Программа Artemis ознаменовала новый этап в освоении космоса. Запуск станции Gateway, названной в честь сестры Аполлона — богини Луны Артемиды, символизирует эволюцию космических амбиций человечества. В отличие от миссий Apollo, фокусировавшихся на кратковременных пилотируемых полетах, Artemis предстоит обеспечить долгосрочное присутствие человека на Луне. Gateway станет первым постоянным обитаемым объектом на лунной орбите, который будет и научной лабораторией, и промежуточной базой для будущих экспедиций на Марс. Станция позволит лучше изучить Луну, подготовиться к предстоящим полетам и продолжить разработку новых технологий для длительных космических миссий.

Самое главное о Gateway

Один из самых амбициозных международных проектов создан усилиями международной коалиции под руководством NASA. Планируется, что он обеспечит долгосрочное исследование Луны человеком, поддержку кампании Artemis и возможность совершения новых научных открытий. Изначально проект был известен как Deep Space Gateway (DSG), но в 2018-м NASA в своем предложении по федеральному бюджету США на 2019 год впервые употребило новое название: Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G). Мы же будем использовать в нашем материале сокращенный вариант — Gateway. 

модульная структура будущей космической лунной станции Gateway
Модульная структура космической лунной станции Gateway, которую разрабатывают и производят NASA и его международные партнеры.
Источник: NASA

Технические параметры лунной станции

Сейчас самым большим рукотворным объектом является МКС с массой 450 тонн, длиной 109 м и шириной 73 м. Параметры Gateway намного скромнее: ее габариты впятеро, а масса — в шесть раз меньше, чем у МКС. После сборки станция будет весить около 63 тонн и иметь 43 м в высоту, 19 м в ширину и 20 м в длину. Внутренний обитаемый объем составит порядка 125 м3, в то время как на МКС он достигает 900 м3 и позволяет размещать до 13 человек включительно. На Gateway смогут одновременно находиться до четырех астронавтов. Они будут заняты научными исследованиями, техническим обслуживанием станции и подготовкой к полетам на поверхность Луны. 

Ожидается, что Gateway сможет развивать скорость до 3,2 км/с, перемещаясь по орбите Луны, в то время как максимальная орбитальная скорость МКС — 7,67 км/с. Также известно, что эксплуатационный срок службы лунной станции составит 15 лет с возможностью продления его на значительный период. Существует вероятность, что в этом плане Gateway окажется более выносливой, чем МКС: при прогнозном сроке эксплуатации та прекратит работу в 2030 году в возрасте 32 лет. 

Gateway расположится на полярной, почти прямолинейной гало-орбите (NRHO), то приближаясь к Луне на расстояние около 1000 миль (1500 км), то отдаляясь на 43 500 миль (70 000 км). Именно полярная орбита Gateway обеспечит космическим кораблям доступ практически ко всей лунной поверхности, в том числе в регион южного полюса — основной цели Artemis. В постоянно затененных кратерах, среди огромных масс водяного льда астронавты смогут проводить научные исследования и, вероятно, приблизиться к раскрытию секретов геологической истории Луны. Известно, что станция Gateway будет совершать один полный оборот вокруг Луны примерно каждые 6,5 дня.

Краткая история Gateway: от идеи вернуться на Луну до первых испытаний 

Первый шаг к реализации проекта Gateway совершен в декабре 2017 года, когда президент Дональд Трамп объявил о возвращении США на Луну. «В этот раз мы не только водрузим наш флаг и оставим наши следы, — сказал он. — Мы заложим основу для возможной миссии на Марс, а когда-нибудь, возможно, и ко многим другим мирам». Свои слова Трамп подкрепил подписанием политической директивы, которую в Белом доме назвали «Директивой о космической политике 1». Этот документ, принятый в 45-ю годовщину высадки Apollo 17 на Луну, призывает к сотрудничеству с коммерческими организациями из разных стран в реализации новых лунных миссий. 

Суперлуна над Капитолием в декабре 2017 года
Суперлуние над Капитолием в начале декабря 2017 года. Именно в этом месяце была подписана «лунная директива».
Источник: Shutterstock

Программа Gateway была создана в начале 2019 года. В феврале того же года о своем желании присоединиться к ней заявила Канада — она обязалась создать необходимую робототехнику. В конце года к проекту примкнули Япония и Европейское космическое агентство. Первая предоставит жилые компоненты для лунного модуля и обеспечит материально-техническое снабжение, а ЕSA взяло на себя организацию проживания астронавтов и дозаправку космических кораблей. Официально соглашения с Японией и Канадой были подписаны в 2020 году. Тогда же к ним присоединилась одна из стран Персидского залива — Объединенные Арабские Эмираты (ОАЭ). 

