Важкі міжпланетні кораблі для далеких перельотів. Росія сподівається на космічну спадщину СРСР. американці вже на крок попереду Заплановані запуски у далекий космос

Рік, що настав, обіцяє стати не таким багатим на події в космонавтиці, як 2018-й. Проте все ж таки саме 2019-й буде особливо важливим для Росії та США, оскільки перша втратить монополію на пілотовані пуски до МКС, а другі почнуть самостійно відправляти власних астронавтів на навколоземну орбіту. Також особливий інтерес представляє запуск місії Beresheet, успіх якої дозволить особливо наочно довести, що на дослідження далекого космосу здатна будь-яка розвинена держава. розповідає про основні події у космонавтиці, які заплановані на 2019 рік.

Матеріали на тему

Кінець російської монополії

Перший демонстраційний безпілотний політ пілотованого корабля Dragon 2 заплановано на другу половину січня. Корабель на навколоземну орбіту виведе важка ракета Falcon 9, а запуск буде здійснено з майданчика Космічного центру імені Джона Кеннеді (на північний захід від мису Канаверал). У ході польоту планується отримати дані про характеристики ракети Falcon 9, корабля Dragon 2, функціонування систем наземного забезпечення, орбітальної та стикувальної систем, а також протестувати приземлення апарату. Зібрана інформація буде використана для сертифікації пілотованих систем SpaceX.

Пілотований політ Dragon 2 до МКС заплановано на червень. Безпілотна місія корабля Starliner має відбутися у березні, з екіпажем – у серпні.

Важливою обставиною є те, що в США будуть два діючі пілотовані кораблі, місткість і вантажопідйомність яких суттєво перевищують можливості єдиного російського «Союз МС», що зрештою значною мірою є радянською розробкою півстолітньої давності.

Зображення: Nathan Koga / SpaceFlight Insider

Перед НАСА було поставлено завдання відправити людей на поверхню Місяця та Марс. Це означає, що наступного року ми можемо очікувати на тестові запуски ракети Space Launch System.

«Політ людини на Марс? Та це ще не скоро», - упевнена, так відповість майже будь-який житель нашої планети. Однак, майбутнє не таке далеко, як здається. Цього тижня космічне агентство NASA заявило, що ракета Space Launch System (SLS) та космічна капсула для екіпажу «Оріон» вже перебувають на етапі спільного збирання. А це означає, що вже наступного року ми можемо чекати на тестові запуски ракети з капсулою поки що без екіпажу. Пілотований політ до Місяця заплановано NASA на 2023 рік.

Ракета Space Launch System для освоєння далекого космосу

Дослідження космосу людиною

З того часу, як завершилися пілотовані місії з метою освоєння космосу, минуло вже кілька десятків років. Так, астронавти безперервно працюють на МКС, і США тепер навіть готові до самостійних запусків космонавтів на станцію за допомогою ракети SpaceX Falcon 9 та капсули Dragon Crew. Але все ж таки ми хочемо щось більше – ми хочемо пілотованих польотів на Місяць та Марс.

​

Система космічних запусків SLS

Для цих цілей NASA розробляє і створює систему космічних запусків SLS, яка включає двоступінчасту ракету довжиною понад 100 метрів і діаметром 8,4 метра і космічний корабель «Оріон». Очікувалося, що тестовий політ ракети відбудеться ще в 2017 році, але у зв'язку з проблемами з фінансуванням перший безпілотний запуск був зрушений на 2020 рік, а відправлення астронавтів на Місяць тепер заплановано на 2023 рік.

Безпека пілотованих місій

Весь цей процес здається нам надто довгим – знову затримки, зрушення планів. Але не варто забувати, що на відміну від запуску на Марс апарату InSight, до якого теж ретельно готувалися, у пілотованих місіях ціна помилки занадто велика. Тому й вимоги до безпеки космічного апарату, який доставлятиме екіпаж, набагато вищі.

Так, наприклад, капсула «Оріон» повинна буде повернутися на Землю в цілості та безпеці навіть якщо ракета виявиться несправною. У червні цього року проводитиметься перевірка такої аварійної посадки. Ракета-носій підніме апарат «Оріон» на висоту кілька тисяч метрів, звідки він повинен буде самостійно спуститися на Землю.

