Technology

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

Американське аерокосмічне агентство NASAрозглядає 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 по відправці космічного апарату «Оріон» навколо Місяця в наступному році. Прийняте рішення може стати не тільки доленосним для позначеної місії, але і в цілому здатне серйозно вплинути на те, як будуть проводитися амбітні космічні місії в дальній космос в майбутньому, вважає інтернет-видання The Verge.

Стимулом для агентства «тримати ніс» в сторонукомерційної спрямованості може бути бажання виконати дану ним обіцянку по графіку запланованих запусків, вважає видання. Завершення розробки надважкої Космічної системи запуску (Space Launch System, SLS) забере 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 в будь-якому випадкувиявиться 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, буде 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 забере дуже багаточасу 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 воно 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, NASAхоче в наступному році відправити в тритижневу подорож навколо Місяця два космічні апарати: порожній корабель «Оріон» (в майбутньому буде використовуватися в якості пілотованого корабля), а також циліндричний модуль European Service Module з системами харчування і життєзабезпечення для 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 модуля в точку призначення в рамках одного запуску.

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

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

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

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

«Одна з причин, яка в кінцевому підсумку привелаСША 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 в компанії Boeing.

Однак такий підхід суттєво ускладнює запуск. Земна гравітація дуже сильна. Тому для виведення 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 замкнутий круг.

Художнє уявлення майбутньої ракети-носія SLS

Оскільки ракети стають все більше і більше,все дорожче стає їх виробництво і запуск. І це як раз одна з основних проблем нової ракети SLS. Лише на одну її розробку протягом останнього десятиліття NASA витратило понад 14 мільярдів доларів. При цьому носій досі не готовий. Як тільки це станеться, то очікується, що агентство зможе запускати її не частіше двох разів на рік, оскільки вартість кожного запуску становитиме 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 буде знаходитися поряд з ціною запуску SLS.

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

Збірка в космосі

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

І все-таки технології, які будуть необхіднідля 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 зі стикувальним шлюзом МКС.

«Система LIDAR і технологія машинного зору,які були 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, яка розробила 3D-принтер для друку в умовах мікрогравітації, перевірка якого проводилася на борту МКС.

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

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

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

«Розподіливши навантаження на кілька запусків, апотім використовуючи технології космічного виробництва та збирання, ми дійсно могли б створювати космічні апарати більш вигідним з економічної точки зору чином », - вважає Раш.

Ризики і складності

Всі ці зміни безумовно зажадають своєї ціни. І не тільки у фінансовому плані. Автоматичне стикування та збирання в космосі, за словами Брайденстайна, поки несуть за собою дуже великі ризики для NASA.

«Використання особливої ​​системи стиковкипілотованих космічних апаратів на орбіті з перспективою подальшого руху до Місяця додає небажані складність і ризики майбутньої місії », - написав глава агентства у відкритому зверненні до співробітників NASA.

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

Використання комерційних ракет-носіїв такожне обов'язково вирішить всі проблеми. На даний момент 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 нових комерційних 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 буде неминучепри врахуванні того, що всі комерційні носії не йдуть в порівняння з SLS, практично вся робота, яка була проведена до цього, стане марною. В такому випадку ні про яке запуску «Оріона» в червні 2020 року і мови бути не може », - прокоментував The Verge анонімно один зі співробітників компанії Lockheed Martin, що працює над космічним кораблем« Оріон ».

Обговорити статтю можна в нашому Telegram-чаті.