Новости из США по лунной программе «Артемида» (Artemis)07.04.2020 15:48

Что Трамп и «Артемида» нам готовят?

Вопрос о том, на что именно направлена американская космическая программа «Артемида» (Artemis) отнюдь не риторический. Я писал довольно давно (когда программы «Артемида» ещё не было) на Geektimes, что в определение точных целей космонавтики на ближайшие 10–15 лет и конкретных методов достижения этих целей часто вмешиваются политики, особенно законодатели из Конгресса США. Они добавляют свое «веское слово» (часто основанное на политических разборках) и тем еще более усложняют старый спор по дилемме освоения космоса: Куда будем лететь? На Луну или все же на Марс? Такое вмешательство законодателей США в планы НАСА повторилось в январе этого года, чему посвящена первая часть статьи.
НАСА оказалось в шоке от «настойчивых пожеланий» законодателей и взяло паузу. Но появилась информация, что первый полет на Луну обойдется без стыковки с Лунной Орбитальной Станцией (ЛОС), так как с ней не успеть к 2024 году (а успеть нужно — этого требовал Трамп). Возникли сомнения и в нужности самой ЛОС: раз первый полет обойдется без неё, так может и дальше с ней спешить не стоит? Сомнения основаны на дилемме в конструкции/конфигурации лунных модулей для посадок на Луну: трех-компонентными они будут или двух-компонентными? Свою лепту внес подрядчик НАСА «Боинг», предложив не париться с трехкомпонентным лунным модулем (с трансферной компонентой для перелета от далекой орбиты ЛОС к низкой орбите Луны), а доставлять сразу к Луне (а не к ЛОС) более надежный свой двухкомпонентный (посадочный + взлетный компонент) лунный модуль на ракета-носителе SLS 1B (Space Launch System Block 1B — вариант ракеты с улучшенными твердотопливными ускорителями, дающими на 25% тяги больше, что позволяет отправлять к Луне не 26 тонн полезной нагрузки, а 35–37 тонн).

Начальник пилотируемой программы НАСА Дуг Ловерро (Doug Loverro) недавно взял паузу для подсчетов оптимальной конфигурации посадочных модулей и обещает поделится результатами подсчетов только в середине апреля.
Эти постоянные паузы и пересмотры «генеральной линии НАСА» нервируют и иностранных партнеров НАСА. Потому очень странен оптимизм Роскосмоса, который продолжал годами заявлять о якобы «равноправном» сотрудничестве с НАСА в лунной программе, всемерно поддерживая идею ЛОС, в которой Роскосмос пока делает только шлюз (и это не окончательная договоренность). Указ Трампа о правах американцев на разработку и использование космических ресурсов стало для Роскосомоса ударом под дых. Но удар был вполне предсказуем (это ясно хотя бы из решения Конгресса США от 2015 года о добыче и продаже ресурсов Луны и астероидов американскими компаниями). Не надо быть настолько наивными: в этом мире лакомные куски всегда достаются сильнейшему, а договоры лишь оформляют фактическое положение вещей и позволяют избежать лишних и затяжных конфликтов, ненужных никому. Наивные заявления Роскосмоса об якобы агрессивности США выглядят смешно, так как они адресованы стране, которая целиком построена на завоеванных у аборигенов (всего 350–130 лет назад) землях, а сейчас речь идет о не населенных никем просторах и ничьих ресурсах Луны.
Может так случится, что поставив слишком много в зависимость от американской программы, от будущих визитов российских кораблей на ЛОС, которые ещё пока никак не оговорены (хотя 9 пилотируемых полетов американцев в рамках программы «Артемида» распланированы уже до 2030 года), Роскосмос потеряет возможность самостоятельно делать что-либо путное в лунной программе, а потом обнаружит что американцы слишком сильно поменяли и концепцию ЛОС и правила «равноправного» сотрудничества. В этом смысле указ Трампа это полезный отрезвляющий душ на головы лидеров нашей космонавтики.
Но вот в начале апреля приятная для всех сторонников освоения Луны новость — НАСА наконец-то опубликовала 13 страничный доклад о том, что они конкретно собираются делать на Луне, что будут там строить? Об этом вторая часть статьи.

