Космический 2024-й: обзор самых знаковых событий уходящего года

2024-й наверняка войдет в историю человечества, ведь в этом году состоялось сразу несколько мировых рекордов космической индустрии. Это и первый выход в открытый космос полностью частного экипажа миссии Polaris Down, и захват рукой-манипулятором Mechazilla ускорителя Superheavy во время демонстрации Flight 5, и возвращение образцов лунной породы китайским беспилотным аппаратом Chang’e 6. За уходящий год также установлен новый рекорд по количеству космических запусков — 261 (из которых 253 завершились успехом).

Сегодня вспомним самые знаковые космические события года и обсудим новые тенденции, которые 2024 год привнес в космонавтику.

Vulcan Centaur: метан покоряет орбиту

Январь 2024-го ознаменовался весьма интересным дебютом — орбитальным запуском первой американской ракеты на метановом топливе Vulcan Centaur производства United Launch Alliance (ULA). Здесь стоит отметить, что на топливной смеси жидкого кислорода и метана (LOX/CH4) работает лишь первая ступень ракеты-носителя, Vulcan, оснащенная двумя ракетными двигателями ВЕ-4. Ее вторую ступень, Centaur, приводит в движение тяга, полученная от сжигания топливной смеси на основе жидкого кислорода и жидкого водорода (LOX/LH₂).

Итак, 8 января 2024 года Vulcan Centaur стала первой в мире ракетой на метановом топливе, сумевшей достичь орбиты с первой попытки запуска.

После высвобождения всех типов полезной нагрузки на втором этапе Centaur вновь произвел зажигание пары своих двигателей RL-10, чтобы подняться на гелиоцентрическую орбиту. Этот маневр проводился с целью тестирования способности новой ракеты размещать полезный груз на высокой GEO.

Позже в этом же году ракета осуществила еще один удачный запуск — в октябре. Изначально планировалось, что она выведет на орбиту космический корабль Sierra Space Dream Chaser. Однако нарушение сроков сдачи последнего привело к тому, что вместо космического корабля на ее борту установили его имитацию — симулятор весом в полторы тонны. Несмотря на отсутствие настоящего космического корабля на борту, запуск Vulcan Centaur решили не отменять, ведь этого требовал контракт между ULA и ВВС США. Согласно его условиям, ракете надлежало выдержать два сертифицированных полета, чтобы доказать американским военным свою безотказность, поскольку те планируют использовать носитель в целях национальной безопасности.

Второй запуск состоялся 4 октября, впрочем, в отличие от первого, его сопровождали определенные трудности. На 37-й секунде полета отвалилось сопло одного из твердотопливных ракетных бустеров GEM-63XL, с помощью которого ракета оторвалась от Земли. Поэтому носитель частично утратил свою тягу, начался внеплановый наклон в вертикальной плоскости. Однако Vulcan Centaur прибегнул к корректировке других бустеров и пролонгировал их работу на 20 секунд, для того чтобы компенсировать отклонения и потерю мощности. Этот резервный маневр помог достичь необходимых для выхода на заданную орбиту показателей высоты и скорости. Таким образом аномалия, постигшая его второй полет, даже расширила демонстрацию запуска, показав, как Vulcan Centaur преодолевает чрезвычайные ситуации.

Сейчас метановая ракета-носитель представлена в четырех основных модификациях, которые отличаются количеством вспомогательных ускорителей GEM-63XL: 0, 2, 4 и 6 (версии VC0, VC2, VC4, VC6 соответственно). Совсем скоро ULA планирует представить усовершенствование версии VC6 — вероятно, с новыми, более мощными твердотопливными боковыми бустерами.

Нынешний дебют Vulcan Centaur пришелся очень кстати для ракетного сектора США, ведь как раз в апреле 2024-го в свой последний полет отправилась Delta IV Heavy — незаменимая рабочая лошадка американской астронавтики с 20-летним стажем орбитальных полетов. За годы своего существования ракета выполнила 16 запусков в целом, 15 из них были успешными. Наряду с Delta IV Heavy остановилось производство еще одной американской ракеты — Atlas V, разработанной Lockheed Martin и ULA. Послужной список этого носителя впечатляет: 101 запуск и 100 успехов в целом. Несмотря на прекращение создания новых экземпляров, Atlas V еще полетает — запланировано еще 15 ее запусков, которые, как ожидается, состоятся в течение 2025-2026 годов.

