11 декабря 2022 года стало знаменательной датой для NASA. В тот день вернувшаяся из путешествия к Луне капсула космического корабля Orion вошла в земную атмосферу. К счастью, теплозащита успешно справилась с температурой, достигавшей 2700 °C. Капсула благополучно приводнилась в Тихом океане и вскоре была подобрана специальным судном.
Но для чего Orion летал к Луне и каковы дальнейшие планы NASA? Давайте разбираться...

Как появился Orion

История космического корабля Orion восходит корнями к разработанной ещё в середине 2000-х весьма амбициозной космической программе Constellation. Эта программа, созданная в ответ на катастрофу шаттла Columbia, должна была заложить фундамент развития американской пилотируемой космонавтики на десятилетия вперёд.
Основными задачами Constellation стали завершение строительства МКС и возвращение людей на Луну не позднее 2020 года с последующими полётами на Марс. Для этого предполагалось построить абсолютно новую линейку ракет-носителей, а также пилотируемый космический корабль, который стал бы преемником легендарного Apollo. Он получил название Orion.
Однако Constellation развалилась из-за технических проблем, недостаточного финансирования и последствий мирового экономического кризиса. В 2009 году программу отменили по распоряжению новой администрации Барака Обамы. Одним из немногих уцелевших элементов программы стал как раз Orion — к тому моменту NASA уже потратило на его разработку значительные средства. Кроме того, сохранение Orion помогло задобрить тех, кто критиковал решение об отмене Constellation. Таких людей было довольно много, и они заявляли, что Америка лишает себя будущего в космосе.
Но хоть Orion и выжил (правда, его подвергли существенной переработке по сравнению с изначальным проектом), долгое время оставалось непонятным, куда именно он теперь полетит. Изначально аппарат позиционировался как универсальный корабль, предназначенный и для доставки людей на околоземную орбиту, и для полётов в дальний космос. Когда снабжение МКС было отдано на откуп частным компаниям, единственным предназначением Orion остались пилотируемые межпланетные миссии.
Во времена Обамы в недрах NASA разрабатывался проект астероидной миссии, в рамках которой Orion должен был посетить небольшой астероид. Но когда кресло в Овальном кабинете занял Дональд Трамп, эти планы немедленно отправились в мусорное ведро. Вместо них объявили о запуске новой космической программы Artemis, основная цель которой — возвращение людей на Луну с намерением создать там постоянную базу. К счастью для NASA, Artemis удалось пережить очередную смену власти в Белом доме, что позволило продолжить разработку нового космического корабля.

Как устроен Orion

Корабль Orion состоит из капсулы экипажа и служебного модуля. Капсула экипажа оснащена теплозащитой и рассчитана на пребывание четырёх астронавтов в течение 21 дня свободного полёта без стыковки с другими кораблями или орбитальными станциями. Масса капсулы составляет 10,4 тонны, объём обитаемого пространства — 9 м3.
Служебный модуль Orion создан на базе европейского грузового корабля ATV, который в прошлом использовался для снабжения МКС. В нём находятся двигатели, запасы воздуха и воды, а также аккумуляторные батареи и солнечные панели. Длина служебного модуля составляет 4 метра, диаметр — 4,1 метра (19 метров с учётом раскрываемых панелей солнечных батарей), масса в заправленном состоянии — около 15 тонн, из которых порядка 9 тонн составляет топливо для бортовых двигателей.
Корабль оснащён системой аварийного спасения экипажа в виде установленной на головном обтекателе специальной твердотопливной ракеты. В случае аварии она должна «выдернуть» Orion и увести его на безопасное расстояние. После выхода на орбиту спасательная ракета отстреливается.


