2023 год, как и предыдущий, был для многих людей крайне тяжёлым, но для космонавтики он оказался более ярким и продуктивным, чем предыдущие года.
Во второй части кратко рассмотрены интересные события из мира космонавтики, запуски новых ракет-носителей и вывод из эксплуатации старых, а также важные события, связанные с исследовательскими миссиями.
В первой части была кратко приведена статистика космических запусков с динамикой её изменения, кратко рассмотрены аварии, а также, тоже кратко статистика и интересные события пилотируемой космонавтики.
Содержание:
Первоисточник статьи
Author: Колпаксиди Александр Павлович.
Запуски новых ракет
Растущие спрос и конкуренция на рынке космических запусков, появление новых технологий и материалов заставляют игроков создавать новые ракеты-носители (РН), которые были бы более дешёвыми, надёжными, и покрывали необычные потребности заказчиков. В связи с этим в последние годы создаётся или уже появилось большое число новых РН различных типов, часто использующих необычные технические решения. Именно поэтому наблюдать за запусками новых ракет особенно интересно!
Может показаться, что в 2023 году таких новых ракет было не так много, но это не так. Просто ниже описаны только успешные запуски, аварийные же пуски были кратко рассмотрены в первой части.
Первая китайская частная жидкостная ракета. Не секрет, что в Поднебесной работает большое число частных космических компаний, которые уже не первый год разрабатывают и запускают свои ракеты. Из-за этого как-то ускользает из внимания тот факт, что до 2023 года не было ни одного успешного пуска полностью жидкостных РН: у всех была хотя бы одна ступень с твердотопливным ракетным двигателем. Так продолжалось ровно до запуска 2 апреля «Тяньлун-2» от компании Space Pioneer.
РН «Тяньлун-2» на стартовом столе. Credit: Space Pioneer.
Это трехступенчатая РН среднего класса, на всех ступенях которой установлены жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) на топливной паре «жидкий кислород — керосин»: три ЖРД YF-102 на первой ступени, один Tianhuo-11 на второй и один Tianhuo-31 на третьей. Высота РН составляет почти 33 м, диаметр — 3,35 м, она способна вывести 2 тонны полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту или 1,5 тонны на солнечно-синхронную орбиту.
Первая ракета на жидком метане. В 2023 году впервые успешно была запущена РН, которая использует топливную пару «жидкий кислород — жидкий метан». Ею стала китайская одноразовая двухступенчатая ракета-носитель среднего класса «Чжуцюэ-2» (Zhuque-2, ZQ-2), разработанная компанией LandSpace. Но метане работают обе ступени, на первой установлено четыре ЖРД TQ-12, на второй — один TQ-12 в версии для работы в вакууме с одним рулевым TQ-11. Ракета способна вывести 6000 кг полезной нагрузки (ПН) на низкую околоземную орбиту или 4000 кг на солнечно-синхронную орбиту. Её высота составляет 49,5 метров, т. е. по высоте она сравнима с 16-этажным зданием, максимальный диаметр — 3,35 метра, стартовая масса без ПН — 216 тонн. «Чжуцюэ-2» — крупнейшая в Китае РН, созданная частной космической компанией.
LandSpace впервые попыталась запустить «Чжуцюэ-2» 14 декабря 2022 года, но тот пуск закончился аварией. Первый же успешный пуск «Чжуцюэ-2» был произведён 12 июля, тогда на борту не было спутников, второй состоялся 8 декабря, на орбиту было запущено 3 аппарата.
Установка РН «Чжуцюэ-2» на стартовый стол. Credit: LandSpace.
Важно отметить, что далеко не только «Чжуцюэ-2» претендовала на место первой в истории РН на метане. Ею могли стать, например, американские Terran 1 от компании Relativity Space, которая к тому же почти полностью создана с использованием 3D-печати, или Starship/Super Heavy от SpaceX, но их попытки пуска окончились авариями, что подробнее рассмотрено в первой части. Мало того, существуют и иные проекты РН на метане. Подробнее о них, а также о том, почему метан так привлекает конструкторов, написано в материале, посвящённом запуску «Чжуцюэ-2».
