Америка возвращается на Луну! Запущена «Артемида-1» — первая миссия новой лунной программы США. Обзор миссии.

Сегодня была запущена Artemis I (русс. «Артемида-1») — первая миссия новой лунной программы США с широким международным участием Artemis (русс. «Артемида»), которая призвана навсегда вернуть человека на естественный спутник Земли. «Артемида-1» необходима для проверки систем и отработки новых технологий, поэтому полёт совершается в беспилотном режиме, но он открывает дорогу к пилотируемым стартам.

В статье приведён обзор миссии «Артемида-1», а также кратко рассмотрена история новой лунной программы США.

«Орион» у Луны. Иллюстрация. Credit: NASA/ESA.

Содержание:

• Запуск и полёт к Луне
• Ракета Space Launch System
• Космический корабль «Орион»
• Особенности, история и перспективы программы «Артемида»

Запуск миссии «Артемида-1». Отрывок с трансляции, обратный отчёт начинается на 2:20. Credit: NASA/ULA/VideoFromSpace.

Запуск космического корабля (КК) Orion (русс. «Орион») был произведён с помощью ракеты-носителя (РН) сверхтяжёлого класса Space Launch System (SLS) версии Block 1 со стартовой площадки Launch Complex 39B Космического центра Кеннеди в 9:48 по московскому времени 16 ноября 2022 года. Кстати, когда-то с этой стартовой площадки к Луне также стартовали РН «Сатурн-5» с КК «Аполлон», доставившие первых людей на Луну. На второй ступени SLS установлен адаптер с 10 кубсатами (маленькими спутниками), созданными в разных странах для исследования Луны, космического пространства, астероидов, а также для биологических экспериментов и испытания новых технологий.

Запуск осуществила космическая компания United Launch Aliance (ULA), которая является совместным предприятием Boeing и Lockheed Martin. Это был первый запуск РН SLS и второй для КК «Орион» (первый был осуществлён ещё в декабре 2014 с помощью РН Delta IV Heavy, тогда корабль в беспилотном режиме лишь совершил облёт Земли с целью проверки ряда систем).

КК «Орион» сделал один круг вокруг Земли, после полетел к Луне. Через 1 час и 55 минут он отделился от второй ступени, после чего она начала выпускать кубсаты. На пятый день миссии, 21 ноября, «Орион» пролетит на расстоянии немногим более 100 км от Луны и совершит её облёт. Во время нахождения вне радиовидимости, когда связь с Землёй будет недоступна, КК запустит на некоторое время двигатели с целью проведения манёвра, что позволит также дополнительно проверить автоматику «Ориона». Гравитация нашего спутника и работа двигателей изменят его траекторию, благодаря чему аппарат выйдет на дальнюю ретроградную окололунную орбиту, на которой «Орион» будет обращаться вокруг Луны в противоположную от её вращения сторону. На этой орбите он пробудет несколько дней, чтобы датчики собрали информацию о работе всех систем корабля. Самую удалённую точку траектории — 480 494 км от Земли — аппарат пройдёт  28 ноября. «Орион» покинет ретроградную орбиту в начале декабря, а через четыре дня, во второй и последний раз, пролетит вблизи от лунной поверхности. После он отправится к Земле и 11 декабря приводнится в Тихом океане.

Созданные энтузиастами анимации траектории полёта КК «Орион» в рамках миссии «Артемида-1», отображённой в разных проекциях. Credit: HORIZONS System, Phoenix7777/JPL/NASA.

Запуск и первые этапы полёта миссии «Артемида-1». Credit: ESA.

Этапы миссии «Артемида-1». Credit: NASA.

Развёртывание солнечных батарей и отделение «Ориона» от второй ступени. Отрывок с трансляции. Credit: NASA/SciNews.

На борту «Ориона» находятся три манекена, причём один из них облачён в жилет AstroRad, которые созданы для защиты от радиации во время долгих полётов. Эти жилеты пригодятся астронавтам, которые в будущем будут месяцами работать на орбите или поверхности Луны, где они могут попасть, например, под солнечную вспышку. Отдельного внимания заслуживает демонстратор Callisto, созданный компаниями Lockheed Martin, Amazon и Cisco. Это комплекс аппаратного и программного обеспечения, расширяющий возможности связи с экипажем, в частности позволяющий даже осуществлять видеосвязь. Также Callisto позволяет пользоваться специальным виртуальным ассистентом, созданным на основе Alexa от Amazon, но использующим для своей работы локальную базу данных корабля, а не сеть Интернет. Что ж, фантасты часто добавляют в свои вымышленные космические корабли системы, имеющие искусственный интеллект, но сегодня реальность вновь приблизилась к фантастике! Также на борту «Ориона», помимо множества датчиков, есть дрожжи, семена резуховидки Таля, штаммы грибка аспергилла чёрного, а также фотосинтезирующие водоросли. Все эти живые организмы участвуют в биологических экспериментах.

Земля, запечатлённая одной из камер КК «Орион». Кадр с трансляции. Credit: NASA.