Американське аерокосмічне агентство NA2SA розглядає як альтернативу власної надважкій ракеті-носія SLS, розробка якої ведеться як мінімум останнє десятиліття, ідею використання для запуску дуже важливої ​​для агентства місії з відправки космічного апарату «Оріон» навколо Місяця наступного року. Прийняте рішення може стати не лише доленосним для зазначеної місії, але й загалом здатне серйозно вплинути на те, як проводитимуться амбітні космічні місії в далекий космос у майбутньому, вважає інтернет-видання The Verge.

Космос безмежний і маленький корабель у ньому виглядає просто піщинкою.

Стимулом для агентства «тримати ніс» у бік комерційного спрямування може бути бажання виконати дану їм обіцянку за графіком 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 запланованого на червень 2020 року запуску. На ринку вже є готові комерційні рішення, готові хоч зараз летіти на Місяць.

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

Іншими словами, процес вимагатиме дуже багато часу та зусиль, і при цьому жодних 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 для успішного здійснення амбітних космічних місій у далекий космос – простіше буде покластися на компактніші носії, виконуючи по кілька запусків за раз.

Космічний буксири

Згідно з поточними планами майбутньої місії, NASA хоче наступного року відправити в тритижневу подорож навколо Місяця два космічні апарати: порожній корабель «Оріон» (в майбутньому використовуватиметься як пілотований корабль), а також циліндричний модуль European Service Module з системами живлення та життєзабезпечення. корабля. Для подолання сили тяжіння, виведення обох апаратів на навколоземну орбіту та відправлення їх до Місяця потрібно дуже багато ракетного палива. Однак потужності SLS вистачить для того, щоб відправити обидва модулі до точки призначення в рамках одного запуску.

Якщо ж NASA вирішить використовувати для доставки апаратів до Місяця «комерційний підхід», то доведеться задіяти два комерційні носії, оскільки досить потужна приватна ракета, здатна впоратися з цим завданням за один запуск — просто немає. Наразі найпотужнішими американськими комерційними ракетами є від компанії SpaceX та Delta IV Heavy від United Launch Alliance. Обидва носії безумовно вражають, проте навіть вони не йдуть у порівнянні з тими можливостями, які матиме SLS, коли її нарешті доберуть.

У цьому випадку один носій використовуватиметься для виведення космічного апарату «Оріон» та модуля European Service Module на навколоземну орбіту, де вони затримаються на деякий час. Друга ракета-носій використовуватиметься для доставки до «Оріона» та сервісного модуля космічного буксира. Опинившись на орбіті, цей буксир, оснащений своїми запасами палива та двигунами, здійснить стикування з «Оріоном» і, запустивши двигуни, потягне обидва апарати у бік Місяця.

«Це аналогічно сільськогосподарській техніці, яка тягне за собою причіп або спеціальне обладнання. Тільки в цьому випадку йдеться про окремий модуль, що є руховою установкою», — прокоментував The Verge Даллас Б'єнхофф, голова приватної космічної компанії Cislunar Space Development Company, яка займається розробкою технологій для місій у далекий космос.

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

"Одна з причин, яка в кінцевому підсумку призвела США до розробки Space Launch System полягає в тому, що ми звикли до того, щоб в рамках одного запуску виводилося максимально можливе корисне навантаження", - додає Б'єнхофф, який також працював над технологіями космічних буксирів у 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 потребує використання великої ракети. І що більше сама ракета, то більше палива потрібно виведення корисного навантаження на навколоземну орбіту. Це справжнє замкнуте коло.

Художнє уявлення майбутньої ракети-носія SLS.

Оскільки ракети стають дедалі більше, дедалі дорожчим стає їх виробництво і запуск. І це саме одна з основних проблем нової ракети SLS. Лише одну її розробку протягом останнього десятиліття NASA витратило понад 14 мільярдів доларів. При цьому носій досі не готовий. Як тільки це станеться, 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 коштує приблизно 350 мільйонів, а вартість запуску того ж Falcon Heavy починається з суми нижче 100 мільйонів доларів. Навіть якщо запускати обидва носії разом, все одно вартість навіть близько не буде поруч із ціною запуску SLS.

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

Складання корабля в космосі

Звісно, ​​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 має технічних можливостей стикування з космічними буксирами, «тому в період з цього моменту і до червня 2020 року NASA знадобиться розробити систему стикування, яка має таку можливість. ».

