Лунная база Gateway: ошибка NASA или будущее освоения космоса?

Год: 2026. Бывалая астронавт Николь Манн выводит свою команду из четырех через люк космического корабля «Орион» на небольшую космическую станцию возле Луны. Внутри пахнет как в салоне новой машины. Снаружи прекрасный вид. Над станцией висит половинка Луны, отражающая солнечный свет — серебристая, тихая, светящаяся. Глубже в космосе проглядывается вторая половинка сферы. Где-то вдалеке светятся диски зеленой Земли и Солнца. Колыбель человечества и его будущее среди звезд — все здесь.

49-летняя Манн с позывным «Герцогиня» начинает серию проверок связи. Задержка в две секунды предвещает ответ центра управления полетом, после чего раздаются аплодисменты и поздравления. На протяжении десятилетий после «Аполлона» люди оставались зажатыми низкой околоземной орбитой. Больше нет. После того, как команда Манн проведет пару недель, приводя в порядок новый «Шлюз» на орбите Луны, NASA снова сможет планировать миссии в глубокий космос. Отсюда люди смогут и спуститься на поверхность Луны, и закончить приготовления к миссиям на Марс.

Вот такой сценарий представляют Конгресс, Белый дом и американское общество, размышляя над лунной космической станцией, которую NASA хочет построить в 2020-х годах. «Я представляю ее как космический порт, сухой док для проходящей деятельности», говорит Джейсон Крусан, старший сотрудник NASA из отдела, занимающегося разработкой проекта Gateway.

За последние три года Крусан и другие руководители исследований человеческими силами в NASA весьма неплохо отточили и уточнили план Gateway и, что еще важнее, разработали обоснование для создания аванпоста вблизи Луны. Пока их план работает. Вице-президент США Майк Пенсе одобрил Gateway, также как и новый администратор NASA Джим Бриденстайн.

NASA также завоевало львиную долю авиакосмических подрядчиков и огромных армий их лоббистов, предложив контракты для создания шести разных конструкций жилого модуля Gateway. Более того, представители агентства неоднократно повторяли, что будут приглашать коммерческие компании вроде SpaceX для доставки груза и обслуживания станции. Почти каждый имеет хороший шанс урвать кусочек от работы над Gateway.

Критикам осталось не так много причин для рассмотрения — публичного, во всяком случае. Но они остались и они поднимаю резонные вопросы о лунном «Шлюзе». Роберт Зубрин, аэрокосмический инженер высокого профиля, стал главным антагонистом.

Зубрин и другие утверждают, что Gateway существует не для того, чтобы сгладить путь NASA на Луну или Марс, а для того, чтобы стать целью для дорогущей ракеты космического агентства, Space Launch System, и космического аппарата «Орион». Эти транспортные средства, построенные для NASA крупными аэрокосмическими компаниями с сотнями подрядчиков по всей стране, не могут просто так взять и отправиться на Луну или Марс. В совокупности, они недостаточно мощные. NASA уже десять лет пытается придумать им оправдание. Наконец, все уперлось в концепцию Gateway.

 

Не нужно поднимать анналы истории космической политики, чтобы понять, почему NASA сейчас поддерживает развитие лунного шлюза, который будет стоить минимум 10 миллиардов долларов и максимум — намного больше. Но немного истории не повредит.

Вкратце все было так: в 2004 году Джордж Буш захотел отправить людей на Луну и на Марс. Инженеры NASA под руководством администратора Майка Гриффина ответили разработкой большой, дорогостоящей системы для достижения этой цели, которая никогда не финансировалась должным образом. Когда президентом стал Барак Обама, он отменил возвращение людей на Луну, потому что денег не хватило, а реализация плана сильно затянулась. Президент также отменил разработку огромной ракеты и космического аппарата Гриффина. Испугавшись потери рабочих мест и институционального статуса NASA, Конгресс надавил на Обаму. Хотя Луна из планов исчезла, NASA cказали построить большую ракету — сейчас она называется Space Launch System — и продолжить разработку космического аппарата «Орион».

Осталась большая проблема. Что делать с SLS и Orion? Критики запели, что SLS — это «ракета в никуда», потому что NASA она не нужна. Конечно, ракета и аппарат могут летать вокруг Луны, повторить миссию «Аполлона-8» 1968 года, но высадиться на другой мир с гравитацией они не могут.

