Якщо NASA вирішить використовувати приватну ракету в майбутній місії до Місяця, це змінить всю космічну індустрію

Американське аерокосмічне агентство NASA розглядає в якості альтернативи власної надважкої ракети-носія SLS, розробка якої ведеться як мінімум останнє десятиліття, ідею використання комерційного носія для запуску дуже важливою для агентства місії за відправку космічного апарату «Оріон» навколо Місяця в наступному році. Прийняте рішення може стати не лише доленосним для зазначеної місії, але і в цілому здатне чинити серйозний вплив на те, як будуть проводитися амбітні космічні місії в дальній космос у майбутньому, вважає інтернет-видання The Verge.

Стимулом для агентства «тримати ніс» в бік комерційної спрямованості може бути бажання виконати дану ним обіцянку по графіку запланованих запусків, вважає видання. Завершення розробки надважкої Космічної системи запуску (Space Launch System, SLS) займе у агентства набагато більше часу, ніж очікувалося, і носій не встигнуть підготувати до на даний момент запланованого на червень 2020 року запуску. У той же час на ринку вже є готові комерційні рішення, готові хоч зараз летіти на Місяць.

Для NASA зміна в планах у будь-якому випадку виявиться важким вибором. Адже агентству буде необхідно вибрати не одну, а дві ракети-носія, щоб у такому випадку місію взагалі можна було б втілити в реальність. Крім того, потрібно розробити нові технології і методи стикування певних космічних апаратів без яких цю ідею можна буде викинути прямо у відро для сміття.

Іншими словами, процес вимагає дуже багато часу і зусиль, і при цьому ніяких гарантій на те, що все буде підготовлено до наступного року ніхто дати не зможе. Однак, якщо агентство все ж таки зважиться на такий крок, то своїми діями вона зможе продемонструвати відсутність необхідності у використанні наддорогих і надвеликих ракет для успішного здійснення амбітних космічних місій в дальній космос – простіше буде покластися на більш компактні носії, виконуючи по кілька запусків за раз.

Космічний буксири

Згідно з поточними планами майбутньої місії NASA хоче наступного року надіслати у тритижневе подорож навколо Місяця два космічних апарати: порожній корабель «Оріон» (в майбутньому буде використовуватися в якості пілотованого корабля), а також циліндричний модуль European Service Module із системами живлення і для життєзабезпечення корабля. Для подолання сили тяжіння, виведення обох апаратів на навколоземну орбіту і відправки їх до Місяця буде потрібно дуже багато ракетного палива. Однак потужності SLS вистачить для того, щоб відправити обидва модулі в точку призначення в рамках одного запуску.

Якщо ж NASA вирішить використовувати для доставки апаратів до Місяця «комерційний підхід», то доведеться задіяти два комерційних носія, оскільки досить потужною приватної ракети, здатної впоратися з цим завданням за один пуск — просто немає. Зараз найбільш потужними американськими комерційними ракетами є від компанії SpaceX і Delta IV Heavy від United Launch Alliance. Обидва носія безумовно вражають, однак навіть вони не йдуть у порівняння з тими можливостями, якими буде володіти SLS, коли її нарешті дособерут.

В цьому випадку один носій буде використовуватися для виведення космічного апарата «Оріон» і модуля European Service Module на навколоземну орбіту, де вони затриматися на деякий час. Друга ракета-носій буде використовуватися для доставки до «Ориону» та сервісного модуля космічного буксира. Опинившись на орбіті, цей буксир, оснащений своїми запасами палива і двигунами, зробить стиковку з «Оріоном» і, запустивши двигуни, потягне обидва апарату в бік Місяця.

«Це аналогічно сільськогосподарської техніки, що тягне за собою причіп або спеціальне устаткування. Тільки в цьому випадку мова йде про окремому модулі, що є рушійною установкою», — прокоментував The Verge Даллас Бьенхофф, глава приватної космічної компанії Cislunar Space Development Company, що займається розробкою технологій для місій в далекий космос.

Подібна концепція космічного буксира була розроблена ще в минулому столітті. Наприклад, NASA почала вивчати цю ідею ще в 60-70-х роках як «перспективного методу прискорення інших космічних апаратів». Його використання може змінити підхід до пілотованих космічних місій, який до цього не змінювався протягом багатьох десятиліть.

«Одна з причин, яка в кінцевому підсумку привела США до розробки Space Launch System полягає в тому, що ми звикли до того, щоб в рамках одного запуску виводилася максимально можлива корисне навантаження», — додає Бьенхофф, який також працював над технологіями космічних буксирів у компанії Boeing.

Однак такий підхід істотно ускладнює запуск. Земна гравітація дуже сильна. Тому для виводу дуже важкого обладнання в космос потрібно дуже багато енергії (читай – дуже багато ракетного палива). А запуск великої кількості палива вимагає використання великої ракети. І чим більше сама ракета, тим більше палива потрібно для виведення корисного навантаження на навколоземну орбіту. Це справжній замкнуте коло.

Художнє уявлення майбутньої ракети-носія SLS

Оскільки ракети стають все більше і більше, все дорожче стає їх виробництво і запуск. І це якраз одна з основних проблем нової ракети SLS. Лише на одну її розроблення протягом останнього десятиліття NASA витратив більше 14мільярдів доларів. При цьому носій досі не готовий. Як тільки це трапиться, то очікується, що агентство зможе запускати її не частіше двох разів у рік, оскільки вартість кожного запуску буде становити близько 1 мільярда доларів. Для порівняння запуск приватного носія важкого класу Delta IV Heavy обходиться приблизно в 350 мільйонів, а вартість запуску того ж Falcon Heavy починається з суми нижче 100 мільйонів доларів. Навіть якщо запускати обидва носія разом, все одно вартість навіть близько не знаходитиметься поряд з ціною запуску SLS.