Долгая дорога к Луне

Любая энциклопедия гласит, что первый испытательный орбитальный полёт Orion состоялся в 2014 году. Однако есть несколько но. В 2014 году на орбиту отправилась лишь капсула экипажа. Дело в том, что Orion всё же не исключительно американский корабль, а международный проект, в котором принимают участие несколько стран. За изготовление его служебного модуля отвечает ESA. И в 2014 году этот элемент ещё не был готов.
Кроме того, капсула Orion была выведена лишь на околоземную орбиту. И хоть его скорость входа в земную атмосферу превышала скорость возвращающихся с МКС кораблей, она всё же была меньше второй космической. Поэтому теплозащита Orion подверглась меньшему тепловому воздействию, чем если бы корабль возвращался из межпланетного пространства.
Первый готовый служебный модуль Orion был передан NASA в 2018 году. Однако кораблю пришлось провести ещё несколько лет в ожидании запуска. В распоряжении NASA пока не было достаточно мощного носителя вроде легендарного Saturn V, способного отправить Orion за пределы земной орбиты. Его требовалось создать с нуля.
Разработка ракеты SLS (Space Launch System) началась ещё в 2011 году. В NASA обещали, что носитель будет готов к полётам уже к 2017 году, но планы оказались слишком оптимистичны. Выяснилось, что создание сверхтяжёлой ракеты — более сложная и дорогостоящая задача, нежели предполагали инженеры. Повлияла на задержку и пандемия COVID-19. Сборка первого экземпляра SLS завершилась лишь летом 2021 года. Ещё год ушёл на проверки, устранение неполадок и доводку. Даже когда ракета наконец добралась до стартового стола, её запуск ещё несколько раз переносился.
В итоге 16 ноября 2022 года SLS наконец-то взлетела. Запуск прошёл без каких-либо проблем. Ракета успешно отправила Orion к Луне.


Ход миссии Artemis I

Значительная часть компонентов Orion ранее не проходила проверку реальным космическим полётом (как и ракета SLS). Поэтому NASA не стало рисковать и сажать астронавтов на борт неопробованного корабля. Их место заняли манекены, оснащённые датчиками уровня перегрузок и излучения.
Программа полёта была по максимуму забита тестами и манёврами, призванными проверить работу систем Orion во всех возможных ситуациях. Кораблю потребовалось пять дней, чтобы достичь Луны. 21 ноября он пролетел на расстоянии 130 километров от её поверхности. В этот момент Orion успешно выполнил манёвр, который позволил ему выйти на дальнюю ретроградную орбиту (ДРО). Она пролегала на значительной дистанции от Луны: в апогее корабль удалялся от спутника на 70 000 километров, при этом двигаясь в направлении, противоположном движению Луны вокруг Земли. Инженеры выбрали эту орбиту из-за её гравитационной устойчивости, позволяющей снизить расход топлива.
В общей сложности Orion провёл на ДРО пять дней. Там он побил установленное ещё в 1970 году достижение миссии Apollo 13 по максимальному удалению космического корабля от Земли (новый рекорд Orion составил 430 000 километров). А камеры на корпусе корабля сделали ряд эффектных групповых портретов Луны и Земли.
За время пребывания Orion в гостях у Луны не обошлось без технических накладок. Так, однажды ЦУП на 47 минут потерял сигнал корабля. Несмотря на это, по утверждениям NASA, Orion показал себя с наилучшей стороны. Полёт обошёлся без значительных проблем, двигатели корабля оказались экономичнее, а солнечные батареи вырабатывали больше энергии, чем предсказывали расчёты инженеров.
1 декабря Orion покинул ДРО. 5 декабря космический корабль во второй раз совершил низкий пролёт над Луной. Выполненная во время него коррекция курса направила Orion к Земле. Шесть дней спустя капсула корабля благополучно приводнилась в Тихом океане, сделав отличный предпраздничный подарок NASA. Что символично, возвращение Orion состоялось в 50-ю годовщину посадки Apollo 17, последней на сегодня пилотируемой лунной экспедиции.

Вместе с Orion в космос отправился и попутный груз. Речь о флотилии из десяти экспериментальных кубсатов (кубов-спутников), призванной выполнить целый ряд задач — от изучения космической погоды до поиска льда на Луне. Не всем из этих аппаратов сопутствовал успех. Кубсаты Team Miles, OMOTENASHI и NEA Scout так и не вышли на связь. Последние две потери стали особенно обидными. OMOTENASHI должен был совершить полужёсткую посадку на Луну, а NEA Scout - развернуть солнечный парус и отправиться исследовать околоземные астероиды.
Проблемы возникли и у кубсатов LunaHMap и LunIR. Первый не сумел выполнить манёвр и не вышел на орбиту вокруг Луны. Впрочем, инженеры всё ещё надеются, что сумеют реанимировать его двигательную установку, что позволит со временем выполнить научные задачи миссии. Кубсат LunIR вышел на связь, но его сигнал оказался слабее, чем предполагалось

Когда люди вернутся на Луну?

