Космічний 2024-й: огляд найбільш знакових подій року

2024-й напевне увійде в історію людства, адже цьогоріч відбулося одразу кілька світових рекордів космічної індустрії. Це і перший вихід у відкритий космос повністю приватного екіпажу місії Polaris Down, і захоплення рукою-маніпулятором Mechazilla прискорювача Superheavy під час демонстрації Flight 5, і повернення зразків місячної породи китайським безпілотним апаратом Chang’e 6. За рік, що минає, також встановлено новий рекорд за кількістю космічних запусків — 261 (з яких 253 були успішними).

Сьогодні згадаємо найбільш знакові космічні події року та обговоримо нові тенденції, які 2024 рік привніс у космонавтику.

Vulcan Centaur: метан підкорює орбіту 

Січень 2024-го ознаменувався дуже цікавим дебютом — орбітальним запуском першої американської ракети на метановому паливі Vulcan Centaur виробництва United Launch Alliance (ULA). Тут варто зауважити, що на паливній суміші рідкого кисню та метану (LOX/CH₄) працює тільки перший ступінь ракети-носія, Vulcan, оснащений двома ракетними двигунами ВЕ-4. ЇЇ другому ступеню, Centaur, надає руху тяга, отримана від паливної суміші на основі рідкого кисню та рідкого водню (LOX/LH₂).

Отже, 8 січня 2024 року Vulcan Centaur стала першою в світі ракетою на метановому паливі, яка спромоглася досягти орбіти з першої спроби запуску.

Після вивільнення всіх типів корисного навантаження на другому етапі Centaur знову виконав запалення пари своїх двигунів RL-10, аби піднятися на геліоцентричну орбіту. Цей маневр було зроблено з метою тестування здатності нової ракети розміщати корисний вантаж на високій GEO.

Пізніше ракета здійснила ще один вдалий запуск — у жовтні цього року. Спочатку планувалося, що вона виведе на орбіту космічний корабель Sierra Space Dream Chaser. Однак порушення термінів здачі останнього призвело до того, що замість космічного корабля на її борту встановили його імітацію — симулятор вагою у півтори тонни. Попри відсутність справжнього космічного корабля на борту, запуск Vulcan Centaur вирішили не відміняти, оскільки цього вимагав контракт між ULA та ВВС США. За його умовами, ракеті належало витримати два сертифіковані польоти, щоб довести американським військовим свою безвідмовність, адже вони планують використовувати носій задля цілей національної безпеки.

Другий запуск відбувся 4 жовтня, втім, на відміну від першого, його супроводили певні труднощі. На 37-й секунді польоту відвалилося сопло одного з твердопаливних ракетних бустерів GEM-63XL, за допомогою якого ракета відірвалася від Землі. Відтак носій частково втратив свою тягу, почався позаплановий нахил у вертикальній площині. Проте Vulcan Centaur вдався до коригування інших бустерів та пролонгував їхню роботу на 20 секунд, задля того щоб компенсувати відхилення та зниження потужності. Цей резервний маневр допоміг досягнути необхідних для виходу на задану орбіту показників висоти і швидкості. Таким чином аномалія, що спіткала його другий політ, навіть розширила демонстрацію запуску, показавши, як Vulcan Centaur долає надзвичайні ситуації.

Наразі метанова ракета-носій представлена у чотирьох основних модифікаціях, які відрізняються кількістю допоміжних прискорювачів GEM-63XL: 0, 2, 4 та 6 (версії VC0, VC2, VC4, VC6 відповідно). Зовсім скоро ULA планує презентувати вдосконалення версії VC6 — вірогідно, з новими, потужнішими твердопаливними бічними бустерами. 

Цьогорічний дебют Vulcan Centaur став у пригоді ракетному сектору США, адже якраз у квітні 2024-го у свій останній політ вирушила Delta IV Heavy — незмінна робоча конячка американської астронавтики з 20-річним стажем орбітальних польотів. За роки свого існування ракета виконала 16 запусків загалом, 15 із них були успішними. Разом із Delta IV Heavy зупинилося виробництво ще однієї американської ракети — Atlas V, розробленої Lockheed Martin та ULA. Послужний список цього носія вражає: 101 запуск і 100 успіхів загалом. Попри припинення створення нових екземплярів, Atlas V іще політає — заплановано ще 15 її запусків. Очікується, що вони відбудуться впродовж 2025-2026 років.