У цьому плані використання космічних буксирів також дозволить NASA заощадити чималі гроші у майбутньому. Наприклад, якщо агентство все-таки вирішить використовувати буксир для доставки космічних апаратів до Місяця, потім її можна буде повернути назад на навколоземну орбіту і просто там залишити. Коли він знадобиться знову – просто дозаправити і використовувати повторно.

Складання у космосі

Звичайно, щоб такий підхід спрацював, NASA необхідно розробити нову систему стикування з такими буксирами. Глава агентства Джим Брайденстайн на слуханнях у Сенаті розповів про те, що в поточному вигляді капсула «Оріон» не володіє технічними можливостями стикування з космічними буксирами, «тому в період з цього моменту і до червня 2020 року NASA потрібно розробити стикувальну систему, що володіє такою можливістю».

І все-таки технології, які будуть необхідні для реалізації такої системи – не нові. Наприклад, російські космічні апарати «Союз», який доставляють нові екіпажі на МКС, вже довгий час використовують автоматичну систему стикування. В рамках першого тестового запуску космічного апарату Crew Dragon компанія SpaceX також продемонструвала можливість стикування зі станцією в автоматичному режимі, використовуючи систему датчиків і лазерів для безпечного зближення з стикувальним шлюзом МКС.

«Система LIDAR і технологія машинного зору, які задіяні кораблем Crew Dragon для автоматичної стиковки з МКС – це ті технології і обладнання, які можуть збиратися і встановлюватися на космічні апарати безпосередньо вже в космосі», — вважає Ендрю Раш, глава компанії Made In Space, розробила 3D-принтер для друку в умовах мікрогравітації, перевірка якого проводилася на борту МКС.

Перша стиковка космічного корабля Crew Dragon компанії SpaceX з МКС, що проводилася 4 березня 2019 року

Є ще один варіант, який спростить завдання по виведенню важких космічних апаратів на орбіту. Принаймні в майбутній перспективі. Питання необхідності використання великих ракет могла б вирішити складання устаткування по частинах безпосередньо в космосі. Замість того, щоб відправляти якесь громіздке обладнання в рамках одного запуску, легше було б зробити кілька космічних запусків ракет меншої вантажопідйомності (і вартості) з декількома корисними навантаженнями, а потім зібрати все воєдино вже на орбіті. Такий же підхід (принаймні частково) можна було б використовувати і при складанні космічних кораблів. До того ж, NASA вже встигла зіткнутися з проблемами збірки дуже габаритних космічних апаратів та їх розташуванням усередині ракети. Взяти хоча б ту ж космічну обсерваторію нового покоління «Джемс Вебб», яка не зовсім поміщається в ракету-носій, яка повинна доставити її в космос. Апарат вийшов настільки великим і складним, що його доведеться запускати всередині РН у складеному вигляді, а потім в космосі протягом двох тижнів розгортати. І якщо щось піде не так, телескоп взагалі може не заробити, поклавши кінець проекту вартістю майже 10 мільярдів доларів, який по суті навіть і не встигне розпочатися.

При можливості проводити збірку космічних апаратів безпосередньо в космосі, а також використовувати технологій адитивного виробництва, відпаде необхідність у початковій збірці апаратів на Землі.

«Розподіливши навантаження на кілька запусків, а потім використовуючи технології космічного виробництва і збірки, ми дійсно могли б створювати космічні апарати більш вигідним з економічної точки зору», — вважає Раш.

Ризики та складності

Всі ці зміни безумовно зажадають своєї ціни. І не тільки у фінансовому плані. Автоматична стиковка і складання у космосі, за словами Брайденстайна, поки несуть за собою дуже великі ризики для NASA.

«Використання особливої системи стикування пілотованих космічних апаратів на орбіті з перспективою подальшого руху до Місяця додає небажані складність і ризики майбутньої місії», — написав голова агентства у відкритому зверненні до співробітників NASA.

Крім того, запуск обладнання по частинах і його подальша збірка в космосі лише для однієї місії передбачає численні запуски ракет, з чим можуть бути не згодні деякі відповідальні за ці місії державні чини. На думку деяких експертів і чиновників, численні запуски підвищують ризики повного провалу місії – якщо один із запусків виявиться невдалим, під загрозою опиниться вся місія цілком.

Використання комерційних ракет-носіїв також не обов'язково вирішить всі проблеми. Зараз інженери проводять перевірку космічного апарату «Оріон», використовуючи комп'ютерні симуляції з урахуванням поточної конструкції ракети-носія SLS. Для зміни вектора в бік комерційних ракет-носіїв їм доведеться відкласти цю роботу і почати проводити нові симуляції з урахуванням новихкомерційних РН. Крім того, це повністю змінить циклограму польоту, що в свою чергу потребує додаткового часу для підготовки. Зробити все це за рік і встигнути до запланованого запуску — нездійсненне завдання.

«При зміні плану польоту, що неминуче при обліку того, що всі комерційні носії не йдуть у порівняння з SLS, практично вся робота, яка була проведена до цього, стане непотрібною. В такому разі ні про яке запуску «Оріона» в червні 2020 року і мови бути не може», — прокоментував The Verge анонімно один із співробітників компанії Lockheed Martin, що працює над космічним кораблем «Оріон».

Обговорити статтю можна в нашому .