1. Грозный билль парламента США для НАСА
— вроде про миссии к Луне, а пишут о Марсе…

22 января 2020 года Палата Представителей (HOUSE OF REPRESENTATIVES) Конгресса США выпустила свой «билль» по будущей деятельности НАСА озаглавленный так:

Для санкционирования программ Национальной Администрации Аэронавтики и Космоса, и для других целей.
Я провел простой статистический анализ: на 102 страницах этого документа слово «Марс» (Mars) встречается 109 раз, а слово «Луна» (Moon) встречается … всего 37 раз! Итак, если в наказах к НАСА слово «Луна» американскими парламентариями употребляется почти в три раза реже, значит для парламентариев Марс раза в три важнее Луны…
Более того: слово «Artemis» вообще не присутствует в документе! Наверное так парламентарии выразили свое отношение к программе «Артемида»/Artemis, как к детищу Трампа. И требование Трампа слетать на Луну аккурат к концу его второго срока (гениальное в смысле самопиара решение, но ему надо выиграть выборы в этом году), т. е. в 2024 году, что уже включено в программу «Артемида», там тоже проигнорировано — для первого полета указан почему-то 2028 год.
В этом документе есть специальный раздел Subtitle A—Moon to Mars Program (стр. 10). Уже по названию видно, что цель даже этого раздела сразу двойная. Речь в разделе фактически только про реализуемую сейчас программу «Артемида», но такой программы в тексте раздела опять же нет. Читая раздел можно получить четкое представление, что в понимании американских законодателей вся лунная программа четко и жестко завязана на одну основную цель: научится самым необходимым вещам для полета на Марс, чтобы по окончании этой программы лететь на Марс. Так там и написано: промежуточная цель послать пилотируемую миссию (что только одну?!) на поверхность Луны в 2028 году и цель послать пилотируемую миссию (опять только одну?) к орбите Марса в 2033 году:

the interim goal of sending a crewed mission to the lunar surface by 2028 and a goal of sending a crewed mission to orbit Mars by 2033.

Авторы документа очень оптимистичны насчет сроков полета к орбите Марса, пессимистичны насчет количества миссий, но всё-таки реалистично не предлагают сразу на Марс высаживаться!
На той же странице цели лунной программы прямым текстом названы прототипными/предшествующими активностями (PRECURSOR ACTIVITIES), которые включают в себя прототипные пилотируемые миссии (в около-лунное пространство и на лунную поверхность), только для уменьшения риска пилотируемых миссий на Марс:

precursor crewed missions to cis-lunar space and the lunar surface for the purpose of risk reduction for human missions to Mars by developing and testing those systems and operational practices needed for successful crewed Mars missions.

А уже потом описываются сами цели программы (под словом OBJECTIVES. —The objectives of the human missions to Mars) — из трех целей две по Марсу (кстати не освоение Марса, а просто исследования) и ни одной цели именно по Луне.
Простой пример полного игнорирования парламентариями деятельности на поверхности Луны: на стр. 22 есть интересный подраздел LUNAR IN-SITU RESOURCE UTILIZATION — «Использование лунных ресурсов на месте». Казалось бы это важная часть технологий (и для освоения Луны, и для освоения Марса), самое важное для будущего использования Луны, например добычи (и тем самым удешевления) топлива для полетов далеко от Земли. Но в тексте раздела прямо запрещено заниматься такими делами в рамках этой программы! Якобы для полета и для высадки на Марс это не нужно, не снижает это риски первоначальных пилотируемых миссий к орбите и с посадкой на Марс, потому нечего отвлекаться на это:

Lunar in-situ resource utilization shall not be considered as risk reduction for the initial crewed missions to orbit and land on Mars. Any lunar in-situ resource utilization activities and shall not be included in the Moon to Mars Program and shall be budgeted separately from the Moon to Mars Program.

Любые работы по использованию лунных ресурсов на месте не должны быть включены в эту программу, их надо финансировать отдельно от этой программы.
Далее, в разделе ни слова не сказано о базе на поверхности Луны, лунном транспорте. Во всем документе ничего об этом нет, хотя по логике это надо разработать до 2028 года! Но там есть слова про то, что не надо разрабатывать и до 2033 (так как согласно документу в 2033 году НАСА высаживаться на Марсе не собирается), конкретно про:

базу (жилой блок) на поверхности Марса, (G) Mars habitats;
использования ресурсов марсианской атмосферы на Марсе (другие ресурсы Марса почему-то использовать не хотят?) (I) in-situ resource utilization of the Mars atmosphere;
любых других технологий для Марса… (J) any other Mars-enabling technologies…

Это всё по Марсу упомянуто заранее, задолго до 2033 года, а нужное гораздо ранее для базы на Луне не упомянуто вообще. Почему? Потому что американские парламентарии явно против базы на Луне — она отвлекает от основной цели, от Марса. Это ясно чувствуется в документе.
Помимо всего этого, американские парламентарии в своем документе требуют подавляющее число технологий разрабатывать внутри НАСА (оставлять права на технологии полностью в руках государственной организации), а не привлекать сторонних коммерческих подрядчиков, что сейчас НАСА и делает. Особенно сильно в плане разработки лунного модуля. Это сильно неприятно для НАСА — работа с подрядчиками уже началась.
Проблема этого указа парламентариев вынесена прямо в заглавие статьи веб-журнала «The Verge»:»A proposed House bill is threatening to rework NASA«s plans to return humans to the Moon» — »Предложенный палатой Представителей билль угрожает переделкой планов НАСА по возвращению людей на Луну»
Там есть и подзаголовок: Но есть шанс, что он не пройдет далее.
Потому что после принятия Палатой Представителей этому документу до Сената ещё долго добираться — голосование там назначено только на ноябрь. А дальше Трамп может наложить вето на этот во многом подрывной документ. Но сам факт таких коренных изменений в программе НАСА пугает многих.
Против документа в целом уже выступили: The Planetary Society, Commercial Spaceflight Federation. Другие организации, как Aerospace Industries Association и Coalition for Deep Space Exploration хотят пересмотреть многие части документа.
Даже администратор НАСА Джим Брайденстайн (Jim Bridenstine) испугался и написал в Твиттере: «Я озабочен, что этот билль накладывает некоторые серьезные ограничения к нашему подходу к лунным исследованиям» I am concerned that the bill imposes some significant constraints on our approach to lunar exploration
Далее он пишет, что НАСА нужно больше гибкости в разработке технических экспертиз, используя Луну как полигон: «Если мы собираемся исследовать Марс безопасным и само поддерживающим путем, то нам потребуются сильные способности в разработке ресурсов на месте и значительные технологически разработки с использованием поверхности Луны. НАСА было бы благодарно большей гибкости в определении работ на лунной поверхности, которые могут прямо помочь исследования Марса.»
А в парламентской газете «The hill» в статье «House panel proposes NASA bill that would scrap the lunar base — or maybe not» »Палата Представителей предложила билль по НАСА, который отправит в утиль лунную базу — или может быть нет» прямо отмечается, что вся эта суета с документом от Палаты Представителей для НАСА просто пощечина для администрации Трампа. Хотя официально документ является компромиссом между Республиканцами и Демократами, но по духу документа видно, что решали в основном Демократы, ненавидящие Трампа и его лунную программу «Артемида».
В статье сказано, что строительство всякой базы на Луне по документу заменяется просто короткими миссиями на Луну в стиле программы «Аполлон», добыча и использование местных лунных ресурсов безоговорочно запрещена. В ходе горячих дебатов с администратором НАСА вроде удалось договорится, что при условии отдельного финансирования, не в рамках программы «Артемида», добычу и использование местных ресурсов парламентарии парламентарии высочайше разрешат (что видно по тексту документа). Вышедший 6 апреля указ Трампа об использовании лунных ресурсов это явно его ответный удар по парламентской оппозиции лунной программы.

2. Оптимистические планы НАСА:
базе на Луне быть и называться «Artemis Base Camp»

И вот в ответ на наезды парламентариев США руководство НАСА 2 апреля (спасибо, что не 1 апреля!) выступило с своим (куда более красочным и разноцветным) документом на 13 страниц: NASA«s Plan for Sustained Lunar Exploration and Development — План НАСА по (долгосрочному/неослабевающему) устойчивому лунному исследованию и развитию.

В этом документе слово «Марс» тоже встречается часто: 50 раз, но слово «Луна» встречается чаще: 69 раз! И это не случайно. Есть в этом плане НАСА определенный уклон на Луну, подчеркнуто постоянство развития лунного форпоста, независимо от сроков полета на Марс.
В документе впервые названа собственным именем будущая американская база на Луне: Artemis Base Camp — «Базовый Лагерь Артемида». Слово «лагерь» немного смущает своей временностью, но всё-таки он «базовый». Тем более при первом упоминании этого названия сразу же сказано о будущей многолетней экономической деятельности людей на Луне. В документе после 3 страниц вступления сначала подчеркивается, что американцы снова высадятся на Луне в 2024 году, а потом:»мы разовьем устойчивое, стратегическое присутствие на южном полюсе Луны названное Artemis Base Camp («Базовый Лагерь Артемида»). Наши работы на нашем Базовом Лагере Артемида в течение следующей десятилетки проложат путь для долговременной экономической и научной деятельности на Луне, а также для первой миссии людей к Марсу в 2030ых годах». Для экономической деятельности указ Трампа от 6 апреля 2020 о недрах Луны само нужное и готовился он около года.
На странице 5 упомянут вклад МКС и текущих пилотируемых программ в лунную программу, описаны уже достигнутые и текущие Цели Нулевого Уровня (Zero Level Goals).

Коммерческие контракты по автоматическим КА

На странице 6 обсуждаются первые автоматические миссии на Луну в рамках Коммерческих Лунных Сервисах с Полезной нагрузкой / Commercial Lunar Payload Services (CLPS), выполняемые частными подрядчиками на своих лунных посадочных КА, подробнее тут. В программе на ноябрь 2019 было уже 19 претендентов на звание подрядчиков (включая SpaceX со своим будущим Starship).
Надо заметить, что три первых посадочных КА (от трех разных подрядчиков) с коммерческой полезной нагрузкой для исследования поверхности Луны уже были распланированы на 2020–21 гг и описаны здесь.

Это следующие компании и КА, уже получившие от НАСА в сумме 250 миллионов долларов:
В дальнейшем подход программы СLPS будет применяться и для снабжения лунной базы большими автоматическими грузовыми КА, тоже созданных подрядчиками НАСА.

Дорогие роботы VIPER для поиска льда

В дальнейших автоматических миссиях будут уже не просто неподвижные посадочные КА, а колесные роботы-луноходы Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER), предназначенные для поисков металла, льда/воды, для обкатки будущей технологии in-situ resource utilization (ISRU) — добычи ресурсов на месте. Программа VIPER не коммерческая, выполняется самим НАСА, стоимость в 250 миллионов, была принята вместо старой программы Resource Prospector (www.nasa.gov/resource-prospector), отменной в 2018, после того как на неё потратили 80 миллионов (этот луноход весом в 300 кг был ограничен по возможностям и по автономности в 6–14 суток). Более автономные (до 100 суток) роботы VIPER весом в 350 кг, тоже оснащенные буровым оборудованием, будут исследовать реголит, доставая образцы с глубины до 1 метра. С конца 2022 года роботы VIPER будут высаживаться в потенциально важных для будущих пилотируемых миссиях местах автоматическими посадочными модулями по программе CLPS и искать там полезные для базы ресурсы.