Итак, SLS и Orion продемонстрировали свою «профпригодность». Когда же нам ожидать обещанного возвращения людей на Луну?
Следующей лунной экспедицией NASA станет миссия Artemis II, которая пока запланирована на май 2024 года. По концепции она напоминает знаменитый полёт Apollo 8, осуществлённый под Рождество 1968 года. В ходе миссии Artemis II корабль Orion, на борту которого будут четыре астронавта (трое от NASA и один от Канадского космического агентства), облетит Луну по траектории свободного возврата и затем спустится на Землю. В общей сложности полёт продлится десять дней.
Но при всём желании экипаж Artemis II не оставит отпечатки своих ног в реголите. Да, Orion может доставить людей к Луне. Но чтобы добраться до её поверхности, нужен отдельный спускаемый аппарат, аналогичный лунному модулю Apollo.


Летом 2021 года NASA выдала компании SpaceX 2,9-миллиардный контракт на строительство такого аппарата. Им станет Starship HLS — модификация корабля Starship, предназначенная для доставки людей и грузов на Луну (принципиальное отличие от базовой версии — отсутствие теплозащиты). Starship HLS будет выводиться на околоземную орбиту, дозаправляться прямо в космосе и затем лететь к Луне. Там он состыкуется с космическим кораблём Orion (или с окололунной станцией Gateway), после чего астронавты перейдут на его борт и затем высадятся на Луну.
Примерно так выглядит план миссии Artemis III. В её ходе Orion доставит на южный полюс Луны двух астронавтов, которые проведут там несколько дней. NASA подчёркивает, что одним из участников высадки станет первая женщина на Луне.
Пока что миссия Artemis III назначена на 2025 год. Впрочем, уже сейчас очевидно, что NASA вряд ли удастся выдержать эту дату. Несмотря на ряд эффектных атмосферных тестов, на счету Starship пока что нет орбитальных полётов. Даже если такой полёт состоится в ближайшее время и завершится успехом, маловероятно, что к 2025 году SpaceX успеет довести новый корабль до ума, создаст его отдельную лунную модификацию и проведёт необходимое беспилотное испытание с посадкой на Луну. Скорее всего, дата запуска Artemis III сдвинется ещё как минимум на несколько лет.
Недавно NASA решило подстраховаться. Осенью 2022 года организация объявила о запуске конкурса, победитель которого получит право построить второй спускаемый аппарат для нужд программы Artemis. Так что, если с одним из них возникнут проблемы или его строительство слишком затянется, у NASA останется резервный вариант.


В прошлом подобная тактика была с успехом опробована при создании частных кораблей для доставки людей на МКС. Корабль CST-100 Starliner от компании Boeing, считавшийся заочным лидером состязания, до сих пор не отправил ни одного человека в космос, а вот Crew Dragon уже несколько лет с успехом летает, возя на орбиту как астронавтов NASA, так и частных клиентов.
Создание двух конкурирующих лунных аппаратов было изначальным намерением NASA. Однако из-за финансовых ограничений организация не смогла сразу получить необходимые деньги и потом ограничилась лишь одним контрактом для SpaceX, предложившей наименьшую цену. Более того, это решение спровоцировало скандал. Компания Blue Origin (её заявка была у многих фаворитом) даже подала на NASA в суд, требуя отменить результаты конкурса. Однако суд отверг претензии Джеффа Безоса. Впрочем, судя по всему, стороны забыли старые обиды. Возглавляемая Blue Origin команда уже подала заявку на участие в новом конкурсе NASA. И она снова считается фаворитом.
Наличие конкурента, вероятнее всего, ускорит процесс создания спускаемых аппаратов для нужд Artemis. Другим стимулом к этому может стать деятельность Китая. Поднебесная не скрывает планов создать международную научную базу на южном полюсе Луны. Реализация этого проекта запланирована на первую половину 2030-х.
Судя по всему, сначала КНР также планирует отправить на Луну кратковременную экспедицию наподобие миссий Apollo. И пусть китайский флаг на Луне будет не первым, сложно переоценить значение подобного достижения. Особенно если эта высадка произойдёт раньше миссии Artemis III. Военные, американские законодатели и даже NASA уже не раз использовали китайский фактор как стимул для выделения дополнительных денег на космическую программу. И чем реальнее будут перспективы «красной Луны», тем громче станут голоса в поддержку подобных инициатив. Возможно, это действительно приведёт к ускорению хода работ над Artemis.


Кто бы ни стал первым в этом неофициальном соревновании, важнее другое. Впервые за долгие годы у всех неравнодушных к космонавтике появились реальные шансы увидеть людей на Луне уже до конца текущего десятилетия. И это очень хорошо. Ведь в последний раз подобное случалось полвека тому назад.Автор: К.Размыслович
Источник: "Мир фантастики"