Избежать Arte-miss*
Политически некорректная инструкция по спасению терпящей неудачу программы NASA Артемида
Чтобы куда-то попасть, Артемиде нужно избежать пути в никуда.
01.10.2024, Эрик Бергер, arstechnica.com
Независимо от результатов выборов этого года, в США через несколько месяцев будет новый президент. Хотя для большинства американцев есть множество вопросов более важных, чем космические полеты, новый лидер страны неизбежно по-новому взглянет на космическую политику страны.
Среди главных приоритетов для следующей администрации должно быть укрепление плана NASA Artemis по возвращению людей на Луну. Эта амбициозная и важная программа существует уже полдесятилетия, и хотя общие цели по-прежнему пользуются хорошей поддержкой в Конгрессе и космическом сообществе, в фундаменте есть некоторые тревожные трещины.
- Первый пилотируемый полет на космическом корабле «Орион», разработка которого велась два десятилетия, остается под вопросом из-за проблем с тепловым экраном.
- Первая лунная миссия не имеет надежной даты. Официально NASA планирует отправить эту миссию Artemis III на Луну в сентябре 2026 года. А когда неофициально? Давайте посмотрим правде в глаза. Необходимо не только решить проблему с теплозащитой Orion, но и маловероятно, что и лунный посадочный модуль (корабль Starship компании SpaceX), и скафандры (создающиеся Axiom Space) будут готовы к этому времени. Вероятно, более реалистичная дата - не ранее 2028 года.
- Планы космического агентства после Artemis III еще более сложны. Миссия Artemis IV номинально будет включать дебют более крупной версии ракеты NASA Space Launch System (SLS), новую стартовую башню и стыковку с новой космической станцией около Луны, Lunar Gateway.
- Появляется все больше свидетельств того, что Китай вкладывает ресурсы в надежную лунную программу по высадке двух астронавтов на Луну к 2030 году, стремясь одержать геополитическую «победу», обойдя Америку в ее возвращении на Луну.
Неизменный или даже сокращенный бюджет NASA усугубляет все эти проблемы, и космическое агентство вряд ли получит его значительное увеличение в ближайшем будущем. Таким образом, фундаментальная проблема с Artemis заключается в том, что NASA пытается сделать слишком много с этой программой дальнего космоса, имея слишком мало ресурсов. Мы уже видели доказательства того, что NASA каннибализирует свои научные программы, включая значительные сокращения финансирования космического телескопа Chandra и отмену миссии VIPER, чтобы покрыть расходы на раздувание Artemis.
Если агентство продолжит идти по этому пути, подобно лягушке в кипящей воде, программа «Артемида», скорее всего, закончится провалом.
Простой план
К счастью, у меня есть решение. Оно может быть непопулярным в политическом плане, и в нем будут проигравшие. Среди крупнейших — Boeing, SpaceX и два полевых центра NASA, Marshall Space Flight Center и Johnson Space Center. Однако, если Artemis хочет добиться успеха, необходимо сделать сложный выбор.
Для политиков здесь есть две стратегические цели под угрозой. Первая — проиграть геополитически важную гонку против Китая, России и их партнеров за возвращение на Луну в 21 веке. Вторая — пожертвовать устойчивой лунной программой ради той, которая будет не по карману в долгосрочной перспективе.
В этом контексте я предлагаю вам основные политические решения, которые, по моему мнению, следует принять для поддержки программы «Артемида» как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе:
- Отменить модернизацию ракеты SLS до Block 1B;
- Обозначить Centaur V как новую верхнюю ступень для ракеты SLS.
Вот и все вкратце. Читайте дальше, чтобы узнать подробности.
Отказаться от Лунных Врат
Концепция Lunar Gateway существует уже более десяти лет. Изначально она была задумана, потому что у ракеты SLS и космического корабля Orion не было «пункта назначения». Ракета для Orion и его служебный модуль не обладали достаточной производительностью, чтобы вывести космический корабль на низкую лунную орбиту, а затем впоследствии полететь обратно на Землю.