В конце концов администрация Обамы решила эту проблему, представив новую цель, предложенную сине-ленточной панелью, известной как комиссия «Августина». «К 2025 году мы ожидаем, что новый космический аппарат, предназначенный для длительных поездок, позволит нам осуществить первые в истории пилотируемые миссии за пределы Луны в глубокий космос», говорил Обама в 2010 году. «Впервые в истории мы отправим астронавтов на астероид».

Поначалу идея показалась хорошей. Астероид предложил новый пункт назначение и также решал вопрос с небольшой гравитацией. NASA могло бы отправиться туда, не нуждаясь в дорогостоящих аппаратах для спуска и подъема, которые не могло себе позволить из-за раздутых расходов на SLS и Orion (больше 3 миллиардов долларов в год).


К сожалению, после нескольких лет поиска ученые не смогли найти подходящий астероид, который подошел бы достаточно близко к Земле, чтобы астронавты могли оперативно до него добраться, потому что аппарат «Орион» позволяет команде провести всего 21 день в глубоком космосе. NASA пришло к выводу, что у него ограниченный бюджет и не хватает инструментов для отправки людей к астероиду до 2025 года — да и вообще до какого-либо года.

Таким образом, в середине этого десятилетия умные инженеры агентства разработали план, который будет одновременно и реализуем, и технически соответствовать цели президента посетить астероид до 2025 года. Элегантная на вид миссия была немного с подвохом. В рамках Asteroid Redirect Mission агентство должно отправить роботизированный аппарат из Солнечной системы, чтобы он захватил камешек размером с джип на поверхности астероида и приволок его в окрестности Луны. И в 2025 году его посетили бы астронавты при помощи «Ориона». Было очевидно, что миссия будет отменена, еще до того, как Обама покинул Белый дом.

И вот, три года назад, когда NASA потратило уже почти 20 миллиардов долларов на разработку SLS и Orion, агентству снова понадобилось что-то сделать с этими аппаратами.

Со временем инженеры из Космического центра им. Джонсона, заручившись поддержкой других центров, разработали лунный «Шлюз» (Gateway). Почему бы и нет? NASA уже знает, как проектировать и строит космическую станцию — в конце концов, Международная космическая станция еще работает. Новый форпост можно было бы разместить достаточно далеко от гравитации Луны, чтобы SLS и Orion можно было использовать для построения Gateway, и когда шлюз достроят, NASA гарантирует ежегодные пуски SLS для доставки экипажей туда на 30- и 60-дневные миссии.

Gateway решил политические и технические проблемы NASA. Поэтому, когда миссия на астероид умерла преждевременно, Gateway был дан ход. Этот план обеспечил легион подрядчиков NASA работой, и элементы Gateway можно производить так, что их сможет доставлять только SLS, а не более дешевые и маломощные ракеты.

Вскоре так и произошло. NASA начало проводить академические встречи с учеными, которые могли бы внести свой вклад в создание стабильной платформы на лунной орбите. Они работали с летными диспетчерами и экспертами по производительности людей, чтобы понять, как можно было бы тестировать системы на Gateway и лучше понять эффекты, которые оказывает на здоровье глубокий космос, и как построить более прочные системы, которые сохранят астронавтам жизнь во время длительных поездок на Марс. Агентство также привлекло международных и коммерческих партнеров для помощи с посадочными модулями, которые могли бы путешествовать с Gateway прямо на Луну.

В начале августа ресурс Ars спросил у Бриденстайна о изменении отношения к Gateway. Как конгрессмен, он сохранил скептицизм по отношению к Gateway. Лунный лед и астероиды с ресурсами, которые он хотел разрабатывать, как ни крути, не находились в нескольких тысячах километров от Луны. Но Бриденстайн сказал, что когда он понял все, что лунный форпост мог бы сделать для исследования космоса, он изменил свое мнение. «Я никогда не придерживался одного мнения. Время, проведенное в NASA, изменило мои взгляды».

Из-за ограниченной возможности маневрирования «Ориона», измеряемой формально как дельта-v, NASA планирует разместить Gateway на так называемой почти прямолинейной гало орбите. Эта эллиптическая орбита помещает Gateway в пределах 1500 километров от лунной поверхности, но также уводит на 70 000 километров. И напротив, низкая лунная орбита находится в 100 километрах от поверхности Луны.

