Космические рубежи: зачем России окололунная станция

Теперь официально. Роскосмос готовится к участию в проекте строительства окололунной посещаемой станции Deep Space Gateway (DSG), предложенном NASA. Идея состоит в создании многомодульной посещаемой станции на гало-орбите в нескольких тысячах километров от Луны. Такая станция должна стать новой лабораторией для изучения космических эффектов и опорой для дальнейших исследовательских пилотируемых полетов на Луну и Марс.

Проект был представлен NASA в марте 2017 года, когда стал очевидным курс на Луну новой администрации президента США Дональда Трампа. NASA при Бараке Обаме отказалась от идей достижения Луны и обозначила целью Марс с переходным этапом посещения околоземного астероида — Asteroid Redirect Mission. Ввиду сложности, а главное длительности, обозначенной стратегии, подход нового президента направлен на приближение каких-либо существенных результатов. Сначала он предложил запустить к Луне людей сразу в первом испытательном полете ракеты SLS и корабля Orion в 2019 году, но технические специалисты отговорили — риск высок.

Через месяц вышло первое описание программы Deep Space Gateway. Проект опирается на текущие достижения в разработке сверхтяжелой ракеты Space Launch System, межпланетного космического корабля Orion и Международной космической станции.

Успешным опытом МКС является и международная кооперация, когда в строительстве и обслуживании станции участвует несколько национальных космических агентств. Общим условием является проведение исследований гражданской направленности, однако каждая страна самостоятельно определяет приоритеты. В проекте МКС участвуют США, Россия, Европа (22 страны объединенные Европейским космическим агентством), Канада и Япония. Практически все они приглашены к участию в проекте Deep Space Gateway. Судя по всему Россия предложила еще пригласить к сотрудничеству страны БРИКС, но тут вопрос еще открыт: если Индия или Бразилия вряд ли вызовут у кого-то возражения, то участие Китая может быть блокировано со стороны США.

Идея Deep Space Gateway выглядит более масштабно и амбициозно по сравнению с планами захвата и посещения астронавтами маленького астероида. Однако практически сразу она подверглась критике со стороны многих ученых и популяризаторов. Так, основатель «Марсианского сообщества» Роберт Зубрин на страницах Washington Post написал эссе «Худший план NASA» — главная претензия к космическому агентству в том, что оно планирует направить значительные ресурсы на приближение к Луне без возможности посадки: «Мы не сделаем на такой станции ничего, что не могли бы сделать на сегодняшней МКС, только подвергнем человека воздействию космической радиации — за такие медицинские опыты нацистских врачей вешали в Нюрнберге».

Тем не менее, Россия активно включилась в разработку, и совместные совещания Роскосмоса и NASA начались практически сразу после объявления проекта.

Зачем окололунная станция NASA и Роскосмосу?

Можно понять негодование энтузиастов освоения космоса — как можно пролететь 400 000 км и остановиться на окололунной орбите, хотя садиться научились полвека назад? Но это действительно так: сейчас ни NASA, ни Роскосмос не разрабатывают пилотируемых систем посадки на Луну, за исключением некоторых концептов на ранних этапах.

В то же время у США и NASA есть ряд причин в пользу проекта. Эти причины и технологические, и экономические, и политические, и даже психологические.

Программа долговременных орбитальных станций началась в 70-е годы и Международная космическая станция стала венцом всей работы двух сверхдержав и их партнеров. К настоящему времени освоены технологии длительного пребывания человека в космосе, то есть основная цель всех станций достигнута. Сегодня человек может провести в невесомости более года без существенного вреда для здоровья. Таким образом на Марс уже можно слетать и вернуться. Никуда дальше людям в ближайшие десятилетия лететь не придется, поэтому поддержание гигантской орбитальной станции на околоземной орбите выглядит избыточным. Конечно, там проводят массу исследований не только биологического характера, но многие уже готовы лететь дальше.

Всего год назад NASA еще готовилось к полету на Марс, два года назад новый глава ESA выдвинул идею Moon Village — строительство долговременной базы, а три года назад зампред Правительства Дмитрий Рогозин со страниц «Российской газеты» объявил задачу «прийти на Луну навсегда». Да и Китай недвусмысленно демонстрирует подготовку к пилотируемому достижению Луны. На МКС же все просто засиделись, наука идет, но рутинные полеты не вдохновляют, хотя пропагандистское значение пилотируемой космонавтики почти всегда преобладало над научным. Нужно было придумать что-то интереснее, но в то же время не более затратное. В этом плане лунный DSG лучше всего подходит — это самое малое, что может себе позволить пилотируемая космонавтика, чтобы выпрыгнуть с низкой околоземной орбиты.