Загалом 2024 рік підтвердив глобальний запит на носії, що працюють на паливних сумішах на основі метану (CH₄) або зрідженого природного гасу (LNG). Свої версії ракет на паливній суміші з рідкого кисню та рідкого метану сьогодні має Китай, зокрема це Zhuque-2 від компанії LandSpace Technology, яку презентували минулого року. А Європейське космічне агентство (ESA) планує використовувати метановий двигун M-10 у новій ракеті Vega E, що має дебютувати незабаром. Не слід забувати, що на метановому паливі працюють і 33 двигуни Raptor, за допомогою яких свої нові рекорди цього року ставив ракетний прискорювач Superheavy від SpaceX.

Впіймай мене, якщо зможеш: перший захват Mechazilla

Подія, яка відбулася 13 жовтня 2024 року на космодромі Starbase у Браунсвіллі, штат Техас, назавжди увійшла в історію аеронавтики. Під час п’ятого демонстраційного запуску перший ступінь надважкої Starship/Superheavy від компанії SpaceX вперше здійснив контрольовану посадку на спеціальну платформу для вертикального захоплення ракети — Mechazilla.

Сталева вежа Mechazilla заввишки 140 м є одним із основних інфраструктурних об’єктів, необхідних для реалізації концепції Starship/Superheavy. Перед Mechazilla постало справді надважке завдання, адже вага Superheavy складає приблизно 250 тонн, що падають на Землю з космосу на швидкості 27 000 км/год. Приблизно на висоті одного кілометра Superheavy активував 13 своїх двигунів Raptor для маневру гальмування та підрулювання, а на останніх секундах наближення до платформи залишив працювати лише три з них.

Новаторський метод захоплення ракети прямо на стартовому майданчику дозволить SpaceX суттєво скоротити час, необхідний на підготовку ще одного запуску ракети. Задача-максимум, про яку мріє Ілон Маск, така: “Забезпечення можливості наступного старту вже через годину після захоплення ракети в такий спосіб”. Зараз цей сценарій видається надто оптимістичним, але навіть якщо на підготовку до нового запуску SpaceX витрачатиме добу — це буде справжній прорив у ракетній інженерії, який дійсно здатен зробити ракетні пасажирські перевезення реальністю ХІХ сторіччя.

Успіх під час демонстраційного запуску від 13 жовтня мав і другий ступінь тандему Starship/Superheavy — космічний корабель Starship після відділення від Superheavy здійснив контрольоване приводнення у запланованій зоні Індійського океану. Отже, почавши з провалу у квітні 2023 року, на кінець 2024-го Starship/Superheavy таки спромігся досягти всіх запланованих цілей, що є значним технічним прогресом для SpaceX. Уже 2026 року ми маємо побачити перші місії нової модифікації космічного корабля Starship у межах місячної програми NASA — Artemis. 

Утім, поки космічний корабель Ілона Маска залишається оперувати у навколоземному просторі, китайські космічні апарати літають до Місяця і повертаються з дуже цікавими артефактами. Звісно, йдеться про цьогорічний блискучий успіх космічної місії Chang’e 6. 

Ваше замовлення доставлене: повернення Chang’e 6 і частковий успіх IM-1 та SLIM

У травні цього року Китайське національне космічне управління (CNSA) продовжило послідовне виконання своєї програми з дослідження Місяця CLEP, також відомої як Chang’e. Метою шостої місії Chang’e була демонстрація технології доставки зразків з Місяця на Землю. Сама концепція не є новою, навіть попередня місія Chang’e 5 спромоглася повернутися на Землю з 1731 г місячного ґрунту. Але CNSA пішло далі і поставило перед Chang’e 6 завдання здобути зразки породи вже зі зворотного, невидимого боку Місяця. Тут варто нагадати, що станом на кінець 2024 року на зворотному боці земного супутника не побувала жодна космічна держава, крім КНР.

Місія розпочалася 3 травня зі стартового майданчика космодрому Веньчан на острові Хайнань. За допомогою китайської ракети-носія Long March 5 запуск відбувся у штатному режимі. Вже за п’ять днів, 8 травня, космічний апарат вийшов на 12-годинну навколомісячну орбіту та почав наближатися до зони майбутньої посадки.

М’яка посадка на зворотний бік Місяця відбулася 1 червня. Завершальну її стадію зафільмував Lunar Reconnaissance Orbiter від NASA, що не лишило жодних сумнівів у тому, що CNSA повторило успіх місій.

Космічний апарат Chang’e 6 складався з чотирьох основних модулів. Орбітальний Orbiter слугував транспортером для модулів Lander (спускова платформа для м’якої посадки) та Ascender (що здійснив забір місячного пилу). Заховавши місячну породу у спеціально відведений для зразків відсік, Ascender запалив свої двигуни і піднявся на місячну орбіту, де виконав рандеву та стикування з Orbiter, що очікував його. Після цього останній активував свої двигуни, розпочавши зворотний рух на Землю. Коли орбітальний апарат повернувся в земну атмосферу, то вивільнив свою спускову капсулу Returner, на борту якої містилося майже 2 кг місячного реголіту.

