2021 год был богат на космические события: долгожданное прибытие марсохода Perseverance на поверхность Красной планеты, первый запуск коммерческих туристических суборбитальных рейсов от Blue Origin и Virgin Galactic и старт миссии космического телескопа имени Джеймса Уэбба, способного пролить свет на историю происхождения нашей Вселенной.

Нет никаких сомнений, что в 2022 году эта тенденция продолжится. Среди основных планов: лунная миссия беспилотного космического корабля Orion в рамках программы Artemis І, разработка и тестирование новых образцов ракет-носителей, грузовых космических кораблей и исследовательских спутников, участие космического сектора в вопросах сохранения экологии.

Этот материал будет посвящен уже свершившимся проектам и самым ожидаемым космическим миссиям 2022 года.

Возврат на Луну: Orion, NOVA-C и CAPSTONE

NASA завершает подготовительные этапы своей лунной программы Artemis І — планируется запуск тяжелой ракеты-носителя SLS (Space Launch System), которая выведет на орбиту беспилотный космический корабль Orion. Отделившись от SLS, Orion совершит несколько витков вокруг Луны, а затем покинет дальнюю ретроградную орбиту (DRO) спутника и вернется на Землю. Предполагается, что на выполнение всей миссии понадобится от 26 до 42 дней. Самая оптимистичная дата первой беспилотной миссии Artemis І запланирована на август 2022 года и должна состояться со стартовой площадки 39B Космического центра имени Кеннеди (KSC).

Генеральная репетиция запуска SLS проходила 26 апреля, однако миссия столкнулась с нештатной ситуацией — во время подготовки ракеты к пуску выявили неисправность клапана заправки и утечку топлива, в результате чего ее невозможно было заправить. После 10-часового путешествия к стартовой платформе NASA решило откатить ракету обратно в здание для технической сборки (Vehicle Assembly Building).

В NASA уже заканчивают работу над ошибками, возникшими при запуске SLS, и твердо намерены еще раз повторить свою попытку, приблизив старт беспилотной миссии Artemis І.

Поэтапный план космической миссии Artemis І

Artemis І — хотя и сложная, но все-таки тестовая подготовка к уже пилотируемому полету на орбиту Луны в рамках миссии Artemis ІІ. Пока пилотируемый полет корабля Orion на Луну назначен на 31 мая 2024 года, однако многое может измениться в зависимости от конечных результатов первой Artemis.

Помимо планирования будущих полетов человека на Луну, NASA активно исследует возможности разработки месторождений лунных ресурсов. Хьюстонская компания Intuitive Machines в ходе своей миссии NASA PRIME-1 отправит посадочный модуль NOVA-C на южный полюс Луны (кратер Шеклтона) в декабре 2022 года.

Посадочный модуль NOVA-C выполнен в виде шестигранного цилиндра, работающего на солнечных панелях, способных вырабатывать до 200 Вт. Полезная нагрузка всего модуля составляет от 100 до 130 кг. Платформа воспользуется шнековым буром длиной 1 м, который позволит брать образцы лунного грунта, с последующей обработкой и отправкой полученных данных на Землю. Кроме того, в составе лунного модуля имеется масс-спектрометр MSolo для наблюдения и контроля лунной активности NOVA-C. Главной задачей модуля станут исследования лунного грунта и демонстрация самой возможности переработки лунных ресурсов по месту их добычи (ISRU). Контракт между NASA и Intuituve Machines оценивается в $77,5 млн.

Платформа для бурения лунных пород NOVA-C

Стоит отметить, что Intuitive Machines с их модулем NOVA-C является лишь одним из списка финалистов, отобранных в NASA для участия в программе по доставке коммерческих грузов на Луну — Commercial Lunar Payload Services (CLPS). Контракт на $93,3 млн был заключен и с Firefly Aerospace, которая в 2023 году планирует осуществить доставку на Луну (северо-восточнее Моря Спокойствия) комплекта научного оборудования, используя для этого посадочный аппарат Blue Ghost. В список участников, с которыми NASA заключило контракты в рамках CLPS, также входят: Astrobotic Technology, Deep Space Systems, SpaceX, Blue Origin, Lockheed Martin Space и другие.

Обеспечение навигации на лунной орбите — важный аспект при строительстве первой лунной орбитальной станции. Над этой задачей активно работает частная аэрокосмическая компания Advanced Space (Боулдер, Колорадо), которая 25 июня 2022 года намерена запустить кубсат CAPSTONE (Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment).

Предполетные испытания кубсата CAPSTONE

Наноспутник будет заниматься проверкой стабильности лунной гало-орбиты, которую NASA планирует использовать для Lunar Gateway — исследовательской станции на орбите Луны, призванной стать коммуникационным хабом и площадкой для проведения научных исследований. Лунная орбитальная станция Gateway послужит жилым модулем для астронавтов, базой для хранения лунных роверов и стыковочным модулем для грузовых космических кораблей.

Кубсат планируют вывести на орбиту с помощью ракеты Electron производства Rocket Lab. Благодаря разведывательному запуску аппарата CAPSTONE человечество сможет вплотную приблизиться к появлению первой космической станции за пределами земной орбиты.

Последние три года NASA вкладывает большие средства в развитие своей космической программы Artemis Moon. Ежегодные финансовые вливания США в этот проект оцениваются в $7,5 млрд. Помимо этого, агентство выделяет порядка $250 млн в год на финансирование своей вспомогательной программы — Commercial Lunar Payload Services, направленной в первую очередь на стимуляцию частных космических компаний, которые будут доставлять на Луну посадочные модули, грузы и научное оборудование малой и средней грузоподъемности.

Развитие возвратных космических челноков: Dream Chaser

В вопросах доставки научных и продовольственных грузов на космические станции важную роль играет возможность использования многоразовых грузовых космических кораблей, так как она напрямую влияет на уменьшение стоимости подобных миссий.

Один из таких многоразовых грузовых космических кораблей — Dream Chaser производства компании Sierra Space (Луисвилл, Колорадо). В данный момент космический корабль — на завершающем этапе сборки, и ориентировочно будет отправлен на тестовый полигон NASA уже в августе-сентябре этого года. Там Dream Chaser проведет четырехмесячный этап термовакуумного тестирования.  

Фюзеляж Dream Chaser приобретает форму настоящего космического корабля

Планируется, что первый реальный полет шаттла будет грузовым: корабль отправится на МКС и пополнит запасы астронавтов едой, воздухом и научным оборудованием. В будущем Sierra Space намерена испытывать уже пилотируемую версию своего Dream Chaser. Предварительный запуск пилотируемой версии космического корабля запланирован на 2026 год, однако (как и в случае с Artemis І) многое будет зависеть от успеха именно беспилотной миссии.

Главное преимущество Dream Chaser заключается в возможности данного корабля приземляться на специально оборудованные взлетно-посадочные полосы по всему миру. В настоящее время Sierra Space заключила договор с японской корпорацией Kanematsu и префектурой Оита о возможности использования местной взлетно-посадочной полосы для приземления своих грузовых космических кораблей.

Dream Chaser будет способен переносить до 5500 кг полезной нагрузки. Изначально запуск космического грузового корабля на МКС был запланирован на весну 2022 года, однако недавно дату начала миссии перенесли на первый квартал 2023-го. Тем не менее, к осени нас, вероятно, ожидает первый этап термовакуумного тестирования аппарата, поэтому мы все равно относим запуск Dream Chaser к наиболее ожидаемым событиям 2022 года.

Возвратные ракеты: Starship и Glenn Rocket

На лето 2022 года запланирован и первый орбитальный запуск сверхтяжелой ракеты-носителя Starship от SpaceX. О планах SpaceX запустить свою сверхтяжелую ракету-носитель не позднее июня-июля заявила исполнительный директор компании Гвинн Шотвелл. Предполагается, что запуск состоится со стартовой площадки SpaceX в Техасе, передает Bloomberg.

Предполагается, что именно Starship станет первой возвратной ракетой, которая достигнет поверхности Марса и вернется на Землю

Фюзеляж ракеты выполнен из нержавеющей стали с высоким содержанием хрома и никеля. В SpaceX решили отказаться от углеродного волокна из-за большой трудоемкости в производстве и дороговизны этого покрытия при использовании в сверхтяжелых ракетах. Ракеты из нержавеющей стали имеют существенно больший вес, нежели те, чей корпус сделан из углеродного волокна, поэтому для их запуска требуется наличие более мощного ракетного двигателя.

Еще одно преимущество корпуса из нержавеющей стали — высокая температура плавления, при достижении которой он начинает деформироваться. Каркас Starship будет способен выдерживать температуры до 1600°F (871,1°C). Хотя рассматриваемая альтернатива в виде корпуса из углеродного волокна вообще не подвержена плавлению, под воздействием криогенных температур он может начать крошиться и фактически ограничен диапазоном рабочей температуры в 300°F (148,8°C). Нержавеющая сталь с высоким содержанием никеля и хрома, напротив, под воздействием криогенных температур только твердеет, повышая свою прочность в среднем на 50% от твердости сплава в условиях земных температур.

Так же, как и грузовой корабль Dream Chaser, вся ракета Starship полностью многоразовая и может быть запущена снова после проведения всех необходимых технических процедур.

Предварительно запланированные на четвертый квартал 2022 года испытания сверхтяжелой ракеты Glenn Rocket были отложены, и теперь ракета от аэрокосмической компании Blue Origin уже точно взлетит не раньше 2023-го. Ракету высотой 322 фута (98,1 м) собираются запустить с базы Космических сил на мысе Канаверал.

В данный момент проходят испытания фюзеляжа ракеты, топливных баков, основных ступеней и композитных обтекателей, а совсем недавно компания провела испытания своего ракетного двигателя внутреннего сгорания BE-4. Обогащенный кислородом двигатель работает на сжиженном газе и оснащен подвижным подвесом, благодаря чему у Glenn Rocket появляется уникальная возможность маневрировать во время своего полета.

Транспортировка фюзеляжа сверхтяжелой Glenn Rocket

Blue Origin вкладывает в успешную реализацию своего проекта немалые деньги: компания уже инвестировала в развитие инфраструктуры для запуска $2,5 млрд, из которых $1 млрд выделен на реконструкцию стартовой площадки LC-36. Начиная с 60-х годов прошлого века, с площадок LC-36A и LC36B успешно осуществлены 145 ракетных запусков.

По состоянию на 2022-й в сфере ракетостроения укрепилась тенденция на разработку и создание возвратных модулей сверхтяжелых ракет-носителей и грузовых космических кораблей, способных выводить на орбиту тонны полезной нагрузки. Ставка на сегмент сверхтяжелых ракет-носителей обусловлена тем, что в вопросах будущей колонизации ближайших спутников и планет в первую очередь наиболее весомую (во всех смыслах) роль станут играть именно объемы доставляемого груза, которые впоследствии можно будет использовать для строительства планетарных баз для первых космических колонистов.