Многим кажется, то лунная поверхность — это единственный логичный шаг от околоземных станций, а окололунная кажется какой-то полумерой. Но тут не учитывается важный предел, который отделяет современную космонавтику от лунной поверхности. Посадка на Луну — это сложная и ответственная операция, сравнимая по риску со стартом с Земли. В 60-е риск в космических полетах являлся неотъемлемой частью профессии, и космонавты с астронавтами осознанно шли в миссии, которые обещали только 30% успеха. Общество с пониманием относилось к неизбежным жертвам, то сейчас время другое. Даже на войне всё больше функций передается беспилотникам, а уж в мирном космическом деле необоснованный риск кажется безумством. Не удивительно, что NASA переубедило Трампа, объяснило, что не стоит отправлять людей в первом полете Orion, хотя запустить шаттл с парой пилотов в 1981 году в испытательный полет считалось нормальным.

Экономическая причина окололунной станции тоже важна. Строительство на Луне потребует значительных расходов не только на посадочную систему, но и новую конструкцию жилых модулей. Сегодня научились строить станции для невесомости, а гравитация 1/6 от земной — это непроверенные условия, которые потребуют большой подготовительной работы, испытаний, промышленного перевооружения. Время никто в NASA терять не хочет, и повышения бюджета с нынешнего уровня тоже никто не обещал.

Та конструкция станции, которая сейчас предлагается в концепте NASA, практически ничем не отличается от МКС, и многое заимствует: жилые модули, солнечные батареи, радиаторы. Однако, эта станция не будет простым повторением пройденного. Разница в расстоянии и в эпизодическом посещении экипажами.

Расстояние до Луны свет проходит примерно за 1 секунду, т.е. задержка связи между станцией и Землей не покажется существенной. Но разговоры — это лишь один канал обмена информацией. Сейчас МКС очень плотно связана с Землей, поскольку контроль и управление практически всех бортовых систем ведется с поверхности. Круглосуточно за поддержанием стабильной работы станции следят около 400 специалистов в Королёве и Хьюстоне, между станцией и Землей идет интенсивный обмен информацией. Для окололунной станции потребуется обеспечивать большую степень автоматизации. Автономность бортовых систем — это непременное условие для перелетов в дальнем космосе, поэтому развитие требуемое для работы DSG необходимо и для дальнейшего освоения пространства.

Похожая ситуация и с обеспечением станции водой, продуктами и атмосферой. Снабжение МКС обеспечивается регулярным и плотным потоком кораблей снабжения: примерно раз в два месяца корабли привозят по 2 т необходимых ресурсов. При этом использование той же воды идет по разомкнутому циклу. Только в качестве эксперимента экипаж может употреблять свои же переработанные продукты жизнедеятельности. Даже на «Мире» было больше «ресайклинга» (переработки продуктов жизнедеятельности). Для полетов у Луны такая расточительность избыточна, как и в случае с полетом на Марс. Т.е. точно так же эта станция поможет подготовить технику к следующему шагу.

Окрестности Луны — это уже межпланетное пространство, поэтому радиационная обстановка там такая же, что ожидает экипажи по пути к Красной планете. МКС летает под прикрытием магнитного поля и верхних слоев атмосферы, но из-за того же магнитного поля облучение добавляется из первого радиационного пояса. Важным преимуществом низкой околоземной орбиты является сама Земля, которая закрывает больше 40% пространства и экранирует галактическую и солнечную радиацию. Так, что в межпланетном пространстве фон будет примерно в два раза выше чем на МКС, и от него придется защищаться более сложными средствами. Впрочем, такое средство уже известно — вода. Она является эффективным замедлителем космических частиц, и водяную прослойку придется добавлять в стены обитаемых отсеков.

Конечно, автономные системы и защиту можно делать и для МКС, но в них не будет прямой потребности, поэтому это будут лишь выборочные эксперименты, а Луна потребует готового промышленного решения.

Посещаемый характер станции приведет к изменению принципов научных исследований. Сегодня многие эксперименты МКС требуют постоянного внимания или регулярного обслуживания со стороны космонавтов. По сути, космонавты на орбите выступают в роли лаборантов, которые проводят эксперименты различных научных коллективов. Вахтовый режим DSG вынудит экспериментаторов готовить автономные системы, требующие от людей только доставки, установки, подключения, а потом возвращение результатов. Кажется — стало только сложнее. Но от самих экспериментаторов неоднократно звучало недовольство качеством исследований на МКС. Вопреки распространенному представлению, на МКС совсем не «чистая» невесомость: мешает повышенная вибрация от систем жизнеобеспечения, высокий звуковой шум, периодические ускорения, которые делает станция для поддержания орбиты. У Луны и без людей результаты проводимых опытов должны стать чище. Если же спрос на эксперименты в невесомости будет повышаться, NASA сможет поддержать своих частников, давно планирующих запускать собственные околземные пилотируемые станции.