В сентябре 2019 года проект Gateway обрел собственный логотип. Как отмечают создатели, визуально он тесно связан с будущими миссиями Artemis. «Логотип символизирует усилия NASA по достижению Луны и Марса», — написала Дипти Каулиджи, специалист по коммуникациям, для Roundup Reads Космического центра Джонсона, где и разработали этот графический знак. Считается, что его авторов вдохновил один из американских символов — арка Gateway Arch, которую неофициально называют «Воротами в Сент-Луис». Это сооружение высотой 192 м, расположенное в штате Миссури, является самой высокой аркой в мире. 

официальный логотип Gateway
Логотип проекта Gateway, представленный в сентябре 2019 года в Космическом центре Джонсона.
Источник: NASA

Коммерческим поставщиком услуг по доставке грузов и экспериментальных материалов на Gateway в NASA выбрали компанию SpaceX. Еще одним подрядчиком стала Maxar Technologies: разработанные ею компоненты обеспечат питание, маневрирование, управление ориентацией и работу систем связи на Gateway благодаря самым современным электрическим двигателям, работающим на солнечной энергии. В перспективе они должны сделать эту лунную станцию самым мощным космическим аппаратом из когда-либо запущенных. 

Частично Gateway будет собрана на Земле — здесь инженеры соединят ее модули Power and Propulsion Element (PPE) и Habitation and Logistics Outpost (HALO). После сборки конструкция в течение года будет двигаться по направлению к лунной орбите, а размещенные внутри нее научные приборы смогут передавать первые данные на Землю. Когда станция окажется в точке назначения, начнется подготовка к прибытию второго жилого модуля с экипажем миссии Artemis IV. Однако прежде NASA и его партнеры с помощью ракеты SLS отправят на станцию два дополнительных космических корабля: Starship Human Landing System от SpaceX, на борту которого будут скафандры нового поколения, и логистический модуль SpaceX Dragon XL с оборудованием и материалами для научных экспериментов. 

жилой модуль HALO для астронавтов Gateway
HALO — один из двух модулей, которые составляют сердце космической лунной станции Gateway. Здесь астронавты будут жить, заниматься наукой и готовиться к миссиям на поверхность Луны.
Источник: Northrop Grumman/Thales Alenia Space

Вклады участников проекта 

Основным инициатором развития проекта Gateway и источником финансирования остаются США, однако в их задачи входит и привлечение международных партнеров для исследования дальнего космоса и Марса. Как мы уже упоминали выше, на начальных этапах к проекту уже присоединились Канада, Япония, ОАЭ и ЕSА.

Канада в лице Канадского космического агентства (CSA) разрабатывает роботизированный манипулятор Canadarm3 и программные интерфейсы для работы с ним. Без участия человека манипулятор сможет выполнять операции, связанные с ремонтом и обслуживанием станции, перемещать модули LOP-Gateway, помогать астронавтам выходить в открытый космос и проводить научные исследования. В обмен на Canadarm3 Канада получит возможности для связанных с Луной научных исследований и коммерческих проектов, а также отправит на Gateway своих астронавтов. Планируется, что один из них, астронавт CSA Джереми Хансен, полетит в составе первой за полвека пилотируемой миссии Artemis II. В перспективе это сделает Канаду второй страной из тех, чьи астронавты облетят Луну.

роботизированный манипулятор Canadarm3 
Художественное представление «умного» манипулятора Canadarm3, расположенного на внешней стороне космической лунной станции Gateway.
Источник: NASA

Вклад ESA включает разработку и строительство двух крупных модулей. Первый, получивший название Lunar I-Hab, будет использоваться для проживания и исследовательской работы астронавтов. Второй, Lunar View, обеспечит дозаправку топливом, логистику грузов и станет единственным модулем с огромными иллюминаторами, сквозь которые можно будет наблюдать за Луной, Землей и дальним космосом. Также ESA отвечает за связь между Gateway и луноходами, посадочными модулями и другими спутниками. Эту связь будет обеспечивать самостоятельный телекоммуникационный элемент Lunar Link, оснащенный двумя независимыми антеннами. Сейчас созданием Lunar Link занимается французская компания Thales Alenia Space — она обещает, что ее система обеспечит потоковую передачу данных в высоком разрешении с Луны на Землю. Для астронавтов ЕSА уже зарезервировано три места в двух будущих миссиях — вероятно, это будут Artemis IV и Artemis V, в ходе которых на Gateway доставят модули I-Hab и ESPRIT.

жилой модуль Lunar I-Hab для лунной станции Gateway
Прототип жилого модуля Lunar I-Hab, который будет поставлен Европейским космическим агентством для будущей лунной станции Gateway.
Источник: ESA

Критически важными компонентами модуль Lunar I-Hab обеспечит Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA). Это будет система контроля окружающей среды и жизнеобеспечения ECLSS, система терморегуляции, а также батареи питания для HALO, Lunar I-Hab и Lunar View. Помимо этого, Япония строит космический корабль HTV-XG для запуска и доставки логистической миссии по снабжению Gateway. За это NASA предоставит возможность одному астронавту JAXA принять участие в миссии Artemis — вывезет его за пределы низкой околоземной орбиты на борту ракеты Space Launch System (SLS) и корабля Orion. 

