Последний раз люди ступали на лунную поверхность больше чем полвека назад, в 1972 году. С тех пор человечество пытается не просто повторить этот опыт, но и детально изучить Луну, а также воспользоваться ею для весьма амбициозных планов — обеспечить свое присутствие на Марсе и в более глубоких областях Солнечной системы. Строительство Gateway, первой международной космической лунной станции, поможет в достижении этих целей.
В первой части вы ознакомились с возможностями Gateway, участниками проекта и проблемами, с которыми они уже столкнулись. Сегодня расскажем, какие именно исследования будут проводиться на станции, и какие работы, связанные с ее запуском в эксплуатацию, ведутся прямо сейчас.
Зачем нужна космическая лунная станция Gateway
Мы уже писали в первой части статьи, что предшествовало появлению этого проекта. Но даже если отбросить личные инициативы 45-го президента США, останется много того, что в перспективе принесет большую пользу человечеству и поможет сделать решительный шаг в покорении космоса.
Одно из самых ранних упоминаний о Gateway (тогда еще Deep Space Gateway) датируется мартом 2017 года, когда в NASA сформулировали цели проекта таким образом: «Обслуживаемый экипажем космодром на лунной орбите […], который послужит шлюзом в глубокий космос и на лунную поверхность […], будет оснащен логистическими модулями для проведения исследований». В агентстве уточнили, что Gateway позволит детальнее исследовать космос в целом, и особенно области, прилегающие к Луне, «для получения опыта пилотируемых миссий, которые продвигаются дальше в Солнечную систему, доступа к лунной поверхности для роботизированных миссий с возможностью вернуться на Землю спустя несколько дней, а не недель или месяцев».
Gateway действительно в силах сыграть ключевую роль в достижении целей, изложенных в «Директиве о космической политике 1». А благодаря привлечению амбициозных партнеров США и NASA смогут реализовать инновационные подходы, которые заложат фундамент для исследования человеком поверхности Луны и до сих пор неизведанных областей Солнечной системы. Gateway будет принципиально отличаться от МКС, которую к концу десятилетия отправят «на пенсию»: астронавтам предстоит находиться на космической лунной станции эпизодически, значительную часть времени она не будет заселена людьми.
Первые научные исследования на Gateway сосредоточатся на Солнце и дальнем космосе. Так называют все, что за орбитой Луны и за пределами Солнечной системы. Например, космический телескоп James Webb, который разместился на расстоянии около полутора миллионов километров от Земли, пребывает именно в дальнем космосе.
Источник: NASA
Радиационные приборы, размещенные на Gateway, помогут ученым лучше разобраться, от чего на самом деле зависит космическая погода — потоки солнечного ветра, выбросы корональной массы и сверхяркие солнечные вспышки. Космическая погода во многом определяет здоровье астронавтов, и в конечном итоге — успешность миссий, предполагающих полеты на максимальном удалении от Земли.
В процессе работы на Gateway ученые планируют извлечь из лунного грунта образцы воды, минералов и химических элементов. Вода нужна для того, чтобы превратить Луну в заправочную станцию для будущих миссий на Марс. Собранную воду, которая в виде льда отложилась в полярных регионах небесного тела, можно плавить, химическим путем получать из нее водород и кислород, а уже те использовать в качестве жидкого топлива. Также на станции предусматривается промежуточное хранение добытых образцов материалов перед отправкой их на Землю.
Источник: NASA
Пребывание на станции Gateway в течение длительного времени — а пока заявлено о 30-90 днях непрерывного нахождения — в перспективе поможет людям отточить навыки выживания в дальнем космосе. Джеймс Карпентер, участник группы ЕSА по исследованию Луны, уверен: «Мы сможем изучать воздействие радиации на физиологию человека; собирать частицы пыли, прилетающие с астероидов либо комет, или, возможно, с объектов за пределами Солнечной системы. Также Gateway идеально подойдет для запуска небольших спутников CubeSat и других устройств, которые могли бы открыть путь к исследованию Солнечной системы».
Gateway представляет большой интерес и для астрономов: те будут использовать космическую лунную станцию для сборки обсерваторий, предназначенных для изучения дальнего космоса. Узнавая больше о низкочастотных радиоволнах, которыми он пронизан, астрономы смогут выяснить информацию о самых ранних периодах существования нашей Вселенной, охватывающих временной отрезок сразу после Большого взрыва. Подобные исследования все еще невозможно осуществлять с Земли ввиду многочисленных помех, источником которых выступают созданные человеком устройства.