В целом 2024 год подтвердил глобальный запрос на носители, работающие на топливных смесях на основе метана (CH4) или сжиженного природного керосина (LNG). Свои версии ракет на топливной смеси из жидкого кислорода и жидкого метана сегодня имеет Китай, в частности это Zhuque-2 от компании LandSpace Technology, презентованная в прошлом году. А Европейское космическое агентство (ESA) планирует использовать метановый двигатель M-10 в новой ракете Vega E, которой в скором времени предстоит дебютировать. Не следует забывать, что на метановом топливе работают и 33 двигателя Raptor, с помощью которых свои новые рекорды в этом году устанавливал ракетный ускоритель Superheavy от SpaceX.

Поймай меня, если сможешь: первый захват Mechazilla

Событие, состоявшееся 13 октября 2024 года на космодроме Starbase в Браунсвилле, штат Техас, навсегда вошло в историю аэронавтики. Во время пятого демонстрационного запуска первая ступень сверхтяжелой Starship/Superheavy от компании SpaceX впервые совершила контролируемую посадку на специальную платформу для вертикального захвата ракеты — Mechazilla.

Стальная башня Mechazilla высотой 140 м является одним из основных инфраструктурных объектов, необходимых для реализации концепции Starship/Superheavy. Перед Mechazilla встала поистине сверхтяжелая задача, ведь вес Superheavy составляет примерно 250 тонн, падающих на Землю из космоса на скорости 27 000 км/ч. Примерно на высоте одного километра Superheavy активировал 13 своих двигателей Raptor для маневра торможения и подруливания, а на последних секундах приближения к платформе оставил работающими только три из них.

Новаторский метод захвата ракеты прямо на стартовой площадке позволит SpaceX существенно сократить время, необходимое на подготовку еще одного запуска ракеты. Задача-максимум, о которой мечтает Илон Маск, такова: «Обеспечение возможности следующего старта уже спустя час после захвата ракеты таким образом». На данный момент этот сценарий кажется слишком оптимистичным, но даже если на подготовку к новому запуску SpaceX потратит сутки — это будет настоящий прорыв в ракетной инженерии, который действительно в состоянии сделать ракетные пассажирские перевозки реальностью XIX века.

Успех во время демонстрационного запуска от 13 октября имела и вторая ступень тандема Starship/Superheavy — космический корабль Starship после отделения от Superheavy произвел контролируемое приводнение в запланированной зоне Индийского океана. Итак, начав с провала в апреле 2023 года, к концу 2024-го Starship/Superheavy таки удалось достичь всех запланированных целей, что стало значительным техническим прогрессом для SpaceX. Уже в 2026 году нам предстоит увидеть первые миссии новой модификации космического корабля Starship в рамках лунной программы NASA — Artemis.

Впрочем, пока космический корабль Илона Маска продолжает оперировать в околоземном пространстве, китайские космические аппараты летают к Луне и возвращаются с очень интересными артефактами. Конечно, речь идет о блестящем успехе в этом году космической миссии Chang’e 6. 

Ваш заказ доставлен: возвращение Chang’e 6 и частичный успех IM-1 и SLIM

В мае этого года Китайское национальное космическое управление (CNSA) продолжило последовательно осуществлять свою программу по исследованию Луны CLEP, также известную как Chang’e. Целью шестой миссии Chang’e была демонстрация технологии доставки образцов с Луны на Землю. Сама концепция не нова, даже предыдущая миссия Chang’e 5 смогла вернуться на Землю с 1731 г лунного грунта. Но CNSA пошло дальше и поставило перед Chang’e 6 задачу получить образцы породы уже с обратной, невидимой стороны Луны. Тут стоит напомнить, что по состоянию на конец 2024 года на обратной стороне земного спутника не побывала ни одна космическая держава, кроме КНР.

Миссия началась 3 мая со стартовой площадки космодрома Вэньчан на острове Хайнань. С помощью китайской ракеты-носителя Long March 5 запуск прошел в штатном режиме. Уже через пять дней, 8 мая, космический аппарат вышел на 12-часовую окололунную орбиту и начал приближаться к зоне будущей посадки.

Мягкая посадка на обратную сторону Луны состоялась 1 июня. Завершающую ее стадию снял Lunar Reconnaissance Orbiter от NASA, что не оставило ни малейших сомнений в том, что CNSA повторило успех миссий.

Космический аппарат Chang’e 6 состоял из четырех основных модулей. Орбитальный Orbiter служил транспортером для модулей Lander (спусковая платформа для мягкой посадки) и Ascender (для забора лунной пыли). Поместив лунную породу в специально отведенный для образцов отсек, Ascender зажег свои двигатели и поднялся на лунную орбиту, где выполнил рандеву и стыковку с ожидавшим его Orbiter. После этого последний активировал свои двигатели, начав обратное движение на Землю. Вернувшись в земную атмосферу, орбитальный аппарат высвободил свою спусковую капсулу Returner, на борту которой содержалось почти 2 кг лунного реголита.