Решением стало строительство небольшой космической станции Gateway на более высокой орбите вокруг Луны (почти прямолинейной гало-орбите), куда Орион мог бы добраться и с которой мог бы улететь.
С тех пор NASA модифицировало свою программу дальнего космоса, включив в нее посадки на поверхность Луны. Так что теперь Луна является фактическим пунктом назначения. Однако чем дольше программа финансируется правительством, тем сложнее ее убить. Исходя из этого, NASA придумало другое обоснование для Gateway.
Этим летом, в преддверии интервью с администратором NASA Биллом Нельсоном, я предложил несколько тем, которые хотел бы обсудить. Одна из них была просто о том, почему он считает, что Lunar Gateway необходим для лунных амбиций NASA. У него было время подготовиться. Тем не менее, вот ответ Нельсона, полностью:
«У нас будет не только промежуточная станция для астронавтов, у нас будет возможность заниматься наукой круглый год, даже когда астронавты не будут на Gateway. И если вы хотите получить более подробный ответ, мы найдем вам ученых и поговорим о науке».
Это администратор NASA, после предварительного уведомления объясняющий обоснование Gateway. Во-первых, астронавтам не нужна промежуточная станция. В миссии Artemis III Orion будет напрямую стыковаться со Starship. Так что Gateway просто не нужен, чтобы достичь Луны.
Во-вторых, если цель NASA — провести научные исследования на орбите вокруг Луны, оно может построить несколько роботизированных орбитальных аппаратов стоимостью в несколько сотен миллионов долларов. Тратить в 20 раз больше, чтобы отправить четырех человек на орбиту вокруг Луны на несколько недель каждый год или два, гораздо менее выгодно.
Помимо ответа Нельсона, есть и другие причины, по которым NASA выбрало Gateway. Одна из них заключается в том, что он может стать «перевалочным пунктом» для пилотируемых миссий на Марс или в другие места Солнечной системы. Однако ожидается, что Gateway прослужит всего 15 лет, и поэтому, вероятно, он устареет до того, как понадобится NASA для миссий на Марс. Этот момент был подчеркнут в недавнем отчете Счетной палаты США.
«В настоящее время программа Gateway работает над тем, чтобы запустить свою первоначальный основной модуль в 2027 году. Таким образом, Gateway может превысить запланированный 15-летний срок службы на орбите уже в 2042 году, когда пилотируемые миссии на Марс только начнутся», — говорится в отчете.
(Все эти радостные разговоры о том, что Gateway станет перевалочным пунктом для миссий на Марс, в любом случае глупы. Единственный корабль, который проектируется или строится сегодня и который мог бы достичь Марса при нашей жизни с людьми на борту, — это космический корабль Starship компании SpaceX или его преемники. И они предназначены для дозаправки на низкой околоземной орбите, а не на Луне.)
Некоторые сторонники Gateway также отмечают, что такая станция расширяет успешное партнерство, установленное в ходе программы Международной космической станции. Это, вероятно, самое разумное обоснование в поддержку Gateway. Ключевые партнеры в Европе и других местах планируют в конечном итоге построить модули для присоединения к Gateway. Однако NASA может улучшить ситуацию, взяв на себя обязательство по созданию полупостоянного поселения на поверхности Луны. Международные партнеры могли бы заменить модули Gateway полетами на Луну и возможностью построить там обитаемые модули.
Я хочу здесь кое-что ясно заявить. Я не против космической станции на орбите Луны, и я, конечно, не питаю никакой неприязни к тем, кто работает над программой Gateway. Просто Gateway вносит расходы и сложность в программу Artemis в то время, когда NASA борется с избытком того и другого.
Если Gateway будет отменен, то больше всего пострадают SpaceX и Космический центр Джонсона в Хьюстоне. У SpaceX есть контракт, потенциально оцениваемый в миллиарды долларов, на доставку Lunar Gateway в течение 15 лет. У SpaceX и так много забот, так что потеря такого контракта вполне преодолима. Что касается Космического центра имени Джонсона, то команды, ведущие проект Gateway, могут перейти к работе над более трудоемкими видами деятельности на поверхности.