Действительно первый успешный. В 2023 году наконец-то американской компании с украинскими корнями Firefly Aerospace удалось впервые успешно запустить свою РН Firefly Alpha. Две попытки в 2021 и 2022 годах окончились взрывом и частичной неудачей соответственно. Первый успешный пуск был совершён 15 сентября, причём в рамках военных учений Tactically Responsive Space-3, которые предполагают быстрый запуск ПН в кратчайшие сроки. Однако запуск 22 декабря вновь окончился частичной неудачей, о чём уже упоминалось в первой части.
Firefly Alpha на стартовом столе, архивный снимок. Credit: Firefly Aerospace/Jack Beyer/NASA Spaceflight.
На первой ступени Firefly Alpha установлено 4 ЖРД Reaver, работающих на топливной паре керосин – жидкий кислород и способных к дросселированию (понижению мощности) на 20%. Вторая ступень оснащена одним ЖРД Lightning 1, также работающим на топливной паре «жидкий кислород — керосин» и способным к одному перезапуску. В конструкции Firefly Alpha активно используются композитные материалы на основе углеродных волокон, что позволяет снизить массу РН. Firefly Alpha позиционируется как самая дешёвая ракета лёгкого класса. Ракета имеет высоту 29 м, диаметр — 1,8 м, она может вывести на низкую околоземную орбиту до 1030 кг, а на солнечно-синхронную орбиту до 630 кг.
«Стахановцы по-корейски». Трижды КНДР запуска в 2023 году свою новую РН «Чхоллима-1» (Чхоллима — корейская мифологическая лошадь, а также движение Чхоллима — аналог нашего Стахановского движения). Её использовали для вывода в космос спутников типа «Манригён-1» (русс. «Телескоп-1»). Первые 2 пуска, проведённые 31 мая и 23 августа, оказались аварийными, и лишь с 3 раза страна смогла вывести свой аппарат на орбиту, это произошло 21 ноября.
РН «Чхоллима-1» во время запуска 21 ноября. Credit: Государственное главное управление КНДР по аэрокосмической техники.
«Чхоллима-1» — одноразовая трёхступенчатая РН. Известно, что первая ступень создана на базе межконтинентальной баллистической ракеты «Хвасонг-17», оснащена 2 двухкамерными ЖРД «Пэктусан-1Д» (созданы на основе советского двухкамерного РД-250) и использует в качестве топлива несимметричный диметилгидразин (гептил) и тетраоксид азота в качестве окислителя. Информация о двигателях второй и третьей ступеней не разглашаются ни представителями КНДР, ни представителями Южной Кореи, США и Японии, которым удалось поднять их обломки. Предполагается, что «Чхоллима-1» может доставить на солнечно-синхронную орбиту около 300 кг полезной нагрузки.
Ракеты, ушедшие в историю
Естественно, какие-то ракеты-носители или их модификации были выведены из эксплуатации. В основном это связано с приходом на их место новых, но иногда, к сожалению, из-за банкротства операторов запуска.
Неожиданный конец. В первой части уже упоминалось про аварию 9 января РН воздушного старта LauncherOne американской компании Virgin Orbit, которая является подразделением Virgin Group. Это был 6 пуск LauncherOne и первый с территории Великобритании, до этого РН успешного отлетала 4 раза подряд с территории США, лишь самый первый её пуск был аварийным. На борту находилось 9 небольших спутников разных стран. РН и самолёт-носитель были транспортированы из США на английский аэропорт Корнуолл. Выбор другого государства для запуска был продиктован наличием на борту РН спутников Министерства обороны Великобритании и желанием Virgin Orbit показать возможность запуска LauncherOne чуть ли не с любой точки планеты. Увы, не получилось из-за некачественной детали.
Самолёт Boeing 747 Cosmic Girl запускает РН LauncherOne во время испытаний, архивный снимок. Credit: Virgin Orbit.
Virgin Orbit не смогла пережить ту аварию, хотя другие космические подразделения Virgin Group успешно продолжают свою деятельность. К счастью, основные наработки Virgin Orbit и построенные для других пусков РН были выкуплены другими компаниями, поэтому есть шанс, что они ещё надут применение в будущем. Несмотря на это, банкротство Virgin Orbit — очередной удар по концепции воздушного старта.
LauncherOne — двухступенчатая РН, на обеих ступенях которой использовалась топливная пара «жидкий кислород — керосин» и ЖРД Newton. Имея длину 21.3 м и максимальный диаметр 1,8 м она могла выводить на низкую околоземную орбиту до 500 кг, а на солнечно-синхронную орбиту до 300 кг.
Знаменитый «Ариан-5». В 2023 году в последний раз была отправлена в космос европейская РН тяжёлого класса «Ариан-5». 117 запусков за 27 лет и лишь несколько аварий, множество важных и исторических пусков — таковы итоги эксплуатации «Ариан-5». Эту ракету заменит новая — «Ариан-6». Её, правда, должны были впервые запустить в 2023 году, но, как это часто бывает, сроки сдвинулись право. В «Ариан-6» будут активно применяться композитные материалы и новые технологии производства (аддитивные (3D-печать), обработка лазером, более широкое использования сварки трением и т. д.), обновлена большая часть авионики, которая заменена на значительно более лёгкую.
РН «Ариан-5» перед стартом. Хорошо виден ЖРД первой ступени Vulcain 2. Credit: ESA/CNES/Arianespace.
Это одноразовая двухступенчатая РН высотой 52 м (крупнейшая модификация), т. е. по высоте она сравнима с 16-этажным зданием, максимальный диаметр центрального блока — 5,4 м. На первой ступени устанавливались ЖРД Vulcain (в дальнейшем был обновлён до модификации Vulcain 2), применяющий топливную пару «жидкий кислород — жидкий водород». «Ариан-5» также имеет два боковых ускорителя P241 с твердотопливными ракетными двигателями. Вторая ступень первоначально использовала ЖРД Aestus на ядовитом монометилгидразине и тетраоксиде азота, но в дальнейшем её переработали для применения кислородно-водородного ЖРД HM-7B. «Ариан-5» могла выводить в последней модификации до 21 тонны грузов на низкую околоземную орбиту и 10,5 тонн на геопереходную орбиту.
Замена российских двигателей. Здесь речь пойдёт не сколько о прекращении эксплуатации РН, сколько о прекращении запусков базовой модификации Antares. 2 августа в последний раз полетела эта ракета с российскими двигателями на борту, к Международной космической станции (МКС) в рамках миссии NG-19 был отправлен грузовой космический корабль Cygnus.
РН Antares во время транспортировки к стартовому комплексу, архивный снимок. Credit: Northrop Grumman.