Кроме сугубо китайского полезного груза, Chang’e 6 транспортировал и дополнительные приборы от официальных партнеров миссии. В частности, там был французский инструмент DORN для исследования лунной пыли и летучих частиц, поднявшихся после посадки Lander. Итальянский ретрорефлектор INRRI сосредоточился на измерении расстояний, а шведский научный прибор NILS занимался поиском и фиксацией отрицательных ионов на поверхности спутника. Все эти приборы находились на спусковой платформе Lander. Четвертой дополнительной полезной нагрузкой модуля Orbiter стал пакистанский кубсат ICUBE-Q, получавший данные о магнитном поле Луны. Его также оснастили миниатюрной камерой для съемки на поверхности спутника.

Chang’e 6 длилась 53 суток, что несколько дольше результата ее предшественницы, Chang’e 5. Однако ее траектория лунного транзита и возвращения была проще. Следующий, 2025 год пройдет без новых миссий CLEP. А вот уже в 2026-м КНР планирует запустить Chang’e 7, предпоследнюю миссию своей роботизированной лунной программы перед финальным завершением — Chang’e 8 в 2028 году.

Поэтому в конечном итоге можно утверждать, что в этом году именно КНР принадлежит пальма первенства в реализации лунных миссий. Ведь ни американская посадочная платформа IM-1 (Odysseus) от компании Intuitive Machines, ни посадочная платформа SLIM Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) не пережили посадку на Луну и опрокинулись на завершающих ее этапах.

Во время февральской посадки IM-1 сломал одну или несколько своих опорных ножек, что привело к 30° наклона космического аппарата и окончательной потере связи с ним спустя неделю. Хотя, согласно прогнозам, платформа должна была работать минимум месяц. Невзирая на ряд аномалий, Intuitive Machines решилась заявить об успехе своего Odysseus, исходя из того, что установленный на нем коммерческий полезный груз частично работал и даже мог принимать и передавать сигналы, пускай и со значительно меньшей пропускной способностью, нежели ожидалось.

Японский SLIM также приземлился на бок (угол наклона составил свыше 90˚ от нормы), что помешало ему развернуть солнечные панели и получать надлежащее количество электроэнергии для устойчивой работы. Инженеры JAXA смогли программным образом настроить работу зонда через его батареи. Но это были лишь «костыли», и чтобы SLIM сразу не исчерпал весь свой запас энергии, его пришлось постоянно отключать. Однако в ходе заключительного этапа приземления SLIM высвободил два миниатюрных автономных модуля: LEV-1 и Sora-Q. Последний был оснащен камерой, которая и сняла наглядное состояние материнского космического корабля после посадки.

Совсем скоро у Intuitive Machines появится шанс реабилитироваться после досадного фиаско: на февраль 2025 года запланирован следующий запуск посадочного космического аппарата IM-2 в рамках программы Коммерческих услуг по доставке полезной нагрузки на Луну (CLPS), которую реализует NASA. Intuitive Machines уже анонсировала будущие запуски IM-3 и IM-4.

Кстати, в этом году коммерческий космос заявил о себе не только реализацией CLPS. В 2024 году мы стали свидетелями многих коммерческих пилотируемых миссий, кульминацией которых стало путешествие экипажа Polaris Dawn под руководством американского предпринимателя, астронавта и филантропа — Джареда Айзекмана. 

Орбита на заказ: успех Polaris Dawn и Axiom Mission 3

Победное шествие коммерческих космических миссий в этом году имело четкую дату и время начала — 18 января в 17:49:11 (EST). Именно тогда со стартовой площадки LC 39A Космического центра имени Джорджа Кеннеди во Флориде на борту космической ракеты Falcon 9 вылетел экипаж трехнедельной коммерческой миссии Axiom Mission 3.

Четверо астронавтов расположились в космическом корабле Crew Dragon (Freedom) производства SpaceX. После отделения от ракеты-носителя капсула с экипажем направилась к МКС, где группе под руководством Лопеса-Алегрии предстояло 21 сутки подряд проводить плановые космические исследования. Таким образом вследствие прибытия Axiom 3 на орбитальную станцию ее экипаж увеличился до 11 человек (напомним, что максимальный показатель присутствия на МКС составляет 13 человек).

Трехнедельный срок пребывания на МКС завершился, экипаж Axiom 3 в полном составе занял свои места в Crew Dragon и отстыковался от станции, направившись в обратное путешествие к Земле. И в итоге приводнился в Атлантическом океане, недалеко от побережья Флориды.