NASA получит несколько преимуществ от отмены Gateway. В частности, уменьшится количество энергии, или delta-v, необходимое для выполнения лунных миссий. Устранение Gateway также упрощает посадку на Луну. Требование, чтобы и Orion, и Starship стыковались и расстыковывались с Gateway, излишне усложняет задачу. Также есть досадная проблема, что, поскольку Starship намного больше Gateway, он может дестабилизировать меньшую по размеру станцию.
Также есть деньги, которые можно сэкономить. Первоначальное строительство Lunar Gateway, как ожидается, обойдется в 5,3 млрд долларов. Ежегодное обслуживание, вероятно, составит порядка 1 млрд долларов. Наконец, есть еще одна важная причина. И она большая — отмена Gateway дает NASA возможность отменить дорогостоящую версию Block 1B ракеты SLS.
Блок 1Б: быть или не быть?
NASA и Boeing работают над усовершенствованием Block 1B для ракеты SLS уже десять лет. По сути, это подразумевает разработку более мощной второй ступени, известной как Exploration Upper Stage, которая будет размещена на вершине основной ступени. Boeing разрабатывает эту новую верхнюю ступень. Кроме того, NASA работает с Bechtel над строительством более крупной стартовой башни для этого нового транспортного средства.
И верхняя ступень, и пусковая башня отстают от графика и — поскольку эти проекты были предложены как «затраты плюс», а не как фиксированная цена — значительно превышают бюджет. NASA теперь ожидает, что разработка ракеты Block 1B обойдется в 5,7 млрд долларов к моменту ее завершения в 2028 году. Первоначально ракета должна была быть готова в 2021 году за гораздо меньшую сумму. Что касается пусковой башни, ее стоимость выросла почти в 10 раз — до предполагаемых 2,7 млрд долларов. Она должна была быть завершена к настоящему времени.
Главное преимущество новой верхней ступени заключается в том, что она увеличивает производительность ракеты SLS с 27 до 38 тонн доставляемых до Луны. Это позволяет ракете запустить на лунную орбиту не только космический корабль Orion, но и «совместную» полезную нагрузку. Однако в первую очередь NASA использует эту функцию для доставки элементов Lunar Gateway, где их сможет ввести в эксплуатацию экипаж Orion.
Все верно. По сути, Block 1B существует исключительно для создания Gateway. Нет необходимости в этой новой ступени SLS для миссий по высадке людей. Она также не нужна для доставки материалов на Луну. Два крупнейших лунных посадочных модуля NASA по контракту, Starship от SpaceX и Blue Moon от Blue Origin, планируют использовать свои собственные большие ракеты. NASA не нуждается в одноразовой ракете SLS, у нее будет два многоразовых средства для доставки больших грузов на Луну.
Отменив Block 1B, NASA не только сэкономит миллиарды долларов на еще не израсходованных расходах на разработку, но и значительно сократит стоимость одного запуска ракеты SLS. Это потому, что стоимость одной Exploration Upper Stage, скорее всего, составит около 1 миллиарда долларов, что абсурдно для всего лишь второй ступени ракеты.
Особенно, когда есть вариант получше.
Centaur V оживает
Для первых трех запусков ракеты SLS, известной как Block 1, NASA приобрела у United Launch Alliance «промежуточную криогенную ступень». Это слегка модифицированная версия верхней ступени, ранее использовавшейся в ракете Delta IV компании United Launch Alliance.
Несмотря на то, что компания прекратила производство этой ступени, она заменила ее более мощной верхней ступенью Centaur V с аналогичной технологией. Хотя это не является прямой заменой Interim Cryogenic Propulsion Stage, в основную ступень ракеты SLS и ее стартовую башню могут быть внесены изменения для размещения Centaur V.
Почему бы просто не отказаться от запуска ракеты SLS прямо сейчас? Стоимость запуска составляет 4,1 миллиарда долларов, что, по общему признанию, является заманчивым вариантом с точки зрения бюджета. Но на данный момент самый прямой способ доставить астронавтов NASA на Луну - это полет на борту Orion на ракете SLS. Единственная важная функция, которую выполняют эти транспортные средства, — это доставка экипажа на почти прямолинейную гало-орбиту вокруг Луны и обратно.