Исполнительный секретарь Национального космического совета Скотт Пейс заявил, что ценность Gateway в конечном итоге может заключаться в том, что она станет топливным складом, позволяющим повторно использовать лунные посадочные модули или, по крайней мере, некоторые их части. «Вместо того чтобы отказываться от дорогих транспортных средств после одного путешествия, нам следует подумать о создании топливного склада, чтобы обеспечить повторные визиты на Луну и проложить путь на Марс, — сказал он. — И это именно то, что NASA предложило сделать с Gateway».
Также NASA собирается построить уникальную лунную инфраструктуру с привлечением различных партнеров, которые разработают системы для экипажа, двигательные установки, научные платформы, обеспечат логистические операции и возьмут на себя многие другие задачи. Это позволит консолидировать усилия и учредить международные стандарты в вопросах исследования глубокого космоса. В перспективе эти стандарты помогут NASA и его партнерам подготовиться к пилотируемым миссиям на Марс, но прежде имитировать их, находясь на относительно небольшом расстоянии от Земли. А пока что именно Gateway будет поддерживать самые дальние из когда-либо предпринятых пилотируемых космических миссий.
Что уже известно об исследованиях, которые будут проводиться на станции
Расположение Gateway позволит заниматься наукой о Земле, гелиофизикой и астрофизикой. В NASA утверждают, что фундаментальные физические исследования станут возможными благодаря «расширенным видам Земли, Солнца, Луны и космоса, которые недоступны с земной поверхности или с околоземной орбиты». Но наибольший интерес на данном этапе представляет изучение солнечной радиации и космической погоды. С этой целью партнеры США по проекту Gateway уже выбрали три научных инструмента. Это будет HERMES от NASA, ERSA от ESA, а также IDA, которую совместно разрабатывают ESA и JAXA. Вот что уже известно о них.
HERMES
Прикрепленный к внешней стороне станции HERMES (Heliophysics Environmental and Radiation Measurement Experiment Suite) включает четыре смонтированных вместе инструмента. Это магнитометр для измерения магнитных полей вокруг Gateway, миниатюрный телескоп (MERiT) для замера ионов и электронов, электронный электростатический анализатор (EEA) для изучения низкоэнергетических электронов солнечного ветра, а также анализатор ионов (SPAN-I) для измерений протонов и ионов. HERMES позволит увидеть, что происходит глубоко в хвосте магнитосферы Земли, и сравнить эти данные с результатами других наблюдений, полученными от пяти аналогичных уже работающих аппаратов.
Источник: NASA
ERSA
Комплекс инструментов ERSA (European Radiation Sensors Array) также будет с внешней стороны Gateway. Он предназначен для изучения солнечного ветра, а конкретно — его воздействия на астронавтов и оборудование. Среди задач ERSA будут замеры солнечных частиц, галактических космических лучей, нейтронов, ионов и магнитных полей. Система оснащена пятью приборами, помогающими больше узнать о физике радиации в Солнечной системе, и осознать риски, которые представляет радиация для астронавтов и оборудования станции.
Смоделированную работу ERSA можно увидеть на этом видео, подготовленном международной группой Space Applications Services, занимающейся поддержкой системной и программной инженерии для ESA:
Джеймс Карпентер подчеркивает: «Понимание изменяющейся радиационной обстановки вокруг Луны и в Gateway важно, если мы хотим определить потенциальные опасности, с которыми столкнутся астронавты, и выяснить, как с ними бороться. Это также помогает нам анализировать и прогнозировать космическую погоду в системе Земля — Луна».
HERMES и ERSA будут измерять выбросы радиации в режиме реального времени. Результаты этих измерений помогут NASA и ESA улучшить процесс моделирования прогнозов космической погоды и более точно предсказывать моменты взрывов на Солнце. В настоящее время они происходят непредсказуемо и приводят к сильным выбросам солнечной радиации и солнечному ветру, которые могут негативно влиять на астронавтов, покинувших защищенную атмосферу Земли.