В 2024 году мы также увидели четыре последовательных успеха компании Blue Origin, основанной миллиардером Джеффом Безосом. 19 мая стартовала космическая миссия NS-25, за ней последовал запуск NS-26 от 29 августа (здесь не обошлось без наших: именно этим рейсом в свое первое туристическое путешествие в космос отправился американец украинского происхождения — Евгений Грин). Космическая миссия NS-27 состоялась 23 октября без экипажа — ее главной целью стало тестирование нового ракетного ускорителя NS5, а также вывод на орбиту 12 типов полезного груза. Заключительной пилотируемой миссией 2024 года для Blue Origin стал старт экипажа NS-28.

Все космические миссии с маркировкой NS были суборбитальными полетами и носили туристический характер (кроме NS-27). За это время космос воочию смогли увидеть 18 непрофессиональных астронавтов (для 16 из них это странствие стало первым космическим путешествием). Для запуска всех миссий, как и раньше, была использована флагманская ракета компании — New Shepard.

Впрочем, с учетом установленных мировых рекордов наиболее важным коммерческим космическим запуском этого года стал старт миссии Polaris Dawn. Ее профиль был очень схож с Axiom Mission 3: четверо членов экипажа, космический корабль Crew Dragon (Resilience), выход на орбиту.

Но было кое-что, что сделало нынешний опыт Polaris Dawn по-настоящему уникальным. Во-первых, космический корабль поднял свой экипаж на рекордную высоту — 1400 км над Землей (для сравнения, МКС летает более чем втрое ниже: от 390 до 420 км над уровнем моря). Второй аспект уникальности миссии заключался в том, что впервые команда коммерческих астронавтов осуществила выход в открытый космос в скафандрах для внекорабельной активности (EVA), изготовленных SpaceX.

Астронавтами Polaris Dawn были: Джаред Айзекман (командир), Скотт Потит (пилот), Сара Джиллис (специалист миссии) и Анна Менон (специалист миссии и медсотрудница). Для всех членов экипажа, кроме Джареда Айзекмана, это был первый опыт космических полетов, а сам командир Resilience покидал Землю во второй раз.

Старт состоялся 10 сентября на борту ракеты Falcon 9. Первые несколько часов путешествия пассажиры Polaris Dawn были заняты проверками технического состояния космического корабля и подготовкой к оперированию в безвоздушном пространстве. При выходе в открытый космос сразу четыре человека взаимодействовали в безвоздушном пространстве, что также стало новым рекордом человечества. Последний продержался почти 50 лет и состоялся в ходе лунной программы Apollo, когда в безвоздушном пространстве находились одновременно трое астронавтов.

Исторический выход в открытый космос произошел на третий день миссии. Когда завершилась процедура разгерметизации, длившаяся 30 минут, люк Crew Dragon открылся и первым из него показался командир миссии Айзекман. Астронавт выдвинулся из люка лишь частично — полный выход за пределы космического корабля сделали невозможным как конструкция скафандров EVA, так и конструктивные особенности Crew Dragon. Айзекман частично находился за бортом космического корабля в течение почти 8 минут, за ним пришла очередь выходить Саре Джиллис, которая провела в положении Айзекмана чуть более 7 минут. Все это время оба тестировали на подвижность свои скафандры, которые довольно сильно сковывали движения из-за чрезмерной разницы в давлении.

Четвертый оперативный день оказался последним, когда экипаж Polaris Dawn пребывал на орбите. Корабль совершил плановый маневр возвращения в атмосферу, длившийся несколько дольше 7 минут, и приводнился в Мексиканском заливе. Успешным проведением этой миссии SpaceX в который раз подтвердила свое звание космического разработчика полного цикла действия, ведь к собственной инфраструктуре для космических запусков, ракет и космических кораблей компания добавила еще и скафандры своего авторства. Следует отметить, что даже связь с Землей происходит через спутники Starlink, за разработкой которых также стоит команда Илона Маска (кстати, во время миссии Polaris Dawn экипаж впервые испытал новейшую систему лазерной связи — оборудованием для нее оснащаются последние модификации спутников Starlink).

Смелость и выдающуюся удачливость Джареда Айзекмана подметили в высоких политических кругах. В декабре этого года стало известно, что новоизбранный американский президент Дональд Трамп выдвинул кандидатуру астронавта-миллиардера на должность руководителя NASA. Если Айзекман не откажется от нового назначения, совсем скоро мы увидим, как коммерческий астронавт впервые займет пост администратора самого влиятельного космического агентства мира. Итак, действительно, конец 2024 года принес нам целый ворох бесспорно феноменальных космических новостей.