Окрім суто китайського корисного вантажу, Chang’e 6 транспортував і додаткові прилади від офіційних партнерів місії. Зокрема, там був французький інструмент DORN для дослідження місячного пилу та летючих частинок, що здійнялися після посадки Lander. Італійський ретрорефлектор INRRI зосередився на вимірюванні відстаней, а шведський науковий прилад NILS займався пошуком і фіксацією негативних іонів на поверхні супутника. Усі ці прилади містилися на спусковій платформі Lander. Четвертим додатковим корисним навантаженням модуля Orbiter став пакистанський кубсат ICUBE-Q, який отримував дані про магнітне поле Місяця, а також був оснащений мініатюрною камерою для знімання на поверхні супутника.

Chang’e 6 тривала 53 доби, що дещо довше за результат її попередниці, Chang’e 5. Однак її траєкторія місячного транзиту та повернення була простішою. Наступний, 2025 рік пройде без нових місій CLEP. Проте вже у 2026-му КНР планує запустити Chang’e 7, передостанню місію своєї роботизованої місячної програми перед фінальним завершенням — Chang’e 8 у 2028 році.

Відтак зрештою можна стверджувати, що цього року саме КНР належить пальма першості у реалізації місячних місій. Адже ані американська посадкова платформа IM-1 (Odysseus) від компанії Intuitive Machines, ані посадкова платформа SLIM Японського агентства аерокосмічних досліджень (JAXA) не пережили посадки на Місяць і перекинулися на завершальних її етапах.

Під час лютневої посадки IM-1 зламав одну або й декілька своїх опорних ніжок, що призвело до 30° нахилу космічного апарата та остаточної втрати зв’язку з ним через тиждень. Хоча, за прогнозами, платформа мала працювати щонайменше місяць. Всупереч низці аномалій, Intuitive Machines наважилася заявити про успіх свого Odysseus, з огляду на те, що встановлений на ньому комерційний корисний вантаж частково працював і навіть міг приймати та передавати сигнали, нехай і зі значно меншою пропускною здатністю, ніж очікувалось.

Японський SLIM також приземлився на бік (кут нахилу склав більше 90˚ від норми), що завадило йому розгорнути сонячні панелі та отримувати належну кількість електроенергії для сталої роботи. Інженери JAXA спромоглися програмним чином налаштувати роботу зонда через його батареї. Проте це були лише “милиці”, і щоб SLIM зразу не вичерпав увесь свій запас енергії, його довелося постійно відключати. Однак під час заключного етапу приземлення SLIM вивільнив два мініатюрних автономних модулі: LEV-1 та Sora-Q. Останній був оснащений камерою, яка й зафільмувала наочний стан материнського космічного корабля після посадки.

Зовсім скоро в Intuitive Machines буде шанс реабілітуватися після прикрого фіаско: на лютий 2025 року заплановано наступний запуск посадкового космічного апарата IM-2 в межах програми Комерційних послуг з доставки корисного навантаження на Місяць (CLPS), яку реалізує NASA. Intuitive Machines уже анонсувала майбутні запуски IM-3 та IM-4.

До речі, цього року комерційний космос заявив про себе не тільки реалізацією CLPS. В 2024 році ми стали свідками багатьох комерційних пілотованих місій, вершиною яких стала подорож екіпажу Polaris Dawn під керівництвом американського підприємця, астронавта та філантропа — Джареда Айзекмана. 

Орбіта на замовлення: успіх Polaris Dawn та Axiom Mission 3

Переможна хода комерційних космічних місій цього року мала чітку дату та час початку — 18 січня о 17:49:11 (EST). Саме тоді зі стартового майданчика LC‑39A Космічного центру імені Джорджа Кеннеді у Флориді на борту космічної ракети Falcon 9 вилетів екіпаж тритижневої комерційної місії Axiom Mission 3.

Четверо астронавтів розмістилися у космічному кораблі Crew Dragon (Freedom) виробництва SpaceX. Після відділення від ракети-носія капсула з екіпажем попрямувала до МКС, де групі під керівництвом Лопеса-Алегрії належало 21 добу поспіль проводити планові космічні дослідження. Таким чином внаслідок прибуття Axiom 3 на орбітальну станцію її екіпаж збільшився до 11 осіб (нагадаємо, що максимальний показник присутності на МКС становить 13 осіб).

Тритижневий термін перебування на МКС завершився, екіпаж Axiom 3 у повному складі зайняв свої місця у Crew Dragon та відстикувався від станції, попрямувавши у зворотну подорож до Землі. І зрештою приводнився у Атлантичному океані, неподалік узбережжя Флориди. 