В начале января 2024 года стало известно, что Космический центр им. Мухаммеда бин Рашида в ОАЭ взял на себя работы по построению шлюзового модуля, которым астронавты и научные сотрудники воспользуются для исследований. Шлюз позволит членам экипажа выходить из герметичной зоны в открытый космос и успешно возвращаться на борт. 

Хотя до ввода лунного форпоста Gateway еще минимум пару лет, посмотрите, как может происходить стыковка с ним корабля Orion:

Сколько стоит Gateway

Впервые средства на лунную станцию Gateway были выделены в бюджете на 2019 год — тогда NASA получило на нее $450 млн от общей суммы в $21,5 млрд, направленных в целом на работу агентства. В то время проект еще называли Lunar Orbital Platform, и оценить конечную стоимость его реализации не представлялось возможным. В бюджете NASA на 2025 год на дальнейшее строительство будущей лунной станции предусмотрено $817,7 млн. 

Хотя США вкладывают в проект больше международных партнеров, те также тратят значительные суммы, чтобы в будущем отправить своих астронавтов исследовать Луну. Например, на разработку и производство модуля для дозаправки и коммуникации ESPRIT ESA заключило контракт на €296,5 млн с компанией Thales Alenia Space. А CSA выделило $76,5 млн только на поддержку канадской науки в рамках проекта Gateway в течение восьми лет. 

Если говорить о базовой оценке стоимости Gateway, то она уже приближается к $5,3 млрд — именно столько озвучили в Счетной палате правительства США (GAO). Вероятно, эта сумма не является окончательной, так как запуск первой миссии был отложен до 2027 года, хотя изначально полет планировался в конце или сразу после 2024-го. И это далеко не единственная проблема, связанная с реализацией проекта лунного форпоста.  

Проблемы и сложности проекта

Сейчас NASA пытается если не ускорить строительство и тестирование модулей Gateway, то хотя бы не допустить дальнейших задержек. Для этого регулярно пересматриваются бюджеты и сроки реализации отдельных небольших проектов, чтобы определить, насколько реально запустить станцию в работу в 2027 году. Ее надлежит вывести на орбиту за год до пилотируемой миссии Artemis IV, в ходе которой астронавтам предстоит жить и работать на первой космической лунной станции человечества. А перенос сроков является плохим знаком для NASA, ведь на данный момент это ее самый амбициозный проект.

Одна из самых больших проблем, с которой столкнулось американское космическое агентство и его международные партнеры, связана с малой массой станции. Если не будет найден способ ее утяжелить, после запуска станция просто не достигнет правильной лунной орбиты. А еще не сможет принимать крупные космические корабли — тот же Starship от SpaceX, например, весит в 18 раз больше, чем Gateway в собранном виде. Если этот или другие подобные ему массивные корабли все-таки состыкуются со станцией, существует вероятность, что она не удержится на правильной орбите. А это нарушит связь и сделает невозможной дальнейшую стыковку станции с другими, менее крупными космическими кораблями. Все это ставит под угрозу поддержку будущих миссий на Марс, которые входят в число первостепенных целей реализации проекта Gateway. 

Фаза 1 миссии Artemis: Шлях до поверхні Місяця
Так выглядел план реализации миссий на Gateway в 2020 году: тогда еще запуск проекта был запланирован на 2024-й.
Источник: NASA

Вызывает обеспокоенность проблема с сетевым чипом, о которой сообщили в GAO. Неисправность этого компонента может привести к потере контроля над космической лунной станцией из-за непредсказуемого перезапуска бортовых компьютеров. Специалисты, которые выявили эту проблему, предупреждают, что в будущем может быть обнаружено больше дефектов в коммуникационной сети, чем они предполагали ранее.

Помимо организационных, тревожат риски, связанные с безопасностью астронавтов. Расположение станции за пределами низкой околоземной орбиты и магнитосферы Земли сделает экипажи более восприимчивыми к солнечному и космическому излучению, если сравнивать его с воздействием на астронавтов МКС. Судя по результатам исследования, опубликованным в издании International Journal of Molecular Sciences, «астронавты подвергнутся высоким кумулятивным дозам космической радиации в дополнение к другим стрессовым факторам». Ученым еще предстоит выяснить, насколько сильно те будут влиять на здоровье пребывающих на станции людей — например, возрастут ли риски возникновения рака, изменятся ли двигательные функции организма и как будет протекать регенерация тканей. Хотя ранее астронавты уже подвергались воздействию космической радиации в рамках миссий Apollo, оно длилось менее 11 дней, в то время как на Gateway экипажи будут оставаться до 90 суток подряд.

Во второй части статьи мы расскажем о том, каких целей поможет достигнуть космическая лунная станция Gateway, какие научные исследования там будут проводиться и на каком этапе реализации сейчас этот проект.