Первые три миссии программы «Артемида»: тестирование SLS и «Орион»

Страница 7 посвящена первым трём основным миссиям в рамках программы «Артемида»:

Artemis I (апрель 2021) — ракета SLS в своем первом полете забросит беспилотный в это раз корабль «Орион» (и заодно 13 кубсатов) на 280 тысяч миль от Земли за Луну, на дальную ретроградную орбиту DRO вокруг луны, с двумя пролетами всего в 100 км от лунной поверхности. Корабль «Орион» вернется и сядет на Землю после 26 дней полета.
Artemis II (январь 2023) — 10 дневный пилотируемый полет корабля «Орион» с 4 астронавтами. Облет Луны без маневров двигателями по траектории MTLI (multi-translunar injection) с облетом Луны сзади, дальше 7000 км от неё, возможно опять в сопровождении кубсатов (спрятанных в адаптере между верхней ступенью и самим «Орионом») и возврат для посадки на Землю. Напоминает по цели пилотируемый полет «Аполлона-8» в 1968 году.
Artemis III (октябрь 2024) — полет 4 астронавтов на корабле «Орион» к Луне, где на орбите Луны их уже должен ждать лунный модуль (поскольку рабочей ЛОС около Луны ещё не будет). Двое астронавтов останутся в «Орионе», а двое перейдут в лунный модуль — в результате впервые в истории женщина и мужчина сядут на Луну в южном полярном регионе, пробудут там 6–7 суток, ища в кратерах лед (может используют заранее заброшенную на поверхность Луны технику), взлетят на орбиту, состыкуются с «Орионом» и на нем со всем экипажем вернутся на Землю.

Про ЛОС без пафоса и без паники (несмотря на задержку в планах)

Про ЛОС сказано на страницах 8 и 10, но там нет ничего нового. Увы, российский вклад упомянут подчеркнуто слабо: Россия только «проявила интерес к сотрудничеству … через вклад в виде шлюза» Russia has also expressed interest in cooperating on the Gateway via the contribution of an airlock. С учетом запоздания сдачи всей ЛОС очевидно, что в первой (а то и второй) фазе программы «Артемида» можно обойтись вообще без этого шлюза — насчет чего есть вполне очевидная картинка ЛОС в минимальной рабочей конфигурации в сравнении с картинкой полной конфигурации ЛОС.
Другие партнеры НАСА: Канада, Япония, ESA уже получили финансирования под ЛОС или анонсировали договоренности с НАСА. Тут вроде все путем, но сроки тоже могут поехать. Снабжать ЛОС грузами с помощью автоматических грузовых кораблей Dragon XL, запускаемых на Falcon Heavy, будет компания SpaceX в рамках контракта Gateway Logistics Services (GLS).

Основные компоненты базы на поверхности Луны

На страницах 9–11 идут пояснения про базу на Луне, самое интересное в плане НАСА. Карта поверхности в правом верхнем углу страницы 9 намекает, что место для базы ещё не выбрано (указано 6 потенциально выгодных мест с почти постоянным освещением Солнцем). Очевидно выбор места для строительства постоянной базы будет делаться с учетом обнаруженных роботами и людьми (в первых высадках) ресурсов.
Рассуждая о трех основных элементах базы, авторы текста сразу уточняют, что к ним нужно будет добавить дополнительную инфраструктуру: антенны связи, энергетические установки (солнечные батареи), радиационную защиту, посадочную площадку, склады и мусорку. Только тогда на базе можно будет жить и развивать её десятилетиями. На этой оптимистичном посыле, читателю преподносят оптимистичную картинку, на которой в определенные моменты на Луне видно сразу 4, а не 2 человека, что несомненно положительно скажется на скорости работ на поверхности (двое астронавтов могут отдыхать на базе, а двое работать снаружи, увеличивая общее рабочее время на поверхности с 8–10 часов до 16–20 в сутки).

Итак, в тексте упомянуты три основные элемента базы:

заброшенный на Луну заранее открытый ровер LTV (Lunar Terrain Vehicle)
мобильное жилье или мобильная жилая платформа (Habitable Mobility Platform — вроде герметичного многоколесного вездехода, в котором два человека могут путешествовать на десятки километров и жить там до 30–45 суток, оставляя свои скафандры прикрепленными снаружи).
базисное/основное жилье, вмещающее 4 астронавтов, где можно жить месяцами.

А также нужны несколько вспомогательных элементов: энергетические системы, демонстраторы возможности добычи ресурсов на месте, пилотные установки для переработки местных ресурсов.

Идеи о применении и расширении ЛОС

На странице 10 снова упомянута Лунная Орбитальная Станция (ЛОС), указано, что из 4 прилетающих на «Орионе» членов экипажа, двое буду двое спускаться на Луну, а двое будут оставаться на ЛОС, чтобы заниматься исследованиями на тему как жить в дальнем космосе при полетах на Марс и обратно. Предлагается и более кардинальная проверка выживаемости в этом полигоне дальнего космоса: все четверо астронавтов будут жить в ЛОС несколько месяцев для симуляции путешествия на Марс (… living aboard the outpost for a multi-month stay to simulate the outbound trip to Mars, ) после чего двое ненадолго слетают на Луну, а потом вернутся и уже с коллегами полетят на Землю. Это несколько противоречит ранее указанной идее использовать на развитой лунной базе на поверхности сразу четверо астронавтов, но зато есть гибкость в зависимости от меняющихся приоритетов.
Также ЛОС можно расширять и дальше, добавляя к станции новые модули и системы, идентичные тем, что будут применены для полету к Марсу, обкатывая их, обучая будущий экипаж ещё до старта.

Светлое будущее на трассе Земля-Луна

В последнем разделе про кипучее лунно-земное будущее (Vibrant Earth-Moon Future) на стр. 11–12 указана важность разработки и доработки на Луне новых технологий: добыча местных ресурсов, дальние разведки, работа с грунтом и строительство, защита от лунной пыли, защита от экстремальных условий Луны (особенно ночных). Некоторые из этих технологий потребуются сразу, некоторые требуют долгой работы, но дают долговременные преимущества — такие как уменьшение снабжения с Земли путем добычи и производства местного топлива, воды, кислорода из местных материалов. Важной задачей является разработка продвинутой системы концентрации солнечной энергии, применение небольшой и легкой системы ночного энергоснабжения на основе ядерного распада, что важно и для будущих миссий на Марс. Также важны для будущего все технологии добычи, производства и применения строительных материалов для строительства зданий базы. Астронавты проверят продвинутые робото-системы и будут использовать их в своей повседневной работе.
Со временем, в Базовом Лагере Артемида может также появится пилотируемый летающий модуль, для доставки научного и технологического груза по всей Луне. Он будет управлятся астронавтами с базы и заправляться местным добытым из реголита топливом.

In time, Artemis Base Camp might also include a hopper that could deliver science and technology payloads all over the Moon and which could be operated by crew at Artemis Base Camp and refueled using locally sourced propellant.

Позже на обратной стороне Луны может быть установлен управляемый из базы радиотелескоп.

Чтобы успокоить фанатов полета к Марсу, в документе НАСА внизу 12 и на половине 13 страницы сказано несколько общих фраз о сложности и опасности первого полета к Марсу и о том как важно к нему всесторонне подготовится.