Бриденстайн, который решительно поддерживает частные компании, желающие работать с NASA, снижать стоимость космических полетов и разрабатывать многоразовые системы, заявил, что Gateway обеспечит важнейшую инфраструктуру возле Луны для коммерческих партнеров.

Ограничивая размер Gateway, NASA пытается не построить вторую Международную космическую станцию, огромную по размеру, объему и стоимости. Этот объект, который находится в шаговой доступности на низкой околоземной орбите, обошелся NASA и его международным партнерам в 100 миллиардов долларов и более чем десятилетие строительства в космосе.

NASA также планирует, чтобы исходный Gateway послужил шаблоном для второй похожей структуры, которая могла бы служить в качестве транспорта в глубоком космосе и, в конечном итоге, доставлять людей на Марс. Первый Gateway, выходит, послужит испытательным стендом для технологий, необходимых для достижения Марса. Сегодня, например, некоторые компоненты систем жизнеобеспечения работают примерно шесть месяцев до отказа. NASA хотелось бы довести эту технологию до 30-месячного цикла безотказной работы для транспорта в глубоком космосе.

Наконец, Бриденстайн утверждал, что Gateway, а не серия миссий на лунную поверхность навсегда обозначит влияние NASA за пределами околоземной орбиты.

Боб Зубрин не хочет ничего, кроме как добраться до Марса. Он предлагал всевозможные варианты космической архитектуры, которая позволила бы NASA при помощи коммерческих компаний отправлять людей прямо на Марс. Но Зубрин склонился перед желанием Белого дома, Конгресса, и теперь NASA сосредоточит свои усилия на том, чтобы сначала посетить Луну.

При этом Зубрин и другие критики видят в Gateway аппендикс, тупиковую ветвь развития, в которую вольются десятки миллиардов долларов финансирования и десятилетия разработки, которые могли бы в ином случае быть посвящены посещению другого мира. Хотя NASA действительно может обеспечить себя твердой стойкой в глубоком космосе, кому это место будет нужно, если оно не приблизит NASA к продолжительному пребыванию на Луне или Марсе?

Зубрин предложил альтернативу Белому дому, которую назвал Moon Direct («Лунное направление»). В ней он подчеркнул максимальный доступ к поверхности Луны, минимум разработок и повторяющихся затрат, минимальный график и минимальный риск. Нет, он не дал всех ответов (хотя он думает, что дал), но суть предложения такова, что есть много хороших способов вернуться на Луну, если применить существующие по большей части технологии.

 

Подход Gateway, говорит он, не упрощает путь NASA к Луне. По мнению Зубрина, он удовлетворяет желания Конгресса и агентства поддерживать нынешних кормильцев (подрядчиков) и находит применение ракете SLS и аппарату Orion.

«Реальная проблема Gateway на лунной орбите заключается не в том, что проект бесполезен и что обойдется в круглую сумму, и даже не в том, что он высосет много денег за десятилетия, отнимет их у проектов, которыми действительно стоит заниматься», говорит он. «Реальная проблема — это образ мышления, который в нем воплощен. Вместо того, чтобы тратить деньги на дело, мы ищем дела, на которые будем тратим деньги».

Есть также мнение, что Gateway на самом деле существенно затрудняет возвращение на Луну или полет на Марс.

Дельта-v определяет, что можно сделать в космическом полете, а что нет. Чтобы достичь низкой околоземной орбиты, первая ступень ракеты сжигает топливо и тратит на это большую часть энергии. Затем уже вторая меньшая, а иногда даже самая маленькая третья ступень ракеты толкает груз за пределы низкой околоземной орбиты к месту назначения в глубоком космосе.

Поскольку верхние ступени меньше и менее мощные, а двигатели на космических аппаратах еще слабее и немощнее, крайне важно минимизировать количество маневров, необходимых для достижения цели.

Чтобы добраться от низкой околоземной орбиты к поверхности Луны, необходимая дельта-v будет 6,1 км/с (нужно 4,1 к/с, чтобы добраться от низкой околоземной к низкой окололунной орбите и еще 2,0, чтобы оттуда добраться до поверхности). И напротив, чтобы добраться с НОО до предположительной гало-орбиты Gateway — и затем на лунную поверхность — нужна дельта-v в 6,85 км/с.

Иными словами, космический аппарат может покинуть НОО, достичь поверхности Луны и вернуться на Землю при общем значении дельты-v в 9,1 км/с. Чтобы осуществить подобную миссию с Gateway, потребуется дельта-v в 10,65 км/с (на 17% выше). По этой причине Зубрин называет лунный Gateway «кабинкой поборов» (например, при оплате стоянки или проезда по платной дороге). Она существенно увеличивает расход энергии, необходимой для достижения Луны (или Марса, если путь на него будет пролегать через этот шлюз).

В таком случае NASA не просто будет платить за пропуск на Gateway, выражаясь фигурально, агентство еще и заплатит за сам контрольно-пропускной пункт. Вместо того, чтобы потратить следующее десятилетие на прямые полет на Луну, NASA сперва построит станцию возле Луны, чтобы усложнить себе спуск на Луну (если смотреть с точки зрения энергетических затрат).

В аэрокосмическом обществе есть несколько выдающихся людей, которые выступают на публике с подобными опасениями на тему Gateway. На встрече Национального совета по космосу этим летом при участии вице-президент США Майка Пенса, бывший астронавт Терри Виртс также упомянул эти сомнения. Он также выразил надежду, что если Gateway и в самом деле будет построен, то ему найдется более полезное применение.

На текущий момент главная цель Gateway — это обманом обеспечить SLS и Orion миссией, а не разработать технологии, необходимые NASA для освоения Луны и Марса.

Виртс также полагает, что Gateway может оказаться полезным, если он будет находиться на орбите между Землей и Луной, так же как будущий космический транспорт будет перевозить людей с Земли на Марс и обратно. Такой подход позволит проверить важные концепции, например высокоскоростные встречи и операции с транспортом, которые NASA потребуются в глубоком космосе.

За кулисами некоторые члены Конгресса беспокоятся о том, что Gateway отложит миссию людей на Марс на неопределенный срок. Кроме того, некоторые старшие советники по космосу в администрации Трампа также выражают сомнения в отношении Gateway. Непонятно, был ли сам Трамп полностью осведомлен, что NASA не приблизится к поверхности Луны во время его президентства. И поскольку Gateway поддерживает слишком много людей, на текущий момент лишь оперативное вмешательства президента сможет остановить разработку.

NASA настаивает на концепции Gateway с чувством неотложности. На этой неделе лидеры агентства подтвердили, что планируют запустить первый элемент форпоста в 2022 году, который будет обеспечивать энергию и тягу. Следующий запуск принесет два компонента: упакованный ESPRIT, модуль международного партнера с научным шлюзом, хранилищем топлива и дозаправщиком, дополнительными возможностями связи и внешними средствами для размещения ценного груза; а вместе с тем модуль утилизации, который будет включать небольшой стыковочный порт, внешние роботизированные интерфейсы и расходники.

Эти компоненты в сочетании с возможностями жизнеобеспечения «Ориона» смогут поддерживать экипаж в течение 15 дней на Gateway. И эти компоненты можно отправить уже в 2023 году, хотя NASA, похоже, вряд ли подготовит ракету к этому времени.

Такой полет потребует более мощной версии ракеты SLS, оснащенной совершенной новой верхней ступенью, которая позволит достичь гало орбиты «Ориону» и новым компонентам Gateway. Кажется маловероятным, что такой вариант SLS будет готов к 2024 или даже 2025 году.

«Мы очень агрессивно продвигаемся в разработке и развертывании Gateway», говорилось в конце августа на собрании Консультативного совета NASA. «То есть, у нас по графику очень быстрое развитие. Не думаю, что мы должны это менять. Думаю, нам нужно ставить агрессивные цели и подгонять к ним процессы».

Такого рода заявления говорят о том, что хотя NASA старается укладываться в обозначенные сроки, если что-то пойдет не так, вряд ли они будут выдержаны. А в программах таких размеров что угодно может пойти не так. Кажется маловероятным, что Gateway в своей нынешней конфигурации, с большим жилым модулем и отдельным шлюзом, будет завершен до 2030 года.