Хорошей новостью является то, что Centaur V должен быть относительно дешевым, определенно крошечная часть того, что NASA заплатит за Exploration Upper Stage. Это потому, что United Launch Alliance уже планирует строить две дюжины таких в год для своей ракеты Vulcan. Добавление дополнительной ступени сверху не составит большого труда для компании, которая вложила значительные средства в более быстрое производство ускорителей и верхних ступеней.
Стоимость отмены Exploration Upper Stage приведет к финансовым потерям для Boeing. Однако, по словам генерального инспектора NASA, компания плохо справляется с контрактом. Кроме того, Boeing по-прежнему будет отвечать за основную ступень, это - прибыльный контракт. Инженеры NASA в Marshall Space Flight Center, работающие над программой верхней ступени, могут быть переориентированы на производство топлива на Луне, хранение топлива в космосе и поддержку важной работы над лунными посадочными модулями.
Это не решает всех проблем, но...
Эти варианты не решают непосредственных проблем NASA, связанных с Artemis, а именно, опасений по поводу теплового щита Orion и готовности лунного посадочного модуля Starship и скафандров для Artemis III. Однако отмена Gateway высвободит ресурсы для поддержки этих программ и позволит сосредоточиться на их успехе.
Кроме того, в ближайшей перспективе нет хороших альтернатив Orion и Starship, которые доставят нас на Луну быстрее. Orion — единственный доступный в ближайшие несколько лет корабль для людей в глубоком космосе. И других хороших вариантов посадки на Луну нет. Хотя некоторые сторонники старого космоса говорят, что NASA следует отказаться от Starship в пользу более простого посадочного модуля в стиле Apollo, это существенно увеличит бюджет NASA, а традиционные подрядчики почти наверняка не смогут поставить готовое к использованию в космосе оборудование в течение многих лет.
В долгосрочной перспективе, внесение вышеописанных изменений было бы чрезвычайно полезным для программы Artemis. Они четко обозначили бы цели NASA: сосредоточиться на деятельности на поверхности Луны, основать поселения вблизи Южного полюса и определить, какие ресурсы там есть и какие можно использовать. Это дало бы NASA солидный шанс превзойти Китай на Луне. Эта страна не собирается возиться с лунной космической станцией, а скорее сосредоточится на поверхности.
Эти изменения сэкономят около 2 миллиардов долларов в год в бюджете NASA по исследованию дальнего космоса.
Космическое агентство могло бы использовать эти средства на различные цели, в том числе на обеспечение финансирования лунного транспортного корабля, герметичного ровера, поверхностных жилищ, атомных электростанций и других лунных программ, чтобы они были успешными, и не испытывали недостатка в финансировании.
После десятилетий заточения на низкой околоземной орбите у NASA наконец-то появилась надежная программа отправки людей в глубокий космос. Но с текущим подходом агентство пытается сделать слишком много вещей по слишком многим причинам. Оно не может одновременно создать надежное присутствие на Луне и на высокой орбите вокруг Луны. Более простой подход — сосредоточение на лунной поверхности — это путь, который, скорее всего, приведет к успеху.
Сторонники Lunar Gateway утверждают, что он добавляет устойчивости программе Artemis, предоставляя промежуточную станцию. Проблема в том, что эта промежуточная станция, находящаяся на орбите вдали от лунной поверхности, на самом деле не находится на пути куда-либо.
Чтобы куда-то попасть, Артемиде нужно избежать пути в никуда.
* - В заголовке — игра слов. Arte-miss — многозначное слово, которое можно понять как: 1. Победительница конкурса красоты с артистическим талантом; 2. Искусная незамужняя девушка; 3. Провал (промах) космической программы Артемида.
Перевод: Александр Тарлаковский (блог tay-ceti)Оригинал: The politically incorrect guide to saving NASA’s floundering Artemis Program
Оригинал: The politically incorrect guide to saving NASA’s floundering Artemis Program