Запуск был совершён после ряда переносов, связанных как и с техническими проблемами, так и, например, с ураганами «Ян» и «Николь», обрушившимися на восточное побережье США. В этот раз запуск тоже был под угрозой: во время заправки ракеты жидким водородом были зафиксированы его утечки. Также возникли проблемы с одним из радаров: кабель связи с ним был повреждён из-за урагана «Николь». К SLS направили «красную команду» — группу специалистов, которая смогла оперативно устранить неполадки.

Space Launch System — сверхтяжёлая РН, разработанная корпорацией Boeing по заказу NASA. Нужно отметить, что речь идёт  фактически о целом семействе ракет, так как разные её версии имеют довольно много различий. Сегодня была запущена версия Block I, которая является самой маленькой из них. Она способна вывести до 95 тонн полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту и до 27 тонн к Луне. Следующие версии SLS могут вывести в космос значительно большую массу.

Ни одна из версий SLS не будет иметь возвращаемые ступени, мало того, даже боковые твердотопливные укорители, которые достались SLS от «Спейс Шаттлов» и использовались многократно, в SLS созданы одноразовыми. Частично многоразовым является лишь КК «Орион». Иногда это критикуется как и специалистами, так и рядовыми любителями космоса, так как запуск одной SLS стоит очень дорого, а возврат и повторное использование таких дорогостоящих элементов, как, например, ракетные двигатели, могло бы немного уменьшить конечную стоимость ракеты. Справедливости ради, надо сказать, что многоразовость требует утяжеления и усложнения конструкции, соответствующей наземной инфраструктуры, а создание SLS началось в 2011 году, т. е. задолго до того, как компания SpaceX смогла на практике показать возможность и перспективы повторного использования элементов РН. Зато многоразовость будет у РН Starship/Super Heavy, разрабатываемой SpaceX, которая с прошлого года также участвует в программе «Артемида». Однако одноразовость — далеко не единственное, за что критикуют SLS.

Версии РН SLS. Credit: NASA/MSFC/Boeing.

Запущенная сегодня РН SLS во время испытаний. Credit: NASA/ULA.

Естественно, SLS часто сравнивают с семейством РН Saturn (русс. «Сатурн»), и хотя они имеют общие элементы, у них есть и немало отличий. SLS технологически опирается не только на «Сатурны», но и на наработки нереализованного проекта по созданию сверхтяжёлой РН Ares V (русс. «Арес-5»; даже внешне эти ракеты трудно отличить друг от друга), а также на завершённую в 2011 году программу «Спейс Шаттл». Как и «Арес-5», SLS является двухступенчатой ракетой, причём на обеих ступенях используется топливная пара «жидкий кислород — жидкий водород», что отличает их от РН семейства «Сатурн», которые обычно использовались в трёхступенчатом варианте, а указанная топливная пара применялась лишь на верхних ступенях РН. На второй ступени SLS установлены жидкостные ракетные двигатели RL-10, которые применялись на второй ступени «Сатурн-1», а также используются и по сей день в некоторых американских РН. На первой ступени SLS установлены двигатели RS-25, которые устанавливались на «Спейс Шаттлы». Уже упоминалось ранее, что от этой программы SLS унаследовала, причём в прямом смысле этого слова, боковые твердотопливные ускорители. В SLS они состоят из 5 сегментов, при этом в них используются сегменты от ускорителей, которые когда-то использовались при запуске «Спейс Шаттлов». В них, правда, было только 4 сегмента. Дополнительный сегмент увеличил суммарный объём энергии, передаваемой РН, на 25%. В боковых ускорителях SLS использована современная авионика и более лёгкая изоляция, однако инженеры отказались от парашютной системы возврата. Запасов боковых ускорителей от «Спейс Шаттлов» хватит примерно на 8 запусков SLS, и в будущем их заменят новые ускорители, которые разрабатываются с 2019 года компанией Northrop Grumman Space Systems.

Жидкостные ракетные двигатели RS-25 (справа) и RL-10. Credit: Aerojet Rocketdyne.

Примерное сравнение размеров некоторых американских РН. SLS представлена в виде версий Block I и Block II. Credit: Jesus Diaz.

SLS часто подвергается критике из-за высокой стоимости разработки и пусков. А с недавнего времени, как уже указывалось ранее, и за полную одноразовость всех компонентов РН. Отдельно критикуют и компанию Boeing, создавшую её. Дело в том, что запуск миссии много раз переносился именно из-за ракеты, в то время как корабль «Орион» уже давно был готов к полёту. Например, несколько раз первый старт SLS переносился из-за утечки водорода (и в этот раз она также наблюдалась, но её, как уже было указано ранее, удалось устранить), которая несколько раз появлялась в одном и том же месте. Казалось бы, речь идёт о новой, сверхтяжёлой ракете, очевидно, что будут появляться проблемы и «детские болезни». Да, но Boeing, например, испытывала значительные трудности с КК CST-100 Starliner, созданным для полётов к Международной космической станции (МКС). Первый полёт оказался частично неудачным, а второй хоть и был успешным, но состоялся спустя 2,5 года и не обошёлся без проблем. При этом компания получила большее финансирование, чем SpaceX со своим Crew Dragon, и определённые поблажки при испытаниях, но если корабль Илона Маска летает с людьми уже 2.5 года, то первый пилотируемый полёт CST-100 Starliner только запланирован на 2023 год.