РН Antares использовалась только для запуска грузового космического корабля Cygnus к МКС. В старой модификации использовались российские ЖРД РД-181 и украинские компоненты в первой ступени. На второй ступени используется твердотопливный ракетный двигатель Castor 30 собственной разработки. Производство и пуски этой РН осуществляет Orbital ATK — подразделение Northrop Grumman, однако до 2018 года это была независимая компания. Она же и закупала двигатели и детали. Все были довольны взаимовыгодным для всех сторон сотрудничеством, но вмешалась политика. В Northrop Grumman стало очевидно, что с РН Antares надо что-то делать. О планах замены первой ступени или даже отказа от этой ракеты сообщалось и раньше, но летом 2022 года Northrop Grumman анонсировала будущее Antares. Её первая ступень будет полностью переработана. Все украинские детали будут заменены на произведённые в США, вместо российских двигателей на неё будет установлена связка из 7 небольших ЖРД Miranda компании Firefly Aerospace. Модернизированная РН получит обозначение Antares 330 (эксплуатируемая до этого момента модификация имела обозначение 230+, но его не указывали), её первый запуск планируют произвести в 2024 или, что более вероятно, в 2025 году. Сейчас корабль Cygnus будут запускать на РН Falcon 9 компании SpaceX
Интересно отметить, что в США осталась ещё одна РН с российскими двигатели — Atlas V, её запускает United Launch Alliance (ULA). Но о прекращении закупок двигателей РД-180 для неё было объявлено американцами ещё в 2021 году, в 2022 их поставки прекратились. Сейчас используют остатки ЖРД на складе, а после на замену Atlas V придёт Vulcan Centaur, на первой ступени которой будут установлены метановые ЖРД BE-4 компании Blue Origin, на второй — водородные RL-10 компании Rocketdyne. Её запуск, правда, тоже задерживается, но у ULA ещё есть время на доработку этой РН.
Интересные события 2023 года из мира космонавтики и важные события, связанные с исследовательскими миссиями
Напоследок пробежимся по исследовательским миссиям, отдельно остановимся на Луне.
15 апреля к Юпитеру была запущена европейская миссия Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE; русс. «Исследователь ледяных лун Юпитера»), которая будет изучать его спутники: Ганимед, Каллисто и Европу. Аппарат JUICE проведёт множество исследований, но его главная задача — подтвердить наличие подповерхностных водных океанов на этих спутниках, где может существовать внеземная жизнь, и изучить их свойства. Кстати, это был предпоследний запуск «Ариан-5», о которой мы писали выше.
JUICE у Юпитера. Иллюстрация. Credit: ESA.
JUICE проведёт комплексное изучение Юпитера и его спутников, но больше всего он будет исследовать Ганимед (множество пролётов и выход на орбиту), Каллисто (12 пролётов) и Европу (2 пролёта). Аппарат будет двигаться по достаточно сложной траектории, поэтому достигнет Юпитера лишь летом 2031 года.
1 июля с помощью РН Falcon 9 был запущен европейский космический телескоп Euclid (русс. «Евклид»), предназначенный для изучения расширения Вселенной и истории формирования её крупномасштабных структур, а также влияния на неё тёмной материи и тёмной энергии. Интересно отметить, что первоначально телескоп хотели запустить на российской РН «Союз-СТ-Б», но это стало невозможно из-за политической обстановки.
«Евклид» в космосе, иллюстрация. Credit: ESA.
Космический телескоп «Евклид» примерно через месяц вышел на гало-орбиту в точке Лагранжа L2 на расстоянии около 1,5 млн км от Земли, где уже работают, например, «Джеймс Уэбб» и «Спектр-РГ». Ещё 3 месяца ушли на подготовку к началу работы.
Туманность Конская Голова, снимок телескопа «Эвклид». Credit: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi.
7 ноября 2023 года Европейское космическое агентство опубликовало первые научные снимки «Эвклида», полученные приборами видимого и инфракрасного диапазонов спектра в рамках программы Early Release Objects.
2 сентября, после успеха лунной миссии «Чандраян-3», Индией с помощью РН PSLV был запущен аппарат для исследования Солнца Aditya-L1. Аппарат будет работать на гало-орбите в точке Лагранжа L1 в системе Солнце — Земля на расстоянии около 1,5 млн км от нашей планеты, которую он достигнет в январе 2024 года.
Aditya-L1 в космосе, иллюстрация. Credit: ISRO.
И хотя зонд Aditya-L1 не достиг заданной орбиты, специалисты уже после запуска начали вводить в эксплуатацию его научные приборы, причём довольно многочисленные, и получать первые научные данные.
7 сентября в Японии с помощью РН H-II и вместе с лунным аппаратом SLIM, о котором будет написано позже, был запущен рентгеновский космический телескоп X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM, русс. «Миссия по рентгеновской визуализации и спектроскопии»). Он построен на замену предыдущему японскому космическому рентгеновскому телескопу Hitomi, который вышел из строя через месяц после запуска из-за ошибки в программном обеспечении. В создании XRISM активно принимало участие NASA.
XRISM в космосе, иллюстрация. Credit: JAXA.
XRISM успешно выведен на заданную околоземную орбиту, работает и проходит подготовку к началу наблюдений.
24 сентября NASA успешно доставило на Землю образцы грунта (101955) Бенну — самого опасного астероида из известных. Образцы были собраны и доставлены к Земле космическим аппаратом NASA OSIRIS-REx, их изучение поможет лучше узнать прошлое Солнечной системы и Земли, лучше понять природу малых небесных тел. И хотя учёным уже удалось извлечь часть материала из капсулы, проблемы с парашютной системой привели к заклиниванию её крышки, поэтому большую часть образцов ещё не удалось достать.
Полнофункциональный макет капсулы во время подготовки наземных служб 30 августа 2023 года. Credits: NASA.
Так как OSIRIS-REx ещё функционирует и у него ещё остались запасы топлива, в NASA решили начать его расширенную миссию. Аппарат переименуют в OSIRIS-APEX («APophis EXplorer», русс. «Исследователь Апофиса»), а его новой целью станет астероид Апофис.
1 ноября 2023 года космический аппарат NASA «Люси» сблизился со своей первой целью — астероидом (152830) Динкинеш. Исследование вблизи выявило необычную особенность, которая немного удивила астрономов — астероид оказался двойным, т. е. у него есть собственный спутник, причём последний оказался контактной системой из двух почти идентичных слипшихся тел. Это первый случай, когда контактную двойную систему обнаруживают на орбите вокруг другого астероида.
(152830) Динкинеш и его необычный спутник. Credit: NASA/Goddard/SwRI/Johns Hopkins APL/NOAO.
13 октября в США с помощью РН Falcon Heavy компании SpaceX к астероиду Психея была запущена миссия Psyche. Этот астероид в СМИ и научно-популярной литературе иногда называют «драгоценным» из-за огромного содержания в нём различных металлов, особенно железа и никеля. Однако по-настоящему он драгоценен для науки, ведь это один из самых странных астероидов из известных! Psyche должна будет достигнуть своей цели в 2029 году, сейчас же с помощью аппарата проводятся эксперименты с дальней лазерной космической связью.
Psyche в космосе, иллюстрация. Credit: NASA.
Первоначально Psyche должны были запустить в 2022 году, но пуск перенесли из-за неисправностей испытательного стенда. Из-за этого сорвался другой проект: вместе с Psyche должна была быть запущена миссия Janus с двумя небольшими исследовательскими зондами-«близнецами» Serenity и Mayhem к двойным астероидам 1996 FG3 и 1991 VH. Но перенос запуска Psyche сделал невозможным их достижение, поэтому NASA пыталось найти новые подходящие астероиды, но агентству это так и не удалось. Также специалисты попытались найти новые РН для запуска Janus, но подходящих пусков, в рамках которых можно было бы отправить аппараты на нужную орбиту, не было, а запуск их на отдельной ракете не хватает финансирования. Инженеры также рассмотрели вариант полёта зондов вместе с Psyche в Главный пояс астероидов, но план оказался неосуществим по энергетическим соображениям: солнечные батареи зондов Janus не смогли бы вырабатывать достаточное количество энергии на таком расстоянии от Солнца. Возможно, в будущем будет выделено дополнительное финансирование, и аппараты всё-таки будут запущены, в истории такие прецеденты были. Сейчас они на долгосрочном хранении у производителя — на заводе компании Lockheed Martin в американском штате Колорадо.
Исследования Луны
В связи с большим числом событий, связанных с исследованием Луны, целесообразно рассмотреть их отдельно.