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

"Система LIDAR і технологія машинного зору, які задіялися кораблем Crew Dragon для автоматичного стикування з МКС - це ті технології та обладнання, які можуть збиратися і встановлюватися на космічні апарати безпосередньо вже в космосі", - вважає Ендрю Раш, голова 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 щодо виведення важких космічних апаратів на . Принаймні у майбутній перспективі. Питання необхідності використання великих ракет могло б вирішити складання обладнання частинами 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 кількома корисними навантаженнями, а потім зібрати все вже на орбіті. Такий самий підхід (принаймні частково) можна було б використовувати і при складанні космічних кораблів. До того ж, NASA вже встигло зіткнутися з проблемами збирання дуже габаритних космічних апаратів та їх розташуванням усередині ракети. Взяти хоча б ту саму космічну обсерваторію нового покоління «Джемс Вебб», яка не зовсім поміщається в ракету-носій, яка має доставити її до космосу. Апарат вийшов настільки великим та складним, що його доведеться запускати всередині РН у складеному вигляді, а потім у 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 не встигне початися.

При можливості проводити збирання космічних апаратів безпосередньо в космосі, а також використовувати технології адитивного виробництва, відпаде необхідність у початковому збиранні апаратів на Землі.

"Розподіливши навантаження на кілька запусків, а потім використовуючи технології космічного виробництва та складання, ми дійсно могли б створювати космічні апарати більш вигідним з економічного погляду чином", - вважає Раш.

Чим небезпечний космос

Всі ці зміни, безумовно, вимагатимуть своєї ціни. І не лише у фінансовому плані. Автоматична стиковка та складання в космосі, за словами Брайденстайна, поки що несуть за собою надто великі ризики для NASA.

"Використання особливої ​​системи стикування пілотованих космічних апаратів на орбіті з перспективою подальшого руху до Місяця додає небажані складності та ризики майбутньої місії", - написав глава агентства у відкритому зверненні до співробітників NASA.

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

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

«При зміні плану польоту, що буде неминуче при врахуванні того, що всі комерційні носії не йдуть у порівнянні з SLS, практично вся робота, яка була проведена раніше, стане марною. У такому разі ні про який запуск «Оріона» у червні 2020 року й мови не може бути», — прокоментував The Verge анонімно один із співробітників компанії, який працює над космічним кораблем «Оріон».

Перша половина 2000-х років стала дуже важким часом для російської космонавтики - проблеми з фінансуванням призвели до затоплення станції «Мир» у 2001 році, на обслуговування якої щороку потрібно близько $200 млн. Проблемами з бюджетом частково пояснюється і невдалий запуск апарату «Фобос », будівництво якого розпочалося у 2004 році.

У 2006 році Роскосмос прийняв космічну програму до 2015 року, якої явно не вистачало амбітності - документ передбачав лише підтримку в робочому стані існуючої інфраструктури. У той же період розпочалося будівництво космодрому «Східного» та відбувся перший політ ракети «Союз-2.1в».

У рік закінчення космічної програми Росія почала втрачати позиції на міжнародному ринку космічних запусків і через рік поступилася першістю США. У 2018 році Росія має 16 орбітальних запусків, з яких один закінчився невдачею. Лідером сфери став Китай, запустивши на орбіту 36 космічних апаратів, на другому місці опинилися США із 30 вдалими орбітальними запусками.

Зниження числа запусків частково пов'язане із збільшенням терміну служби супутників, проте основною причиною є висока вартість запусків на російських ракетах порівняно із пропозиціями конкурентів.

Пілотовані програми

На даний момент у Росії всього дві діючі пілотовані програми – орбітальна станція МКС та космічні кораблі сімейства «Союз МС». Майбутнє обох програм видається невизначеним.

У ракет-носіїв сімейства «Союз» з'явився серйозний конкурент Falcon 9 від SpaceX, запуски супутників на якій обходяться вдвічі дешевше, ніж на російських ракетах. Наприклад, виведення на орбіту кілограма вантажу на кораблі компанії Ілона Маска коштує замовнику $1,5 тис., тоді як на «Союзі» - майже $3 тис.

Станція "Союз". Фото: NASA / Shutterstock

Інша проблема – аварія ракети-носія «Союз-ФГ», яка сталася 11 жовтня 2018 року при спробі вивести на орбіту пілотований корабель «Союз МС-10». Система аварійного порятунку дозволила уникнути загибелі космонавтів, проте причина аварії виявилася досить болісною для Росії - при відділенні першого ступеня позаштатно спрацював один із датчиків, який відповідає за поділ сходів. Причиною збою могло бути тільки неякісне складання ракети-носія - датчик пошкодили ще за умови встановлення.

Репутація «Союзів» постраждала і через дірку у обшивці корабля, причину появи якої остаточно встановити так і не вдалося. Комісії, яка займалася розслідуванням інциденту, не вдалося встановити, чи отвір просвердлено на Землі чи в космосі.

Незрозуміла і доля МКС – найбільшого космічного проекту, в якому бере участь Росія. Експлуатація станції має завершитися 2024 року, а російська сторона неодноразово пропонувала партнерам продовжити його до 2030 року. Проте США, від фінансування яких критично залежить станція, відмовилися від цієї пропозиції.

Зараз США щороку вкладають у МКС понад $2,5 млрд, тоді як Росія - лише $1,5 млрд, а європейська, японська та канадська космічні агенції - менше $1 млрд разом узятих. Відхід США з проекту унеможливить його продовження - навряд чи країни-учасники будуть готові збільшити його фінансування на порядок.

Імовірність того, що НАСА втратить інтерес до МКС, збільшує і проект з будівництва близькомісячної станції Lunar Orbital Platform-Gateway, який лише у 2019 році обійдеться США у $2,7 млрд. Росія також візьме участь у ньому, але на правах підрядника - і, можливо, розмістить у ньому свої модулі.

Росія також не має незалежного доступу до космосу - стартовий комплекс для запуску ракет «Союз» на космодромі «Східному» досі відсутній. Крім того, запуски супутників на орбіти з низькими способами (екваторіальні та близькі до них) вимагають надто багато палива при запуску з північних космодромів. Тому економічно вигідні космодроми, які використовує Росія, знаходяться на території трьох інших держав – Казахстану («Байконур»), Франції («Куру») та США («Морський старт»).

Непілотовані програми

Росія не має жодного апарату за межами орбіти Землі - і це багато говорить про космічну програму країни. Дослідницькі місії у далекому та ближньому космосі виконують США, Євросоюз, Японія, Китай та Індія – Росія далека від лідерства у цьому напрямі.

Скоротити відставання найближчим часом навряд чи вдасться - бюджет Федеральної космічної програми, ухвалений на 2016-2025 роки, значно скоротився останнім часом. На десять років він становить 1,406 трлн рублів – замість 2,5 трлн спочатку запланованих. З них розділ "Фундаментальні космічні дослідження" (ФКІ) складає всього 143,2 млрд рублів - тобто по 14 млрд рублів щорічно. До нього входить підтримка всіх існуючих дослідних місій, а також розробка нових, запуск яких намічено на найближчі десятиліття.

Серйозною втратою для галузі стало закриття програми вивчення Сонця, яка могла здійснити наукову революцію в астрофізиці - проекту «Інтергеліозонд». Апарат призначався для вивчення сонячної корони та полярних областей зірки, які не видно із Землі. У лютому місія була згорнута через брак фінансування та технічні складнощі, з якими зіткнулися інженери. Усі роботи над проектом припинено.

Росії не вдалося запустити дві місії до Марса - "Марс-96" та "Фобос-Грунт" - а також супутник "Фотон-М1".

2 квітня 2019 року Роскосмос оголосив про припинення місії єдиного в Росії орбітального телескопа – «Спектр-Р». Пропрацювавши 7,5 років замість трьох запланованих, 10 січня телескоп перестав виходити на зв'язок із Землею. Інженери намагалися перезапустити апарат чотирма різними способами, проте жодна зі спроб не мала успіху.

Заплановані запуски

Великим успіхом для російської космічної галузі стане запуск «Федерації» - якщо він колись відбудеться. Розробка космічного корабля, здатного виконувати польоти до Місяця та перебувати у складі космічної станції до року, ведеться з 2005 року. Проте терміни запуску апарату багаторазово переносилися – очікується, що перший політ важкої версії «Федерації» до супутника Землі відбудеться після 2025 року.