IDA
Инструменты IDA (Internal Dosimeter Array) будут перемещаться внутри космической лунной станции и контролировать силу радиационной защиты, чтобы улучшить условия пребывания астронавтов. Полученная IDA информация поможет понять, насколько эффективно структура модуля Gateway защищает людей от радиации и возможных рисков — таких как негативное воздействие на центральную нервную и сердечно-сосудистую системы и рост раковых клеток. Это даст возможность оценить риски для экипажа во время научно-исследовательских миссий. Известно, что центральный блок системы IDA разработает компания REMRED, и это станет одним из важнейших технологических достижений венгерской космической промышленности.
Первыми пассажирами космического корабля Orion, который направится на Луну, будут манекены. Закрепленным на них свыше 5000 датчиков предстоит измерять уровень радиационного воздействия на членов будущих экипажей.
Первые полезные грузы для научных исследований
В августе 2024 года NASA выбрало Intuitive Machines для доставки шести полезных грузов общей массой 79 кг в южную полярную область в рамках контракта на сумму $116,9 млн. Четыре полезных груза будут принадлежать NASA, один — ESA, и еще один — Лаборатории атмосферной и космической физики Университета Колорадо в Боулдере. Большинство грузов предназначено для биологических исследований, изучения планетарной и космических наук. Планируется, что ESA отправит комплекс для бурения с целью анализирования любых летучих веществ, например водяного льда, которые могут скрываться в верхних слоях Луны. Как заявил Крис Калберт, руководитель программы CLPS в Космическом центре имени Джонсона в NASA, эти приборы «помогут достичь множества научных целей и углубить наши знания об окружающей среде Луны».
Насколько мы близки к запуску Gateway?
По самому оптимистичному сценарию, два модуля космической станции будут доставлены на орбиту Луны в декабре 2027 года. В Конгрессе США оценивают вероятность соблюдения этих сроков на уровне 70%, и это достаточно высокие шансы, с учетом того что исторически все даты запусков переносились и пилотируемые полеты задерживались. Многие риски, из-за которых первые связанные с Gateway миссии могут быть отложены, уже выявлены. Счетная палата правительства США рекомендовала NASA задокументировать их и приступить к устранению проблем, чтобы компоненты PPE и HALO были запущены, и одновременно, без инцидентов, оказались в точке назначения.
Источник: NASA
Довольно большие объемы работ для успешной реализации проекта уже проделаны. Сварку модуля HALO итальянская компания Thales Alenia Space завершила еще в 2023 году. В октябре 2024-го он успешно прошел испытания под нагрузкой в Турине, тем самым еще на шаг приблизившись к запуску на лунную орбиту. Далее модуль отправится в город Гилберт (штат Аризона, США), где специалисты Northrop Grumman оснастят его всем необходимым для жизни астронавтов и проведения научных исследований перед отправкой на лунную орбиту.
Источник: NASA
В конце года завершились нагрузочные испытания беспилотного космического корабля Orion, на котором отправятся в путешествие вокруг Луны и побывают на Gateway четыре астронавта в рамках будущей миссии Artemis II. В течение 11 месяцев на испытательном полигоне в штате Огайо инженеры имитировали реальные условия, в которых может оказаться космический корабль, в том числе экстремальную отмену запуска. Также было протестировано подключение и отсоединение Orion от космической станции Gateway. «Эти испытания критически важны, нам необходимо завершить их, чтобы заявить, что конструкция космического корабля безопасна, и мы готовы впервые отправить экипаж с миссией Artemis II, — пояснил Майкл Си (Michael See), менеджер программы Orion. — Мы впервые испытали космический корабль на Земле в такой экстремальной среде».
Источник: NASA
Состав экипажа будущей миссии известен с апреля 2023 года. В него войдут астронавты из США — Грегори Уайсмен, Виктор Гловер, Кристина Кук, и представляющий Канадское космическое агентство Джереми Хансен.
Источник: NASA
В декабре 2024 года стало известно, что члены экипажа Gateway будут носить «умные» майки для поддержания здоровья. Ранее их уже протестировали астронавты МКС, но для будущих миссий майки были возвращены на доработку. Причина в более высокой радиационной нагрузке: лунная станция будет в 1000 раз дальше от Земли, чем МКС. Разработкой маек из уникального материала Astroskin занимается канадская компания Hexoskin в рамках контракта с Канадским космическим агентством.
А пока мы ожидаем исторического запуска первых двух компонентов будущей космической лунной станции, NASA подогревает интерес такими вот реалистичными визуализациями, которые показывают вид Gateway снаружи и ее основные модули:
