Gateway, частина 2. Навіщо потрібна місячна станція та наскільки людство близьке до її заселення

Востаннє люди ступали на місячну поверхню більш ніж пів століття тому, 1972 року. З того часу людство намагається не просто повторити цей досвід, а й ретельно вивчити Місяць, а також скористатися ним для амбітних планів — забезпечити свою присутність на Марсі і в глибших областях Сонячної системи. Будівництво Gateway, першої міжнародної космічної місячної станції, допоможе досягти цих цілей.

У першій частині ви ознайомилися із можливостями Gateway, учасниками проєкту та проблемами, з якими вони вже зіткнулися. Сьогодні розповімо, які саме дослідження проводитимуться на станції, і які роботи, пов’язані з її запуском в експлуатацію, тривають зараз.

Навіщо потрібна космічна місячна станція Gateway

Ми вже писали в першій частині статті, що передувало появі цього проєкту. Але навіть якщо відкинути особисті ініціативи 45-го президента США, залишиться багато того, що в перспективі принесе велику користь людству і допоможе зробити вирішальний крок до підкорення космосу.

Одна з найперших згадок про Gateway (тоді ще Deep Space Gateway) датується березнем 2017 року, коли в NASA сформулювали цілі проєкту так: “Обслуговуваний екіпажем космодром на місячній орбіті […], який послужить шлюзом у глибокий космос і на місячну поверхню […], буде оснащений логістичними модулями для проведення досліджень”. В агентстві уточнили, що Gateway дасть змогу детальніше дослідити космос загалом, і особливо області, прилеглі до Місяця, “для здобуття досвіду пілотованих місій, що просуваються далі в Сонячну систему, доступу до місячної поверхні для роботизованих місій із можливістю повернутися на Землю за кілька днів, а не тижнів або місяців”.

Gateway дійсно в змозі відіграти ключову роль у досягненні цілей, викладених у “Директиві про космічну політику 1”. А завдяки залученню амбітних партнерів США і NASA можуть реалізувати інноваційні підходи, які закладуть фундамент для дослідження людиною поверхні Місяця і досі незвіданих областей Сонячної системи. Gateway принципово відрізнятиметься від МКС, яка до кінця десятиліття піде “на пенсію”: астронавтам належить перебувати на космічній місячній станції епізодично, значну частину часу вона не буде заселена людьми.

Перші наукові дослідження на Gateway зосередяться на Сонці та далекому космосі. Так називають усе, що за орбітою Місяця і за межами Сонячної системи. Наприклад, космічний телескоп James Webb, який розмістився на відстані близько півтора мільйона кілометрів від Землі, перебуває саме в далекому космосі.

Радіаційні прилади, розміщені на Gateway, допоможуть ученим краще розібратися, від чого насправді залежить космічна погода — потоки сонячного вітру, викиди корональної маси і надяскраві сонячні спалахи. Космічна погода багато в чому визначає здоров’я астронавтів, і зрештою — успішність місій, які передбачають польоти на максимальній відстані від Землі.

У процесі роботи на Gateway вчені планують витягти з місячного ґрунту зразки води, мінералів і хімічних елементів. Вода потрібна для того, щоб перетворити Місяць на заправну станцію для майбутніх місій на Марс. Зібрану воду, яка у вигляді льоду відклалася в полярних регіонах небесного тіла, можна плавити, хімічним шляхом отримувати з неї водень і кисень, а вже ті використовувати як рідке паливо. Також на станції передбачається проміжне зберігання здобутих зразків матеріалів перед відправкою їх на Землю.

Перебування на станції Gateway упродовж тривалого часу — а поки що заявлено про 30-90 днів безперервного мешкання — у перспективі допоможе людям відточити навички виживання в далекому космосі. Джеймс Карпентер, учасник групи ЕSA з дослідження Місяця, впевнений: “Ми зможемо вивчати вплив радіації на фізіологію людини; збирати частинки пилу, що прилітають з астероїдів чи комет, або, можливо, з об’єктів за межами Сонячної системи. Також Gateway ідеально підійде для запуску невеликих супутників CubeSat та інших пристроїв, які могли б відкрити шлях до дослідження Сонячної системи”.

Gateway становить великий інтерес і для астрономів: ті використовуватимуть космічну місячну станцію для збирання обсерваторій, призначених для вивчення далекого космосу. Дізнаючись більше про низькочастотні радіохвилі, якими він пронизаний, астрономи зможуть з’ясувати інформацію про найбільш ранні періоди існування нашого Всесвіту, що охоплюють часовий відрізок відразу після Великого вибуху. Подібні дослідження все ще неможливо здійснювати із Землі через численні перешкоди, джерелом яких виступають створені людиною пристрої.

Виконавчий секретар Національної космічної ради Скотт Пейс заявив, що цінність Gateway зрештою полягатиме в тому, що вона стане паливним складом, який дасть змогу повторно використовувати місячні посадкові модулі або, принаймні, деякі їхні частини. “Замість того щоб відмовлятися від дорогих транспортних засобів після однієї подорожі, нам слід подумати про створення паливного складу, аби забезпечити повторні візити на Місяць і прокласти шлях на Марс, — сказав він. — І це саме те, що NASA запропонувало зробити з Gateway”.

Також NASA збирається побудувати унікальну місячну інфраструктуру із залученням різних партнерів, які розроблять системи для екіпажу, рухові установки, наукові платформи, забезпечать логістичні операції і візьмуть на себе багато інших завдань. Це дасть можливість консолідувати зусилля і впровадити міжнародні стандарти в питаннях дослідження глибокого космосу. У перспективі ці стандарти допоможуть NASA і його партнерам підготуватися до пілотованих місій на Марс, але насамперед імітувати їх, перебуваючи на відносно невеликій відстані від Землі. А поки що саме Gateway підтримуватиме найвіддаленіші з коли-небудь розпочатих пілотованих космічних місій.

Що вже відомо про дослідження, які проводитимуться на станції

Розташування Gateway дасть змогу займатися наукою про Землю, геліофізикою та астрофізикою. У NASA стверджують, що фундаментальним фізичним дослідженням сприятимуть “розширені види Землі, Сонця, Місяця і космосу, недоступні з земної поверхні або навколоземної орбіти”. Але найбільший інтерес на цьому етапі становить вивчення сонячної радіації та космічної погоди. З цією метою партнери США за проєктом Gateway уже обрали три наукові інструменти. Це буде HERMES від NASA, ERSA від ESA, а також IDA, яку спільно розробляють ESA і JAXA. Ось що вже відомо про них.

HERMES

Прикріплений до зовнішнього боку станції HERMES (Heliophysics Environmental and Radiation Measurement Experiment Suite) містить чотири змонтовані разом інструменти. Це магнітометр для вимірювання магнітних полів навколо Gateway, мініатюрний телескоп (MERiT) для виміру іонів й електронів, електронний електростатичний аналізатор (EEA) для вивчення низькоенергетичних електронів сонячного вітру, а також аналізатор іонів (SPAN-I) для заміру протонів та іонів. HERMES дасть змогу побачити, що відбувається глибоко в хвості магнітосфери Землі, і порівняти ці дані з результатами інших спостережень, отриманими від п’яти аналогічних апаратів, що вже працюють.

ERSA

Комплекс інструментів ERSA (European Radiation Sensors Array) також буде на зовнішньому боці Gateway. Він призначений для вивчення сонячного вітру, а конкретно — його впливу на астронавтів і обладнання. Серед завдань ERSA будуть заміри сонячних частинок, галактичних космічних променів, нейтронів, іонів і магнітних полів. Система оснащена п’ятьма приладами, що допомагають більше дізнатися про фізику радіації у Сонячній системі, та усвідомити ризики, які може становити радіація для астронавтів і обладнання станції.

Змодельовану роботу ERSA можна побачити на цьому відео, підготовленому міжнародною групою Space Applications Services, що займається підтримкою системної та програмної інженерії для ESA:

Джеймс Карпентер наголошує: “Розуміння мінливих радіаційних обставин навколо Місяця і в Gateway важливе, якщо ми хочемо визначити потенційні небезпеки, з якими зіткнуться астронавти, і з’ясувати, як із ними боротися. Це також допомагає нам аналізувати і прогнозувати космічну погоду в системі Земля — Місяць”.

HERMES і ERSA вимірюватимуть викиди радіації у режимі реального часу. Результати цих вимірів допоможуть NASA і ESA поліпшити процес моделювання прогнозів космічної погоди і точніше передбачати моменти вибухів на Сонці. Наразі вони відбуваються непередбачувано і призводять до сильних викидів сонячної радіації та сонячного вітру, котрі можуть негативно впливати на астронавтів, що залишили захищену атмосферу Землі.

IDA

Інструменти IDA (Internal Dosimeter Array) переміщатимуться всередині космічної місячної станції і контролюватимуть силу радіаційного захисту, щоб покращити умови перебування астронавтів. Отримана IDA інформація допоможе зрозуміти, наскільки ефективно структура модуля Gateway захищає людей від радіації та можливих ризиків, як-от негативний вплив на центральну нервову і серцево-судинну системи та ріст ракових клітин. Це сприятиме оцінюванню ризиків для екіпажу під час науково-дослідних місій. Відомо, що центральний блок системи IDA розробить компанія REMRED, і це стане одним із найважливіших технологічних досягнень угорської космічної промисловості.

Першими пасажирами космічного корабля Orion, який попрямує на Місяць, будуть манекени. Прикріплені на них понад 5000 датчиків вимірюватимуть рівень радіаційного впливу на членів майбутніх екіпажів.

Перші корисні вантажі для наукових досліджень

У серпні 2024 року NASA обрало Intuitive Machines для доправлення шести корисних вантажів загальною масою 79 кг у південну полярну область у межах контракту на суму $116,9 млн. Чотири корисні вантажі належатимуть NASA, один — ESA, і ще один — Лабораторії атмосферної та космічної фізики Університету Колорадо в Боулдері. Більшість вантажів призначена для біологічних досліджень, вивчення планетарної та космічних наук. Планується, що ESA відправить комплекс для буріння з метою аналізу будь-яких летких речовин, наприклад водяного льоду, які можуть ховатися у верхніх шарах Місяця. Як заявив Кріс Калберт, керівник програми CLPS у Космічному центрі імені Джонсона в NASA, ці прилади “допоможуть досягти безлічі наукових цілей і поглибити наші знання про навколишнє середовище Місяця”.

Наскільки ми близькі до запуску Gateway?

За найоптимістичнішим сценарієм, два модулі космічної станції доставлять на орбіту Місяця в грудні 2027 року. У Конгресі США оцінюють вірогідність дотримання цих термінів на рівні 70%, і це досить високі шанси з огляду на те, що історично всі дати запусків переносили, а пілотовані польоти затримували. Багато ризиків, через які перші пов’язані з Gateway місії можуть відкласти, вже виявлено. Рахункова палата уряду США рекомендувала NASA задокументувати їх і розпочати усунення проблем, щоб компоненти PPE і HALO були запущені, і одночасно, без інцидентів, опинилися в місці призначення.

Досить великі обсяги робіт для успішної реалізації проєкту вже виконано. Зварювання модуля HALO італійська компанія Thales Alenia Space завершила ще 2023 року. У жовтні 2024-го він успішно пройшов випробування під навантаженням у Турині, відтак ще на крок наблизившись до запуску на місячну орбіту. Далі модуль вирушить у місто Гілберт (штат Аризона, США), де фахівці Northrop Grumman оснастять його всім необхідним для життя астронавтів і проведення наукових досліджень перед відправленням на місячну орбіту.

Наприкінці року завершилися навантажувальні випробування безпілотного космічного корабля Orion, на якому вирушать у подорож навколо Місяця і побувають на Gateway чотири астронавти в межах майбутньої місії Artemis II. Протягом 11 місяців на випробувальному полігоні в штаті Огайо інженери імітували реальні умови, в яких може опинитися космічний корабель, разом з екстремальним скасуванням запуску. Також було протестовано підключення і від’єднання Orion від космічної станції Gateway. “Ці випробування критично важливі, нам необхідно завершити їх, щоб заявити, що конструкція космічного корабля безпечна, і ми готові вперше відправити екіпаж із місією Artemis II, — пояснив Майкл Сі, менеджер програми Orion. — Ми вперше випробували космічний корабель на Землі в такому екстремальному середовищі”.

Склад екіпажу майбутньої місії відомий з квітня 2023 року. До нього увійдуть астронавти зі США — Грегорі Вайсмен, Віктор Гловер, Христина Кук, та представник Канадського космічного агентства Джеремі Гансен.

У грудні 2024 року стало відомо, що члени екіпажу Gateway носитимуть “розумні” майки для підтримання здоров’я. Раніше їх уже протестували астронавти МКС, але для майбутніх місій майки повернули на доопрацювання. Причина в більш високому радіаційному навантаженні: місячна станція буде в 1000 разів далі від Землі, ніж МКС. Розробкою майок з унікального матеріалу Astroskin займається канадська компанія Hexoskin у межах контракту з Канадським космічним агентством.

А поки ми очікуємо історичного запуску перших двох компонентів майбутньої космічної місячної станції, NASA підігріває інтерес такими от реалістичними візуалізаціями, які показують вигляд Gateway зовні та її основні модулі: