Пилотируемая программа НАСА на следующее десятилетие приобретает официальные очертания

В конце марта в рамках регулярного отчета перед Экспертным советом НАСА Уильям Герстенмайер, помощник администратора НАСА по исследовательским программам, представил пилотируемую программу агентства на ближайшее десятилетие. Этот план включает создание посещаемой станции на орбите Луны в первой половине 2020-х годов, постройку транспортной системы для дальнего космоса в конце десятилетия, полет к спутникам Марса в первой половине 2030-х и, наконец, высадку на Марс в конце 2030-х или начале 2040-х. Как отметил Герстенмайер, «хорошая новость заключается в том, что в действительности план не изменился. Он сходится с тем, что предполагалось делать при старой президентской администрации, и устраивает новую администрацию». При этом теперь обросший конкретными деталями план пилотируемых полетов в 2020-х годах является не перспективным исследованием, а официальной программой.

В ближайшее время пилотируемая программа НАСА будет иметь три цели. Первая – расширить постоянное присутствие человека в космосе за пределы низкой околоземной орбиты, и сделать это, когда имеет смысл, с привлечением международных и промышленных партнеров и научных учреждений. Вторая цель – постепенное развитие пилотируемых полетов и расширение присутствия человека в Солнечной системе. Третья – создание условий для появления постоянно обитаемых человеческих поселений на других планетах Солнечной системы и космической экономики в XXI веке.

Для достижения этих целей НАСА предложило более чем 20-летний план, состоящий из пяти этапов. Текущая работа на Международной космической станции названа нулевой фазой. До наступления этапа №1, т. е. настоящее время, НАСА должно «решить базовые проблемы полетов в дальний космос путем научных исследований (прим.: в первую очередь биологических) и испытания технологий и оборудования на МКС». Эта же задача декларировалась в последние 2-3 года.

Любопытным новшеством стала вторая задача НАСА на текущем «нулевом» этапе: оценка полезных лунных ресурсов и возможности их использования для освоения космоса. По словам Герстенмайера, всю информацию, которую можно было получить с орбиты Луны, НАСА уже собрало. Для оценки доступности лунных ресурсов агентству требуется миссия на поверхности Луны – Lunar Resource Prospector, «Разведчик лунных ресурсов». Предполагается, что она будет работать в одном из потенциально богатых на ресурсы регионов Луны. Пока что неизвестно, будет это стационарный посадочный аппарат или луноход, но второй для решения заявленных целей подходит лучше. Кроме того, нужно подчеркнуть, что для начала разработки этого аппарата НАСА потребуется одобрение американского парламента.

К первому этапу перспективной пилотируемой программы НАСА перейдет в начале 2020-х годов. В этот период на орбите Луны будет построена посещаемая пилотируемая станция DSG (Deep Space Gateway, «Ворота» в дальний космос). Она будет служить базой для поддержки американских государственных, коммерческих и международных миссий в дальний космос на первом этапе программы и за его пределами.

DSG определяется как посещаемая станция, приспособленная для жизни экипажа из четырех человек на период до 42 суток. Она будет способна неоднократно менять свою орбиту, в т.ч. на высокоэллиптическую и около-прямолинейную галообразную орбиту (описание, см. схему) и сможет использоваться для поддержки деятельности на поверхности Луны. Под этой деятельностью понимается прямое управление роботами и использование станции в качестве перевалочного пункта при доставке грузов и автоматических аппаратов на Луну.

Как можно догадаться из названия, DSG должна будет остаться в космосе на много десятков лет, чтобы стать отправной точкой для будущих пилотируемых экспедиций к другим планетам.

Для постройки DSG потребуется четыре пуска сверхтяжелой ракеты-носителя SLS. До настоящего времени ракета имела две твердые миссии: испытательная беспилотная Exploration Mission 1 в 2018 году и испытательная пилотируемая EM-2 в начале 2020-х.

В новом плане НАСА EM-1 осталась без изменений. В 2018 году ракета SLS Block 1 (70 т) должна будет вывести корабль «Орион» в полет вокруг Луны длительностью 26-40 суток. В последние месяцы НАСА рассматривает возможность сделать эту миссию сразу пилотируемой, но решение на этот счет пока не принято. В 2022 году ракета SLS в новой модификации Block 1B (105 т) должна будет вывести на отлетную траекторию к Юпитеру научно-исследовательскую станцию Europa Clipper. После 2022 года пуски SLS будут выполняться ежегодно.

EM-2 в 2023 году должна будет доставить на орбиту Луны корабль «Орион» с экипажем из четырех астронавтов. Попутно будет выведен первый двигательно-энергетический модуль станции DSG массой 8-9 т. Его солнечные батареи будут обеспечивать мощность питания около 40 кВт. Модуль будет оснащен электродвигательной установкой мощностью 12 кВт и обычными химическими двигателями.

С технической точки зрения он будет основан на наработках отмененного космического аппарата ARM, целью которого был захват и доставка на орбиту Луны булыжника с околоземного астероида. Именно мощные ионные двигатели этого модуля позволят будущей космической станции проводить значительные коррекции своей орбиты. Длительность полета «Ориона» с людьми составит от 8 до 21 дней. Корабль будет выполнять независимую программу полета без стыковки с двигательно-энергетическим модулем.

Экспедиция EM-3 состоится в 2024 году. К Луне вновь полетят четыре человека на «Орионе», а попутным грузом SLS выведет жилой модуль DSG массой до 10 т. Он состыкуется с двигательно-энергетическим модулем, который к этому времени перейдет на около-прямолинейную галообразную орбиту (Near Rectilinear Halo Orbit, NRHO). Пилотируемый полет продлится от 16 до 26 суток. В этой миссии астронавты впервые проведут научную работу на окололунной станции.

Следующей станет коммерческая миссия снабжения DSG. А в 2025 году состоится Exploration Mission 4. Полет астронавтов на «Орионе» будет сопровождаться доставкой к окололунной станции логистического модуля с канадской рукой-манипулятором (до 10 т). После этого допустимая продолжительность экспедиций на DSG увеличится плановых до 42 суток и начнется полноценная эксплуатация станции, в т.ч. со сменой орбиты.

После EM-4 планируется очередная миссия снабжения от коммерческого провайдера. В 2026 году состоится финальная миссия первого этапа программы, EM-5. На этот раз станция DSG прирастет шлюзовым модулем, масса которого, как и раньше, будет укладываться в допустимые для ракеты SLS 10 т. Длительность четвертой и пятой экспедиций составит от 26 до 42 суток.

В своей презентации г-н Герстенмайер отметил, что Японское космическое агентство уже высказало заинтересованность в постройке собственного модуля для Deep Space Gateway.

Второй этап программы начнется в 2027 году с очередной коммерческой грузовой миссии. В этом же году состоится сразу два пуска SLS. Первый из них станет полностью грузовым, т. е. на этот раз «Орион» к Луне не полетит. Одним пуском (миссия EM-6) сверхтяжелой ракеты НАСА планирует вывести на лунную орбиту 41-тонный Транспорт для дальнего космоса (DST, Deep Space Transport) – будущий перелетный комплекс для экспедиций за пределы системы Земля-Луна. DST будет приспособлен для автономной работы с экипажем из четырех человек длительностью до 1000 суток. Достигнув Луны, DST совершит автоматическую стыковку со станцией DSG. Миссия EM-7 (все еще 2027 год) доставит на окололунную станцию четырех астронавтов. Они проведут упрощенную симуляцию дальнего космического полета длительностью 191-221 суток. При этом DST будет пристыкован к станции DSG.

В 2028 году состоится очередная коммерческая миссия для пополнения припасов на DSG, а после нее – вновь непилотируемая EM-8. Она доставит топливо для DST и дополнительные припасы. EM-8 станет последним полетом для ракеты SLS Block 1B. После нее, с 2029 года, НАСА перейдет к эксплуатации SLS Block 2 (130 т).

Экспедиция EM-9 в 2029 году станет генеральной репетицией полета к Марсу. Она продлится от 300 до 400 суток. В течение года четыре астронавта будут жить абсолютно изолированно, без дополнительного снабжения с Земли, имитируя операции, необходимые во время полета к Марсу. При этом, разумеется, у них всегда будет возможность экстренно вернуться на Землю, если возникнет необходимость. Согласно текущему плану, во время EM-9 DST будет пристыкован к окололунной станции, однако в дальнейшем это условие может быть пересмотрено.

В начале 2030-х состоится очередная коммерческая миссия снабжения, после нее – грузовая миссия EM-10. Миссия EM-11 доставит на Deep Space Transport экипаж из четырех человек для первого пилотируемого облета Марса. Эта амбициозная экспедиция займет три года. Согласно плану, DST будет в состоянии обеспечить три такие экспедиции, прежде чем его потребуется заменять.

Дальнейшие этапы программы НАСА не проработаны настолько подробно. На третьем этапе состоится полет в систему Марса, под которым, вероятно, понимается высадка астронавтов на Фобос или Деймос. На четвертом этапе программы американские астронавты должны будут высадиться на Марс.

Слабым местом плана НАСА является необходимость обеспечивать значительное и устойчивое в течение десятков лет финансирование. Пока что уверенности в бюджете у НАСА нет даже на ближайший год. Сейчас американский Конгресс и президентская администрация ищут способы сократить расходы государственного бюджета. В этих условиях Белый дом уже высказался в поддержку НАСА, и в законопроекте о бюджете космическое агентство получило лишь незначительное сокращение финансирования. Решающее слово остается за законодателями.