Смелая ставка НАСА на Starship для полета на Луну может навсегда изменить полёты в космос

Автор: | 25 апреля, 2021

 

In the future, what might lunar exploration look like if NASA can send multiple Starships there each year? This SpaceX rendering offers a vision of one such future.

Когда астронавты НАСА через несколько лет вернутся на Луну, они сделают это, находясь в посадочном модуле, который затмит корабль эпохи Аполлона. Размер SpaceX Starship от носового обтекателя до посадочных опор составляет 50 метров. По сравнению с ним, тесный Лунный модуль, доставивший Нила Армстронга и Базза Олдрина на Луну в 1969 году, был всего 7 метров высотой.

Это лишь один из многих действительно шокирующих аспектов решения НАСА, о котором было объявлено неделю назад, присудить SpaceX—и только SpaceX—контракт на разработку, испытания и полет двух миссий на поверхность Луны. Второй полет, во время которого астронавты будут доставлены на Луну, может состояться уже в 2024 году.

НАСА присудило SpaceX 2,89 миллиарда долларов за эти две миссии. Но этот контракт будет увеличен в размере, если НАСА выберет SpaceX для выполнения повторяющихся лунных миссий позже, в 2020-х годах. И это имеет ценность для SpaceX и НАСА во множестве других аспектов. Возможно, самое важное, что с этим контрактом НАСА сделало ставку на смелое будущее исследований. До сих пор планы НАСА по исследованию человеком дальнего космоса имели отголоски программы «Аполлон». НАСА говорило об «устойчивых» миссиях и планах с точки зрения затрат, но они были устойчивыми только по названию.

Делая ставку на Starship, что влечет за собой множество рисков для развития, НАСА получает шанс на то, что может стать гораздо более ярким будущим. То, в котором не горстка астронавтов отправляется на Луну или Марс, а десятки, а затем и сотни. В этом смысле Starship представляет собой для НАСА коренное отличие от прежних пилотируемых программ.

«Если Starship достигнет целей, которые поставил перед ним Илон Маск, Starship получает этот контракт, который можно сравнить с поддержкой правительством США строительства железных дорог на старом западе здесь, на Земле», — сказал Рик Тумлинсон, сторонник заселения Солнечной системы людьми. «Это меняет всё до такой степени, что никто сегодня не может этого представить.»

Тем не менее мы попытаемся понять некоторые способы, с помощью которых Starship может всё изменить.

1. Starship опережает график

В преддверии объявления НАСА 16 апреля я не ожидал, что SpaceX получит единственный или даже самый крупный контракт от НАСА на этом раннем этапе процесса разработки посадочного модуля.

Около года назад НАСА отобрало три различных заявки на создание Системы пилотируемой посадки (Human Landing System, HLS). В течение 10 месяцев каждый из трех подрядчиков дорабатывал свой проект и работал с инженерами НАСА, чтобы объяснить, как его посадочный модуль может удовлетворить потребности космического агентства. Команда во главе с Blue Origin представила самый обычный проект, адаптированный к запросу НАСА на спускаемый аппарат. Компания Dynetics предложила инновационный спускаемый аппарат с возможностью повторного использования, но он также был рассчитан на то, чтобы доставить на поверхность Луны всего нескольких астронавтов.

Image

SpaceX, напротив, представила версию своего марсианского аппарата в виде лунного спускаемого аппарата. В течение последних пяти лет SpaceX в значительной степени самофинансировала разработку Starship как многоразовой разгонной ступени массивной ракеты Super Heavy сверхтяжелого класса. Аппарат рассчитан на то, чтобы доставить на Марс десятки людей одновременно в течение шестимесячного путешествия. Таким образом, Starship слишком велик, чтобы доставить двух или четырех астронавтов на поверхность Луны. Но из трех посадочных аппаратов только он годится для полного повторного использования.

Starship также является самым технически сложным из трех , из-за своих размеров и предназначения. Среди самых больших препятствий — отработка посадки Starship, как на Луну, так и обратно на Землю. А для проведения миссий на Луну и за ее пределы, SpaceX должна разработать технологию дозаправки Starship метаном и жидким кислородом+ на низкой околоземной орбите.

«Одна из самых сложных инженерных проблем, известных человеку, — это создание многоразовой орбитальной ракеты», — сказал мне основатель SpaceX Илон Маск около года назад. — До безобразия трудно получить полностью многоразовую орбитальную систему.»

Поскольку существует так много технологических чудес, необходимых для обоснования конструкции Starship, я полагал, что НАСА не будет полностью полагаться SpaceX Starship в качестве потенциального посадочного модуля, пока он не полетит. Возможно, запуск Starship на орбиту будет достаточной демонстрацией технологии для НАСА. Или, может быть, SpaceX придется посадить его на Луну. Эта осознанная необходимость продемонстрировать жизнеспособность Starship является одной из причин, почему Маск и SpaceX строили и запускали корабли Starship в таком бешеном темпе в Южном Техасе в течение последнего года. Только в этом случае НАСА поверит в существование Starship.

Вместо этого НАСА взяло на себя обязательства по амбициозной программе еще до того, как Starship благополучно приземлился после высотных летных испытаний. В этом смысле поддержка НАСА Starship идет с опережением графика.

2. SpaceX нуждается в НАСА для полёта на Марс

После того, как SpaceX запустила более 100 ракет за последнее десятилетие, стало совершенно ясно, что ее инженеры сейчас являются лучшими в мире в проектировании, строительстве и полетах новых и инновационных ракет. Об этом свидетельствует выполнение программы Falcon-9, отработка повторного использования первой ступени и разработка ракеты Falcon Heavy.

Но строить большие ракеты — это одно. Другое дело — развить все другие возможности, необходимые для того, чтобы люди могли отправиться на Марс, приземлиться на красной планете и выжить там.

Когда дело доходит до космической деятельности, SpaceX опирается на опыт НАСА для Crew Dragon в рамках коммерческой пилотируемой программы. А что касается видов технологий, необходимых для длительных путешествий на Марс через дальний космос, то у SpaceX есть ограниченный опыт — на корабле Crew Dragon очень мало повторного использования воздуха, воды и других расходных материалов. НАСА, с другой стороны, работает над этими проблемами уже более десяти лет вместе с астронавтами на Международной космической станции.

Космическое агентство также проводит исследования для отправки миссий на Луну и Марс в течение десятилетий, говорит Абхи Трипати, который работал системным инженером в НАСА с 2000 по 2010 год, выполняя подобные анализы. Трипати покинул НАСА, чтобы работать в SpaceX над грузовой и пилотируемой модификациями космического корабля Dragon до 2020 года, когда он перешел в Калифорнийский университет в Беркли.

«НАСА, несомненно, привлечет огромное количество бесценной информации, технологий и экспертов по предмету, чтобы помочь SpaceX достичь их общей цели — высадить людей на Марс», — сказал Трипати, отвечая  Ars.

Сотрудничество НАСА и SpaceX на этом раннем этапе разработки Starship также помогает решить множество других вопросов, не связанных с транспортом. Например, для содействия развитию ядерной энергетики на поверхности Марса потребуется правительственное учреждение. И любые полеты человека на Марс поднимут вопросы защиты планеты и другие международные проблемы. Наличие НАСА рядом со SpaceX означает, что правительство США поможет решить все эти проблемы.

После этого, высадка людей на Марс примерно через десять лет кажется гораздо более реалистичной.

3. НАСА делает ставку на технологию, изменяющую прежние правила

Мир еще никогда не видел такого корабля, как Starship. В случае успеха массивный космический корабль откроет перед НАСА новые возможности, ранее недоступные. Это связано с тем, что Starship может реализовать давно желаемую цель быстрого и недорогого повторного использования стартовой системы.

Рассмотрим статус-кво. Большая ракета SLS, разрабатываемая НАСА, сможет вывести на низкую околоземную орбиту полезный груз массой 95 метрических тонн. НАСА и его подрядчики во главе с Boeing смогут строить по одной ракете в год. Одноразовая ракета запустит одну полезную нагрузку стоимостью около 2 миллиардов долларов за миссию, а затем упадет в океан.

С точки зрения грузоподъемности эти ракеты схожи. Starship и Super Heavy должны быть способны вывести на низкую околоземную орбиту около 100 тонн полезного груза. Тем не менее, SpaceX уже способна строить один Starship в месяц, и план состоит в том, чтобы повторно использовать каждую ракету-носитель и космический корабль десятки раз. Представьте себе, какую космическую программу могло бы иметь НАСА с возможностью запускать на орбиту 100 тонн каждые две недели—вместо одной ежегодной миссии—за 2 миллиарда долларов в год. Серьезно, остановитесь на мгновение и действительно подумайте об этом.

В своем решении выбрать SpaceX чиновники НАСА, по-видимому, признали этот потенциал. «Мы хотели посмотреть, что могут предложить отраслевые партнеры с точки зрения инноваций и решений»,-сказала Лиза Уотсон-Морган, менеджер программы Human Landing System. Акцент здесь делается на инновациях и новых решениях старых проблем.

«Выбирая архитектуру Starship, НАСА помогает проложить путь к сверхтяжелой ракете-носителю, хранению топлива в космосе, дозаправке в космосе и большой массе перемещаемой вверх и вниз к поверхности планет»,-сказал Трипати, который изучал эти проблемы как с точки зрения НАСА, так и с точки зрения SpaceX.

Другими словами, если Starship будет успешным, НАСА больше не нужно будет выбирать только одну или две большие задачи в космосе. Агентство сможет делать много разных вещей одновременно.

4. НАСА финансирует конкурента SLS

Так почему же НАСА финансирует систему запуска, которая будет напрямую конкурировать с его ракетой-носителем SLS? Это, чтобы быть ясным, не было намерением космического агентства. Объясняя причину заключения контракта во время пресс-конференции, представители агентства были осторожны, чтобы сказать, что SLS и космический корабль Orion остаются существенной частью архитектуры Artemis. Но на самом деле НАСА вполне может вывести свою ракету SLS из бизнеса.

Заключив контракт Human Landing System Award, НАСА поставило свою печать одобрения на Starship и Super Heavy. Система запуска в конечном итоге войдет в каталог, поддерживаемый программой  НАСА Launch Services Provider, что позволит другим программам агентства закупать аппарат для миссий. Это могло бы стать настоящим благом для больших космических телескопов, которые нашли бы полезным большой объем головного обтекателя Starship.

«Если бы я был чиновником в одном из других управлений НАСА, я бы лично придумывал всевозможные идеи о том, что я могу когда-нибудь сделать со всеми этими существенными новыми возможностями», — сказал Трипати.

В общем, 2,89 миллиарда долларов-это не так уж много по сравнению с тем, что НАСА уже вложило в ракету SLS. Именно столько ежегодно космическое агентство тратит на разработку ракеты и связанных с ней наземных систем. Поскольку ракета SLS финансируется за счет контрактов cost-plus с крупными космическими подрядчиками, такими как Boeing, существует меньше стимулов для контроля затрат или своевременной поставки продукта. Как и следовало ожидать, ракета SLS значительно превысила бюджет и теперь на пять лет отстает от своей первоначальной даты запуска в конце 2016 года.

Все это привело к критике того, что SLS — это программа, создающая рабочие места. Действительно, она обеспечивает рабочие места во всех 50 штатах и поддерживает сотни малых предприятий. И, возможно, это объясняет, почему Конгресс упорно поддерживал SLS, несмотря на все издержки и задержки.

В отличие от этого, Starship — это не программа для создания рабочих мест. Скорее, это программа по уничтожению рабочих мест с точки зрения Конгресса.

5. Является ли SpaceX слишком доминирующим?

SpaceX заключила ряд удачных контрактов с  НАСА. За последнее десятилетие она получила контракты НАСА за доставку грузов и экипажа на Международную космическую станцию, запуск Lunar Gateway, доставку туда грузов, а теперь и доставку людей на поверхность Луны.

Программа «Артемида» также вполне может превратиться в Лунную программу SpaceX. Как? Согласно нынешнему плану, ракета Super Heavy должна вывести Starship на лунную орбиту. Через несколько дней ракета SLS должна запустить экипаж внутри космического корабля «Орион», который должен состыковаться со Starship на лунной орбите. Экипаж пересядет на Starship и отправится на Луну. Вернувшись на лунную орбиту на Starship, астронавты пересядут на борт «Ориона» и полетят обратно на Землю.

Но если Starship безопасен для людей, чтобы сесть на Луну, почему бы людям не было безопасно просто стартовать с Земли на нём? Это сэкономило бы НАСА затраты на запуск SLS плюс Orion—около 3 миллиардов долларов за миссию вместе взятые—и сложное сближение и стыковку на лунной орбите. Это, вероятно, будущее действительно устойчивой программы исследования Луны.

Это хорошо для НАСА и SpaceX, но как насчет других космических компаний? В рамках (гораздо) более дорогостоящего плана с использованием SLS и Orion, НАСА также финансирует сливки аэрокосмических компаний: Boeing, Lockheed Martin, Northrop Grumman, Aerojet Rocketdyne, United Launch Alliance и многих, многих других более мелких игроков по всей территории Соединенных Штатов. Starship напрямую поддерживает SpaceX, ее ограниченное число поставщиков, а также… компанию, изготавливающую скафандры для лунных набегов.

Поэтому трудно представить, чтобы исследовательская программа только SpaceX получила широкую поддержку Конгресса для миссии Artemis. История показывает, что все проигравшие подрядчики призывали политиков, которых они поддерживали своими взносами, активно выступать против программы.

А как же международные партнеры и геополитические последствия этого? Во время слушаний по утверждению на этой неделе в Коммерческом комитете Сената США новый директор НАСА Билл Нельсон заявил, что расширение коалиции наций, участвующих в программе «Артемида», является одной из его больших целей. Увеличение зависимости космического агентства от SpaceX, вероятно, будет работать против этого.

С помощью недорогой многоразовой ракеты Falcon 9, SpaceX уже нанесла серьезный ущерб запускам в Европе, России и Японии. Для программы «Артемида» Европа предоставляет Служебный модуль для космического корабля «Орион». Как бы эти чиновники отреагировали, если бы НАСА сейчас сказало «non merci» на этот вклад из-за SpaceX?

«Деятельность страны в дальнем космосе по-прежнему тесно связана с международной политикой, альянсами, противниками и безопасностью, а также с исследованием космоса и наукой», — сообщил  Ars источник в отрасли. «Существует ряд внешнеполитических взаимозависимостей и компенсаций, которые управляются через космос или влияют на него, как правило, за кулисами. Что означает этот выбор для всех этих игроков?»

Подводя итог

С помощью Starship, SpaceX предложила то, что кажется лучшим техническим решением для заявленной НАСА цели устойчивой программы исследования Луны. Starship мог бы доставить на Луну гораздо больше людей и грузов, чем любое другое решение для НАСА, и он мог бы выполнять эту работу за гораздо меньшие деньги и гораздо чаще.

Кроме того, заключив контракт с компанией SpaceX на создание системы пилотируемой посадки, НАСА использовало рискованную, но очень перспективную технологию.

Но в то время как НАСА является космическим агентством, его ноги остаются очень сильно заземленными на политической орбите Вашингтона, кольцевой дороги округа Колумбия. Технически Starship может быть лучшим решением для нужд НАСА. Но будет ли это так политически? Скорее всего, нет. Если НАСА хочет полететь на Луну и дальше, оно должно работать со множеством подрядчиков и стран, по крайней мере пока.

В конечном счете физика победит. Если SpaceX сможет заставить работать Starship, в конечном итоге другие варианты НАСА для исследования человеком Солнечной системы могут показаться смешными по сравнению с этим. Сделав раннюю ставку на Starship на прошлой неделе, НАСА увеличило конечные шансы на его успех.

Для космического агентства это дерзкая и удивительная игра. Но потенциальный выигрыш огромен. Когда-нибудь это позволит нам смело отправиться не только на Луну, но и далеко-далеко за ее пределы.

(arstechnica.com)

Share

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.