Несмотря на большое финансирование, создание SLS находилось на обочине внимания NASA и общественности, так как после закрытия Бараком Обамой программы «Созвездие» и до старта «Артемиды» Дональдом Трампом у США фактически не было лунной программы. Это отличает SLS от РН «Сатурн-5», на которую в 60-е годы тратились все силы и ради которой срывали выполнение других проектов.

Orion (или MPCV — Multi-Purpose Crew Vehicle, русс. «Многоцелевой пилотируемый корабль») — частично многоразовый космический корабль, разрабатываемый с середины нулевых по заказу NASA силами американской компании Lockheed Martin, европейской Airbus и Европейского космического агентства. Первоначально создавался в рамках лунной программы «Созвездие», а после её закрытия Обамой в 2010 году разработку «Ориона» вообще хотели свернуть, как разработку РН «Арес», но проект удалось спасти. Концепция КК была частично пересмотрена, его решили не использовать для полётов к МКС. В 2014 году его запустили в космос с помощью РН Delta IV Heavy, тогда корабль в беспилотном режиме лишь совершил облёт Земли с целью проверки ряда систем.

«Орион» состоит из многоразового модуля экипажа (жилого модуля, капсулы КК), сервисного модуля, который производится компанией Airbus, и системы аварийного спасения (системы прерывания запуска), необходимой для спасения экипажа и корабля в случае аварии РН. «Орион» может брать на борт от 2 до 6 человек, а жилой объём у него примерно на 50% больше, чем у КК серии «Аполлон».

Запущенный сегодня КК «Орион» во время испытаний. Credit: Lockheed Martin/ESA.

Внутри модуля экипажа КК «Орион». Credit: Lockheed Martin.

Ускоритель системы аварийного спасения во время сборки РН. Credit: Lockheed Martin.

Новая лунная программа США с широким международным участием «Артемида» была объявлена 45-ым президентом США Дональдом Трампом 11 декабря 2017 года, спустя 45 лет после прилунения миссии «Аполлон-17». Кстати, название программы было выбрано неслучайно: в древнегреческой мифологии богиня Артемида являлась сестрой Аполлона. «Артемида» пришла на смену программе «Созвездие», которая была начата ещё в 2004 году. Однако Барак Обама закрыл эту программу по экономическим причинам. От неё остался лишь «Орион», а вместо РН «Арес» начали создавать SLS. Снабжение МКС было решено отдать частным компаниям в рамках проекта Commercial Crew & Cargo Program Office, благодаря которому началась доставка грузов на МКС и были созданы пилотируемые КК Crew Dragon и CST-100 Starliner. И всё. Вместо конкретной программы было получено что-то невнятное. Интересное и важное по отдельности, но не цельное. Не программа, способная вернуть людей на Луну и отправить их ещё дальше. Впрочем, Обаму Луна и не особо интересовала — 44-й президент предложил чуть ли не сразу же лететь на Марс... К счастью, следующий президент США дал старт именно полноценной, цельной программе.

Программа «Артемида» более всеобъемлющая, нежели предыдущая программа США «Аполлон», благодаря которой первый в истории человек ступил на поверхность естественного спутника Земли. В рамках «Артемиды» должна начаться постепенная колонизация небесного тела, для чего предполагается более глубокое изучение Луны автоматическими аппаратами, создание международной окололунной станции Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G, русс. Лунная орбитальная платформа-шлюз, ранее — Deep Space Gateway; до начала 2021 года в проекте также участвовала Россия) и целой линейки космической техники для доставки людей и грузов на поверхность Луны, развёртывание систем связи и навигации, создание первых обитаемых баз на поверхности небесного тела и т. д. Естественно, на всё это нужно много времени и ресурсов, поэтому «Артемида» также предполагает широкое международное участие. Например, служебный модуль «Орион», как было упомянуто ранее, создан европейцами, которые также активно участвуют в создании LOP-G. В программе также активно участвуют Канада, Япония, Южная Корея и другие страны. Отдельным странам это позволяет участвовать в амбициозной лунной программе, развивать науку и создавать рабочие места, при этом такой подход позволяет распределить финансовую нагрузку.

«Артемида-2», следующая миссия, будет уже пилотируемой, она также совершит облёт Луны. Планируется, что её запуск состоится в 2024 году. Высадка астронавтов планируется в рамках миссии «Артемида-3», её запуск пока запланирован на 2025 год. Естественно, сроки могут сдвинуться вправо. Дальнейшие миссии предполагают полёты как и к Луне, так и к LOP-G.

Будем надеяться, что «Артемида-1» станет началом новой эры мирного освоения космоса человечеством!