У 2020 році Роскосмос планує зробити наступний крок у частині створення ракетних двигунів – тоді держкорпорація планує провести перші випробування двигуна РД-0162, який має прийти на зміну РД-180. Новий двигун працюватиме на метані, а як окислювач використовуватиметься зріджений кисень. Двигун зможе забезпечити потяг до 200 т. 1 квітня 2019 року роботи над ним припинилися – глава Роскосмосу Дмитро Рогозін заявив, що кошти, необхідні для реалізації проекту, підуть на оплату боргів Центру імені Хруничева.

У проміжку до 2026 року Роскосмос має намір запустити кілька дослідних місій. Серед них - спектрометри "Спектр-ФГ" і "Спектр-М", які повинні прийти на зміну єдиному російському орбітальному телескопу "Спектр-Р", що вийшов з ладу. У 2023 році Росія разом з Європейським космічним агентством (ESA) планує запустити місяцеходи «Місяць-26» та «Місяць-28» для дослідження супутника Землі.

На 2025 рік агентство запланувало місію "Фобос-Грунт 2". У рамках проекту автономна космічна станція має вирушити на супутник Марса, Фобос, і доставити на Землю зразки ґрунту. 2020 року Роскосмос та ESA запустять програму «Марс-2020», яка займеться пошуком доказів наявності чи відсутності життя на Червоній планеті. Також Росія має намір відправити дослідницькі апарати на Меркурій, Юпітер та Венеру. Якщо на ці програми буде достатньо грошей.

Космічний туризм

Відправлення туристів до космосу – не новий напрямок для Роскосмосу. З 2001 по 2009 роки держкорпорація відправила на МКС сімох туристів, але потім припинила надавати цю послугу через нерентабельність. Проте конкуренція зі SpaceX змусила корпорацію повернутися до космічного туризму – і перший комерційний політ відбудеться вже 2020 року.

На МКС туристів доставить корабель "Союз МС-10", а пошуком клієнтів займеться американська компанія Space Adventures. Аналогічні послуги з 2025 року надаватиме російська приватна компанія «КосмоКурс». Політ на побудованому нею кораблі на навколоземну орбіту займе 15 хвилин, його вартість становитиме $250 тис. за пасажира.

Будь-хто, хто мріє побачити людей, що подорожують на Марс, буде радий почути, що NASA розповіло про прогрес над кораблем, який доставить нас туди. Ракета Space Launch System та капсула екіпажу Orion «збираються разом», повідомили у NASA. Агентство представило приблизний графік, за яким планує побачити два космічні апарати в небі. Безпілотний випробувальний політ заплановано на 2020 рік, а пілотована місія навколо Місяця - на 2023 рік.

NASA готується підкорювати космос із SLS

В останні тижні всі очі були прикуті до спільного підприємства SpaceX і NASA, коли космічний апарат успішно злетів, пристикувався і поринув у Атлантичний океан. Все це дало надію на те, що NASA отримає власну систему запуску екіпажу, готову до пілотованих польотів.

Crew Dragon, поряд з Boeing Starliner, дасть NASA можливість відправляти астронавтів на Міжнародну космічну станцію, коли це необхідно, але амбіції агентство в глибокому космосі вимагатиме чогось значно надійнішого.

Ось де знадобиться система Space Launch System, або SLS. SLS - це велика ставка NASA на подорожі в далекий космос, а колосальна ракета дозволить агенції відправляти пілотовані місії на Місяць і, зрештою, на інші планети.

Очікується, що випробування, яке відбудеться у червні, дозволить перевірити заходи безпеки, які застосовуються до капсули «Оріон». Система скасування запуску, яка включається у разі серйозної відмови ракети, веде екіпаж від гарантованої загибелі і дозволяє повернутися на Землю цілістю та безпекою. Випробування не включатиме ракету SLS, проте "Оріон" розмістять на носії, який підніме капсулу на 10 000 метрів, тому інженери зможуть перевірити функції системи скасування.

Тим часом, SLS все ще знаходиться на етапі будівництва, і інженери зараз будують структуру та адаптери, які дозволять зібрати все воєдино. У NASA впевнені, що дорога місія складається більш ніж вдало.

А як ви вважаєте? Підпишіться на наш канал з новинами у Телеграмі, буде ще багато цікавого на тему.