2024 року ми також побачили чотири послідовні успіхи компанії Blue Origin, заснованої мільярдером Джеффом Безосом. 19 травня стартувала космічна місія NS-25, за нею слідував запуск NS-26 від 29 серпня (тут не обійшлося без наших: саме цим рейсом у свою першу туристичну мандрівку космосом вирушив американець українського походження — Євген Грін). Космічна місія NS-27 відбулася 23 жовтня без екіпажу — її головною метою стало тестування нового ракетного прискорювача NS5, а також виведення на орбіту 12 типів корисного вантажу. Заключною пілотованою місією 2024 року для Blue Origin став старт екіпажу NS-28.

Усі космічні місії з маркуванням NS були суборбітальними польотами та мали туристичний характер (крім NS-27). За цей час космос на власні очі змогли побачити 18 непрофесійних астронавтів (для 16 з них ця мандрівка стала першою космічною подорожжю). Для запуску всіх місій, як і раніше, була використана флагманська ракета компанії — New Shepard.

Утім, з огляду на встановлені світові рекорди, найбільш важливим комерційним космічним запуском цього року став старт місії Polaris Dawn. Її профіль був дуже схожий на Axiom Mission 3: четверо членів екіпажу, космічний корабель Crew Dragon (Resilience), вихід на орбіту.

Та було дещо, що зробило цьогорічний досвід Polaris Dawn по-справжньому унікальним. По-перше, космічний корабель підняв свій екіпаж на рекордну висоту — 1400 км над Землею (для порівняння, МКС літає більш ніж утричі нижче: від 390 до 420 км над рівнем моря). Другий аспект унікальності місії полягав у тому, що вперше команда комерційних астронавтів здійснила вихід у відкритий космос у скафандрах для позакорабельної активності (EVA), виготовлених SpaceX.

Астронавтами Polaris Dawn були: Джаред Айзекман (командир), Скотт Потіт (пілот), Сара Джилліс (фахівчиня місії) і Анна Менон (фахівчиня місії та медична співробітниця). Для всіх членів екіпажу, крім Джареда Айзекмана, це був перший досвід космічних польотів, а сам командир Resilience покинув Землю вдруге.

Старт відбувся 10 вересня на борту ракети Falcon 9. Перші години подорожі пасажири Polaris Dawn були заклопотані перевірками технічного стану космічного корабля та підготовкою до оперування у безповітряному просторі. У процесі виходу у відкритий космос одразу чотири людини взаємодіяли у безповітряному просторі, що також стало новим рекордом людства. Останній протримався майже 50 років і відбувся за місячної програми Apollo, коли у безповітряному просторі перебували одночасно троє астронавтів.

Історичний вихід у відкритий космос стався на третій день місії. Коли завершилася процедура розгерметизації, що тривала 30 хвилин, люк Crew Dragon відчинився і першим з нього показався командир місії Айзекман. Астронавт висунувся з люка лише частково — повний вихід за межі космічного корабля унеможливили як конструкція скафандрів EVA, так і конструктивні особливості Crew Dragon. Айзекман частково перебував за бортом космічного корабля протягом майже 8 хвилин, за ним черга виходити дійшла до Сари Джилліс, яка провела у положенні Айзекмана трохи більше 7 хвилин. Увесь цей час обидва тестували рухливість своїх скафандрів, які доволі сильно сковували рухи через надмірну різницю у тиску.

Четвертий оперативний день виявився останнім, що екіпаж Polaris Dawn провів на орбіті. Корабель здійснив плановий маневр повернення у атмосферу тривалістю дещо довше 7 хвилин, та приводнився у Мексиканській затоці. Успішним проведенням цієї місії SpaceX вкотре підтвердила своє звання космічного розробника повного циклу дії, адже до власної інфраструктури для космічних запусків, ракет та космічних кораблів компанія додала ще й скафандри свого авторства. Слід зауважити, що навіть зв’язок із Землею відбувається через супутники Starlink, за розробкою яких також стоїть команда Ілона Маска (до речі, під час місії Polaris Dawn екіпаж вперше випробував новітню систему лазерного зв’язку — обладнанням для неї оснащуються останні модифікації супутників Starlink).

Сміливість та визначну удачливість Джареда Айзекмана помітили у високих політичних колах. У грудні цього року стало відомо, що новообраний американський президент Дональд Трамп висунув кандидатуру астронавта-мільярдера на посаду керманича NASA. Якщо Айзекман не відмовиться від нового призначення, зовсім скоро ми зможемо побачити, як комерційний астронавт вперше обійме пост адміністратора найвпливовішого космічного агентства світу. Отже, й справді, кінець 2024 року приніс нам цілу купу безперечно феноменальних космічних новин.