На новой ракете «Вулкан» без российских двигателей к Луне в США запущен аппарат «Перегрин». Их детальный обзор и видео запуска.

В США была запущена новая ракета-носитель (РН) Vulcan Centaur, которая придёт на замену Atlas V с российскими двигателями РД-180 на первой ступени, с частным космическим аппаратом Peregrine, что должен будет осуществить мягкую посадку на Луну и выпуск лунохода.

Что за новая ракета и как прошёл её запуск, каковы особенности зонда Peregrine и как он будет изучать Луну?

Содержание:

• Запуск
• Полёт и прилунение
• Ракета «Вулкан»
• «Перегрин»

Запуск

Запуск РН Vulcan Centaur с зондом Peregrine. Отрывок с трансляции. Credit: United Launch Alliance/SciNews.

Запуск РН Vulcan Centaur (русс. «Вулкан-Центавр» или просто «Вулкан») был произведён 8 января 2024 года в 10:18 по московскому времени со стартовой площадки SLC-41 космодрома на мысе Канаверал. Боковые ускорители отделились через 1 минуту 50 секунд, первая ступень проработала 5 минут и также отделилась. В 5:15 были запущены двигатели второй ступени, которые проработали более 10 минут, через 43 минуты после запуска они были запущены вновь на 3 минуты. Через 50 минут и 26 секунд «Перегрин» отделился от адаптера полезной нагрузки второй ступени РН.

Пуск имеет название CERT-1, полёт «Перегрина» — Peregrine Mission One.

РН была запущена в конфигурации VC2S: VC — Vulcan Centaur, 2 — установлено 2 боковых ускорителя, S — размеры головного обтекателя (стандартный). Также обратите внимание на голубоватое пламя, которое лучше всего заметно во время зажигания и после отделения боковых ускорителей. Такой цвет вызван использованием метана в качестве топлива, но этот факт будет рассмотрен позже.

Пуск произвела компания United Launch Alliance (ULA) — это совместное предприятие Boeing и Lockheed Martin, которое осуществляет запуски РН Atlas V, Delta IV Heavy, Space Launch System, а теперь и «Вулкан», в интересах таких заказчиков, как NASA (да, американское космическое агентство уже давно не осуществляет пуски, а покупает их у посредников), военные агентства, частные компании.

Полёт и прилунение

Луны «Перегрин» достигнет в 23 февраля 2024 года. Почему так долго? Как и во множестве других миссий, аппарат будет использовать «медленную» схему перелёта, которая, впрочем, позволяет сэкономить топливо.

РН запустила аппарат на орбиту вокруг Земли, после он перейдёт на траекторию перелёта к Луне и выйдет на орбиту вокруг неё, постепенно уменьшая апоселений — самую дальнюю от Луны точку орбиты.

Схема перелёта «Перегрина» к Луне. Масштаб не соблюдён. Credit: Astrobotic Technology.

Прилунение планируется на видимой стороне Луны в Заливе Вязкости, рядом с лавовыми куполами Грюитузена.

Залив Вязкости — регион, где должен будет прилуниться «Перегрин». Изображение составлено из снимков зонда NASA Lunar Reconnaissance Orbiter. Credit: NASA/GSFC/Arizona State University.

Примерное место прилунения «Перегрина». Credit: Astrobotic Technology.

Ракета «Вулкан»

Начнём с того, что РН «Вулкан» создана на замену Atlas V (русс. «Атлас-5»), пуски которой тоже осуществляет ULA. Как уже указывалось выше, на её первой ступени устанавливаются российские керосиновые жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) РД-180, на второй — водородные RL-10 от американской компании Aerojet Rocketdyne, при необходимости устанавливаются боковые ускорители с твердотопливными ракетными двигателями (ТТРД). «Атлас-5» создавалась с 90-х, именно тогда российские предприятия получили возможность участвовать в американских проектах. Не будем вдаваться в подробности, ибо вся та история достойна отдельной статьи, но тогда для ракет «Атлас-3» (эксплуатация прекращена) и «Атлас-5» Научно-производственным объединением «Энергомаш» был предложен ЖРД РД-180. Не нужно думать, а так считают многие, что американцы не могли сами создать двигатель. Могли: США и до распада СССР, и после активно запускали РН и «Спейс Шаттлы» с собственными ЖРД, на второй ступени (Centaur III) устанавливается американский RL-10, а для первой ступени «Атлас-5» предлагались и американские двигатели. Причина выбора проста — это был отличный двигатель по низкой цене. Причём низкая цена объяснялась низкой стоимостью материалов, энергии, а также, увы, малыми зарплатами. Но продажи РД-180 помогли «Энергомашу» в трудные для страны времена и даже, как иногда утверждается, спасли предприятие.

Ракета-носитель Atlas V во время сборки. На первой ступени виден российский ЖРД РД-180. Credit: United Launch Alliance.

«Атлас-5» летает с 2002 года, но со временем политические события заставили ULA задуматься об отказе от российских двигателей. О прекращении закупок РД-180 американцами было объявлено ещё в 2021 году, в 2022 их поставки прекратились. Какой-то проблемой для космонавтики США это не стало, так как к этому времени число запусков ракет с нашими двигателями составляло лишь несколько в год. Сейчас используют остатки наших ЖРД на складе, а на замену «Атлас-5» приходит «Вулкан». Первый запуск последней регулярно откладывался, причём как и из-за неготовности ракеты, так и из-за неготовности полезной нагрузки, которую для первого пуска приходилось даже менять.

Высота РН «Вулкан» составляет 61,6 м в самом малом варианте, т. е. по высоте она сравнима с 20-этажным зданием, максимальный диаметр (без учёта боковых ускорителей) — 5,4 м. Ракета способна вывести в мощнейшей конфигурации на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой до 27,2 т, на геостационарную переходную орбиту — до 15,3 т, при запуске на Луну или к иным планетам — до 12,5 т.

Запущенная сегодня РН «Вулкан» на стартовом столе 6 января. Credit: United Launch Alliance.

Это полностью одноразовая РН, однако ULA планирует в будущем восстанавливать наиболее дорогие компоненты первой ступени. Также есть планы по созданию более мощной трёхступенчатой РН «Вулкан», которая будет иметь обозначение Vulcan Heavy.

На РН «Вулкан» можно установить 0, 2, 4 или 6 боковых ускорителей с ТТРД Graphite Epoxy Motor (GEM) 63XL от компании Northrop Grumman. Их число зависит от массы запускаемой полезной нагрузки.

Первая ступень вместо одного керосинового двухкамерного (т. е. у него 2 камеры сгорания и 2 сопла) ЖРД РД-180 закрытого цикла, как на «Атлас-5», оснащена двумя однокамерными (поэтому и двигателей 2 шт., при этом их суммарная тяга выше: почти 490 тс на уровне моря против 390 тс у одного РД-180) BE-4 закрытого цикла и производства американской компании Blue Origin. Оба двигателя работают независимо друг от друга и используют жидкий метан в качестве топлива и жидкий кислород в качестве окислителя. Как утверждает Blue Origin, при создании BE-4 не привлекались государственные средства, только частные инвестиции. Использование метана позволило применить автогенный наддув, когда один из компонентов топливной пары газифицируется и подаётся в топливные баки. Наддув необходим для безкавитационной работы турбонасосов ЖРД, чаще всего для этого используется газ наддува (азот или гелий), который находится в специальных баках, что утяжеляет РН. Испытания BE-4 начались в 2015 году, а первые готовые двигатели были поставлены ULA в 2020 году.

Сборка первой ступени запущенной сегодня РН «Вулкан». Хорошо видны двигатели BE-4. Credit: United Launch Alliance.

Вторая ступень — Centaur V — новая версия знаменитой линейки Centaur, которая берёт своё начало с 60-х. Centaur V имеет длину 5,4 м против 3,05 м Centaur III на «Атлас-5», на него установлено 2 ЖРД RL10C от Aerojet Rocketdyne, использующие жидкий водород в качестве топлива и жидкий кислород как окислитель.

В будущем на РН «Вулкан» также планируют запускать пилотируемый космический корабль CST-100 Starliner.

Отдельно остановимся на топливе первой ступени — метане. Это ракетное топливо становится всё более и более популярным, а в 2023 году была впервые успешно запущена РН на метане. «Вулкан» является второй успешно запущенной РН на этом топливе, пуски остальных ракет, увы, закончились неудачей. Несмотря на растущую популярность нового топлива, его использование всё же не является революционным. Оно обладает как и рядом преимуществ, так и рядом недостатков. Подробнее об этом описано в статье, посвящённой первой успешно запущенной метановой РН.

РН «Вулкан» в самой мощной конфигурации. Credit: United Launch Alliance.

«Перегрин»

Сначала отметим, что это первый посадочный лунный аппарат США со времён «Аполлон-17», т. е. с 1972 года. Но это лишь возвращение на поверхность — американцы и до этого запускали огромное число орбитальных миссий.

Космический аппарат Peregrine (русс. «Перегрин», «Сапсан», от лат. peregrinus — «чужеземец, странник») создан компанией Astrobotic Technology в рамках программы NASA Commercial Lunar Payload Service (CLPS), которая предполагает отправку на Луну, а особенно к её Южной полярной области, исследовательских зондов. Последние должны протестировать ряд технологий и собрать научные данные для новой лунной программы США с широким международным участием «Артемида». Это уже 3 пуск в рамках «Артемиды» и 1 в рамках CLPS. Интересно отметить, что «Перегрин» летит не к Южному полюсу Луны, но миссия всё равно не менее интересная.

«Перегрин» на Луне, иллюстрация. Credit: Astrobotic Technology.

Astrobotic Technology была основана в 2007 году в штате Пенсильвания для участия в конкурсе Google Lunar X PRIZE, который завершился без победителей. После компания участвовала в различных исследовательских программах NASA, а с 2018 года участвует в программе CLPS.

Ширина «Перегрина» составляет 2,5 м, высота — 1,9 м, стартовая масса — 1283 кг, для посадки имеются 4 опоры. Аппарат может брать до 265 кг полезной нагрузки, но в этом запуске её масса составила 90 кг. Источник питания — солнечные батареи, энергия накапливается в литий-ионных батареях. По бокам имеются радиаторы охлаждения, которые являются составной частью решётчатого алюминиевого «скелета» аппарата. Внешне «Перегрин» покрыт экранно-вакуумной теплоизоляцией, которой покрываются почти все современные космические аппараты и которая необходима для регуляции их температуры. Это многослойная оболочка из тонкой плёнки с металлическим напылением.

«Перегрин» перед установкой на РН «Вулкан». Credit: Astrobotic Technology/ULA.

«Перегрин» имеет 5 основных двигателей с суммарной тягой 340 кгс. В дополнение к ним имеется 12 двигателей (4 связки по 3 двигателя в каждой) системы ориентации и управления, каждый двигатель может развивать тягу 4,5 кгс. В качестве топлива используется монометилгидразин, окислитель — тетраоксид азота.

Система управления, в основе которой лежит радиационно стойкий 32-разрядный двухъядерный процессор LEON 3 FT, не только управляет системами «Перегрина», навигацией и ориентацией, но также должна позволить в автоматическом режиме, используя лазерный дальномер NDL и камеры, избежать помех (валуны, кратеры) при прилунении.

Для связи с Землёй используется несколько антенн, работающих в X-диапазоне (7 — 10,7 ГГц), а также... Wi-Fi. Да, всё верно, он будет использоваться для связи с луноходом «Ирис», будет работать по стандарту IEEE 802.11n и использовать частоту 2,4 ГГц. Для приёма и передачи данных на Земле будет использоваться Сеть дальней космической связи NASA.

