия полёта, которая продлится 23 часа. Вначале астронавты переведут корабль на ручное управление и проведут несколько сближений с верхней ступенью SLS. Это можно считать тренировкой перед следующими лунными миссиями — ведь тогда астронавтам придётся выполнять стыковки и расстыковки в космосе.

Экипаж Artemis II тренируется внутри макета Orion

NASA

Затем экипаж приступит к проверке систем Orion, развёртыванию попутной нагрузки (нескольких кубсатов) и радиосеансу с использованием Сети дальней космической связи NASA. Обычно для поддержания связи и навигации в пилотируемых миссиях используются системы GPS и TDRS. Но Artemis II выйдет за пределы их действия — поэтому NASA нужно убедиться, что связь с кораблём надёжна. Что касается верхней ступени SLS, NASA активирует её двигатель и сведёт с орбиты над Тихим океаном.

Если проверки не выявят серьёзных проблем, агентство разрешит следующий этап миссии — полёт к Луне. На второй день Orion запустит основной двигатель и выполнит манёвр, который направит его к спутнику. Корабль будет двигаться по траектории, напоминающей гигантскую восьмёрку. На пятый день полёта Orion войдёт в сферу влияния Луны — и сила её притяжения станет сильнее земной.

Миссию Artemis II часто сравнивают с полётом Apollo 8 в 1968 году. Но между ними есть важное различие: Apollo 8 использовал основной двигатель, чтобы выйти на орбиту вокруг Луны. Получилось эффектно, но экипаж рисковал: если бы им не удалось вновь активировать двигатель, корабль не вернулся бы на Землю.

Миссия Apollo 8 завершилась успешно, но вновь идти на той же риск NASA не готово

NASA

Теперь NASA не готово на такой риск. Вместо того чтобы выйти на орбиту вокруг Луны, на шестой день полёта корабль облетит её по так называемой траектории свободного захвата. Orion не придётся активировать двигатель — лунная гравитация сделает за него всю работу, направив корабль к Земле.

Artemis II пройдёт за несколько тысяч км от Луны (точная цифра зависит от даты запуска). В этот момент корабль окажется над её обратной стороной и временно останется без связи с Землёй, пока астронавты будут проводить наблюдения. Ожидается, что Artemis II побьёт рекорд по удалённости людей от Земли, невольно установленный Apollo 13.

Обратное путешествие займёт четыре дня. Незадолго до возвращения от Orion отделится служебный модуль. Когда капсула экипажа войдёт в атмосферу, она подвергнется воздействию очень высоких температур — до 2800 °C. Это намного выше, чем у миссий, которые возвращаются на Землю с МКС — ведь Orion будет двигаться гораздо быстрее (11,2 км/c против 7,9 км/c). Из-за того, что плазма полностью окутает корабль, на несколько минут NASA лишится связи с астронавтами.

Если всё пройдёт хорошо, Orion выпустит два тормозных, а затем три основных парашюта. Капсула с четырьмя астронавтами приводнится в Тихом океане, где её подберут корабли.

Что дальше?

Orion для будущей миссии Artemis III

NASA

Предположим, полёт Orion пройдёт без проблем. Что будет дальше?

SLS может отправить корабль с людьми к Луне — но этого мало. Чтобы сесть на поверхность, астронавтам нужен спускаемый аппарат — а грузоподъёмности ракеты на него уже не хватает.

Чтобы решить эту задачу, NASA обратилась к частникам — компаниям SpaceX и Blue Origin. Они получили контракты на создание аппаратов Starship HLS и Blue Moon. Ещё недавно предполагалось совершить высадку на Луну в ходе миссии Artemis III. План предусматривал отдельный запуск Orion и Starship HLS со стыковкой на окололунной орбите. После этого два астронавта должны были перейти на борт спускаемого аппарата, сесть на южный полюс Луны, провести там несколько дней, взлететь, перейти на борт Orion и вернуться домой.

Но есть проблема. Orion и SLS уже худо-бедно летают — а вот остальные компоненты программы серьёзно задерживаются. Ключ к успеху Starship HLS — дозаправка на околоземной орбите. SpaceX ещё не тестировала эту технологию — а ведь речь не об одной и даже не о двух, а о множестве дозаправок (точную цифру не называют, но предполагается, что она двузначная). Лунные скафандры, которыми занимается компания Axiom, тоже ещё не готовы. Да и на SLS нельзя полагаться — частота её полётов такая низкая, что каждый запуск превращается в многомесячную эпопею по исправлению неполадок (не говоря уж о стоимости).

SLS для будущей миссии Artemis III

NASA

Из-за всех этих ограничений в конце февраля NASA анонсировало изменения в программе. Отныне целью Artemis III станет отработка стыковки Orion с лунным спускаемым аппаратом (её проведут на околоземной орбите) и проверка новых скафандров. Полёт запланирован на середину 2027 года. В NASA также пытаются использовать конкуренцию, чтобы ускорить создание лунных аппаратов. Ранее предполагалось, что первую высадку на Луну выполнит Starship HLS, но теперь агентство готово отдать предпочтение Blue Origin, если её аппарат будет готов раньше.

Кроме того, агентство пытается уменьшить стоимость SLS и увеличить частоту её запусков. Недавно под нож пошёл проект оснащения носителя более мощной верхней ступенью (это позволило бы увеличить грузоподъёмность). Вместо этого, начиная с миссии Artemis IV, ракета получит более дешёвую верхнюю ступень от ракеты Vulcan.

Что до высадки на Луну, отныне эта задача возложена на миссию Artemis IV. По текущему плану NASA она должна стартовать в 2028 году. Впрочем, если учесть объём предстоящей работы, эта дата не кажется реалистичной. Вероятно, полёт состоится в конце этого десятилетия или даже в начале следующего.

План полёта Artemis IV

NASA

В таком случае NASA может опоздать — ведь Китай тоже развивает лунную программу и нацелен высадить тайконавтов на Луну до конца десятилетия. Поднебесная работает над созданием ракеты, космического корабля и необходимого оборудования. Пока что NASA сохраняет лидерство — но в случае новых задержек может его упустить.

В этой ситуации успех или неудача Artemis II имеет огромное значение. Если миссия пройдёт по плану, она может ускорить реализацию американской лунной программы. Если же в полёте возникнут проблемы, это нанесёт ей непоправимый урон. Чем же закончится новая попытка достичь Луны? Узнаем совсем скоро.