Сможет станция оправдать и свое название: «Ворота в глубокий космос». Размещение DSG планируется на около-вертикальной гало орбите на орбите у Луны. Это значит, что станция не будет летать по кругу близко к поверхности, как «Аполлоны». Гало орбита охватывает значительные пространства вокруг Луны, где станция сможет балансировать между т.н. точек Лагранжа. Сейчас выбрана орбита где станция сможет пролетать на высоте 2000 км над северным полюсом Луны и взмывать на 75000 км над южным, одновременно оставаясь на связи с Землей. Эта позиция выигрышна и для достижения Луны, и для полетов на Марс.

https://www.youtube.com/watch?v=X5O77OV9_ek

Наличие жилой станции позволит значительно упростить процедуру посадки на Луну. Имея базу на орбите, можно увеличить объем и массу посадочного корабля, и доставлять к станции его автоматически. Большой модуль облегчит работу на поверхности, позволит задержаться дольше, привезти больше оборудования, провести больше экспериментов, изучить больше площади, начать капитальное строительство.

От Луны проще стартовать и к Марсу. Если собирать марсианский корабль на окололунной гало-орбите, постепенно подвозя баки с топливом и элементы конструкции, то можно сэкономить до трети массы топлива на полет, по сравнению со стартом с околоземной орбиты. Можно добиться еще большей экономии, если прихватить часть станции в виде отсека марсианского корабля.

Не стоит забывать и политический мотив. Сегодня главный внешнеполитический противник США — Китай. И он уже приближается к созданию своей собственной околоземной станции. Поэтому США важно подчеркнуть сохраняющееся технологическое превосходство, лунная станция для этого отлично подходит, и здесь Россия, Европа и Япония просто помогают в этом.

Какой же интерес тут у России?

Несмотря на политические разногласия России с США, в российской космической отрасли возобладал здравый смысл, подкрепленный экономическими мотивами. Для Роскосмоса сотрудничество с NASA в 90-е годы по программе «Мир», и в 2000-е по программе МКС практически обеспечило сохранность и высокий уровень пилотируемой космонавтики. Проект МКС на сегодня продлен до 2024 года, и после него никто не мог бы назвать достойную и одновременно посильную для бюджета цель. Несмотря на декларируемые лунные амбиции, как только зашла речь о деньгах при принятии Федеральной космической программы на 2015-2025, под нож первым делом пошла сверхтяжелая ракета, без которой достижение Луны крайне затруднено. Была надежда на четырехпусковую схему с «Ангарой А5В», но и о ней пришлось забыть, когда стало ясно что для этой ракеты нет другого спроса, а на Восточном будет только один стартовый стол. Смогли сохранить только разработки межпланетного космического корабля «Федерация», но без «Ангары-А5В» он обречен на околоземные полеты, где сейчас доминирует готовый к работе «Союз-МС».

Даже если предположить, что в бюджете нашлись деньги на сверхтяжелую ракету, стоит ли надрывать отрасль десять лет ради того, чтобы повторить прогулку Армстронга 60-летней давности? А что потом? Свернуть все работы и забыть, как сделали США в 70-е?

В результате, до вчерашнего дня, Роскосмос находился в патовой ситуации — лететь на Луну денег и особого смысла нет, а около Земли есть смысл летать только на МКС, которая скоро закончится. Но с вхождением в лунное партнерство всё меняется.

Во-первых, снова появляются возможности получения заказов на разработку и эксплуатацию техники для NASA. Во-вторых, в сверхтяжелой ракете и межпланетных полетах появляется долговременный смысл, ведь мы не просто летим за самоутверждением, а летим на работу для развития техники и продвижения человечества в дальний космос, причем в значительной степени не за свой счет. В-третьих, отрасль получает столь долгожданный новый стимул развития: наконец появляется смысл в корабле «Федерация», новых модулях станции, системах жизнеобеспечения, скафандрах, приборах, лунных спутниках, луноходах... Молодые коллективы наконец могут реализовать себя не в повторении советских схем, а привнести что-то свое на современном уровне.

Участие Роскосмоса помогает и NASA. Программы, которые NASA пыталось развивать в одиночку: Constellation, Asteroid Redirect Mission, оказались очень уязвимы к переменам внутриполитического курса. Международное же партнерство налагает взаимные обязательства и отказ о какого-то проекта приобретает не только экономический, но и политический окрас, и тут никто не захочет терять лишние очки. Это касается и российских международных программ.

Так что, несмотря на преобладающее участие США в проекте DSG, зависимость партнеров тут взаимная, что, собственно, и называется сотрудничеством в освоении космоса. Можно это только приветствовать.