Судя по имеющимся данным, «Перегрин» будет работать в течение 1 лунного дня (примерно 14 земных дней) и не предназначен для того, чтоб пережить экстремально холодную лунную ночь.

Полезная нагрузка аппарата впечатляет. Её можно разделить на научную и... культурную (памятную), предназначенную для будущих колонистов. Начнём с научной:

• NIRVSS — спектрометр ближнего инфракрасного диапазона для летучих соединений, будет измерять содержание у лунной поверхности воды, углекислоты, метана и других соединений. Создан Исследовательским центром Эймса, США.
• NSS — нейтронный спектрометр, будет определять содержание воды в месте прилунения. Сделан Центром космических полётов Годдарда, США.
• PITMS — масс-спектрометр с ионной ловушкой, будет исследовать экзосферу (чрезвычайно разреженную атмосферу) Луны, а также выбросы летучих соединений. Создан Центром космических полётов имени Годдарда, NASA и Европейским космическим агентством.
• LETS — спектрометр линейной передачи энергии, будет собирать данные о составе радиационного излучения. Разработан Космическим центром Джонсона, США.
• М-42 — ещё один радиационный детектор, но уже немецкий.
• LRA — лазерная ретрорефлекторная решётка — пассивный элемент, который можно будет использовать в будущем для точного определения расположения прилуняющихся космических кораблей. Создан Центром космических полетов Годдарда, США.
• TRN — автономный датчик относительной навигации по местности, который предназначен для совершения посадки на поверхность планет с беспрецедентной точностью менее 100 метров. Разработан в США Космическим центром имени Джонсона, Лабораторией реактивного движения и компанией Moog.
• LINX-UNAM — первый латиноамериканский научный инструмент для работы на поверхности Луны. Прибор сбросит 5 небольших луноходов (массой около 60 гр и размером 12 см), которые должны будут продемонстрировать автономное и скоординированное исследование лунной поверхности.
• Луноход «Ирис» — пожалуй, самое интересное на борту «Перегрина». Он создан студентами и преподавателями Университета Карнеги-Меллон в США, и будет представлять собой самый маленький луноход в истории — его масса составляет всего 2 кг. Оснащён рядом камер для исследования вблизи лунного реголита. Интересно и то, что связь с аппаратом будет осуществляться с помощью Wi-Fi, о чём уже упоминалось ранее.

Луноход «Ирис» во время сборки. Credit: Astrobotic Technology/Carnegie Mellon University.

 Культурная полезная нагрузка, предназначенная для будущих колонистов:

• Pocari Sweat Lunar Dream — созданная в Японии капсула времени, которая содержит 185 872 сообщений от детей со всего мира.
• MoonArk — проект Университета Карнеги-Меллон, воплощает искусство, гуманитарные науки и технологии в наборе замысловатых объектов.
• «Ковчег» — один из «ковчегов» The Arch Mission Foundation, которая разрабатывает носители информации для хранения знаний человечества на других планетах.
• DHL MoonBox — капсула от немецкой компании DHL, содержащая небольшие памятные личные предметы людей со всего света: от фотографий и романов до студенческих работ и даже кусочка Эвереста.
• Lunar Mission One — созданный в США цифровой носитель с различным интересным содержимым.
• «Память человечества на Луне» — созданная в Венгрии табличка, что содержит архивные изображения и тексты, читаемые с помощью 10-кратной лупы.
• Памятная табличка Spacebit. Spacebit — английская компания, которая работает над инструментами анализа космических данных и роботизированными концепциями освоения космоса, включая искусственный интеллект и передовую микроробототехнику.
• BitMEX — информационный накопитель в виде монеты, на который загружен 1 биткоин.
• BTC INC. — накопитель, на котором записана копия первого добытого блока в блокчейне биткойна — Genesis Block.
• Небольшие урны с прахом от компаний Elysium Space и Celestis.

Будем надеяться, что полёт и прилунение «Перегрина» пройдут гладко!

Первоисточник статьи

Author: Колпаксиди Александр Павлович.