Неудачей закончились миссии частного японского лунного посадочного аппарата Hakuto-R компании ispace Inc. с арабским луноходом «Рашид» и американского кубсата (небольшого аппарата) Lunar Flashlight, которые были запущены 11 декабря 2022 года на одной РН Falcon 9.
Hakuto-R на Луне. Иллюстрация. Credit: ispace Inc.
Hakuto-R разбился при посадке 25 апреля: связь с ним прервалась перед самым касанием. Причина, как позже выяснилось, крылась в ошибке программного обеспечения. Проблемы возникли и с Lunar Flashlight, который не смог выйти на орбиту Луны, но мог в ограниченном режиме выполнять исследования, но его работу было принято решение также прекратить. Без каких-либо нареканий остаётся лишь работа РН Falcon 9 компании SpaceX.
14 июля в Индии с помощью РН LVM-3 (Launch Vehicle Mark-III, русс. «Ракета-носитель, тип 3») была запущена миссия «Чандраян-3», которая состояла из орбитального модуля и посадочного аппарата с луноходом. Это была вторая попытка страны доставить свой луноход на небесное тело после неудачи в 2019 году. И всё получилось!
Индийский луноход, запечатлённый посадочным модулем. Credit: ISRO.
«Чандраян-3» вышла на орбиту Луны 5 августа, так как использовалась «медленная» схема перелёта для экономии топлива, которое понадобилось при прилунении и работе на орбите Луны. После произошла отстыковка от двигательного модуля и прилунение посадочного модуля 23 августа. Луноход успешно съехал с рампы и проработал вместе с посадочным модулем один лунный день — аппараты не были приспособлены для того, чтоб пережить экстремальный холод лунной ночи.
Благодаря «Чандраян-3» Индия стала 4 государством после СССР, США и КНР, чей аппарат смог совершить мягкую посадку на естественный спутник Земли! У индийской миссии самая южная точка прилунения в истории космонавтики, хотя в это же время на это претендовала наша «Луна-25». Кстати о ней...
11 августа была запущена российская миссия «Луна-25», это был первый отечественный аппарат за 47 лет, отправленный в космос для изучения Луны. 16 августа «Луна-25» вышла на орбиту Луны.
«Луна-25» в космосе, иллюстрация. Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/НПО им. С. А. Лавочкина/ИКИ РАН.
19 августа российская автоматическая межпланетная станция «Луна-25» должна была совершить манёвр для перехода на предпосадочную орбиту. Но связь с аппаратом была потеряна, после Госкорпорация «Роскосмос» признала потерю миссии. Причиной аварии стали, как выяснилось, неисправные акселерометры в блоке измерения угловых скоростей (БИУС-Л), которые были созданы взамен иностранных.
7 сентября в Японии на одной РН H-II вместе с упомянутым выше рентгеновским космическим телескопом XRISM был запущен аппарат Smart Lander for Investigating Moon (SLIM, русс. «Умный посадочный модуль для исследования Луны»). Это небольшой демонстратор технологий, предназначенный для проверки ряда технологических решений, а также для совершения сверхточной посадки с отклонением не более 100 м.
SLIM на Луне, иллюстрация. Credit: JAXA.
На орбиту Луны SLIM вышел 25 декабря. Этот зонд, как и индийский «Чандраян-3», летел так долго из-за очень сложной орбиты, которая позволяет сэкономить топливо ценой времени. До середины января 2024 года орбита будет снижаться и аппарат будет переведён на круговую орбиту, после чего начнётся подготовка к посадке, которая запланирована на 19-20 января. Если всё пройдёт успешно, Япония станет 5 государством после СССР, США, Китая и Индии, чей аппарат совершил мягкую посадку на Луну.
Новый 2024 год, как и 2023, обещает быть крайне интересным. Будем надеяться, что всё будет гладко, космонавтика продолжит своё развитие, а человечество сможет узнать много нового о бесконечных манящих космических далях, попутно ещё больше осваивая них!
