Планетологи положительно оценивают потенциал SpaceX Starship
«Он может дать нам революционный способ изучения других миров»
Как может выглядеть SpaceX Starship на пути к Сатурну
Дженнифер Хельдманн уставилась на экран компьютера, стоявший на её рабочем столе. Она наблюдала за тем, как верхняя ступень ракеты врезается в кратер недалеко от Южного полюса Луны. Ради науки кусок стали весом в 2,3 тонны столкнулся с Луной с энергией, эквивалентной двум тоннам взрывчатки.
Шёл октябрь 2009 года, а Хельдманн отслеживала столкновение, находясь в Научно-операционном центре Исследовательского центра Эймса в НАСА в Калифорнии. 33-летний планетолог работала в своём первом крупном космическом проекте, координируя процесс наблюдения за ударом при помощи наземных телескопов.
Миссия НАСА Lunar CRater Observation and Sensing Satellite (LCROSS, Космический аппарат для наблюдения и зондирования лунных кратеров) стала пробным камешком. Хотя посадки на Луну аппаратов в рамках проекта «Аполлон» в 1960-х и 1970-х годах выявили пустынный серый мир, с тех пор учёные пришли к выводу, что под кромкой кратеров, отбрасывающих вечную тень на полюсах спутника, должны прятаться залежи льда. Лёд должен был скопиться там за миллиарды лет бомбардировок кометами. Учёные решили уронить на один из таких кратеров разгонный блок миссии, Центавр, и посмотреть, так ли это.
Обработав данные, учёные из НАСА заявили, что нашли водяной пар в поднятом Центавром облаке пыли и породы.
Это стало поворотным моментом в карьере Хельдманн. Полученный опыт поддержал её интерес к поискам воды на других планетах. «Удивительно, насколько плодотворными оказались результаты той миссии», — сказала она.
Открытие водяного льда на Луне стало одним из ярких моментов эпохи, в которую планетологи находят лёд и воду по всей Солнечной системе — на покрытых ледяной коркой спутниках Европе и Энцеладе, под поверхностью Марса, и, возможно, в ещё более далёких местах — к примеру, в недрах Плутона, или крупнейшего спутника Нептуна, Тритона. Выглянув за пределы Земли, учёные обнаружили, что вода есть практически везде.
Эти открытия раскрыли очень интересные возможности. Там, где есть вода, или хотя бы была когда-то, могла возникнуть и жизнь. Теперь учёные уже не просто ищут ископаемые окаменелости в высохших озёрах Марса; они ищут живые организмы в больших океанах Европы, Энцелада и других небесных тел. Обилие воды хорошо и для космических полётов — где есть вода, найдутся и компоненты для ракетного топлива, жидкий водород и жидкий кислород.
Эти открытия серьёзным образом повлияли на выбор научных и космических программ в НАСА. Всё большую часть своего ежегодного бюджета размером в $3 млрд агентство перенаправляет на программы, потенциально способные найти следы жизни или даже саму жизнь на других мирах. За последние четыре года агентство формулировало план отправки астронавтов на Луну, с возможной добычей воды — как предварительную фазу отправки человека на Марс.
Это фото кратера Королёва сделала действующая автоматическая межпланетная станция Европейского космического агентства Марс-экспресс. Кратер диаметром 82 км расположен на северных низменностях Марса.
У учёных всегда больше вопросов, чем ответов. И они всегда готовы запускать больше миссий, чем может позволить бюджет. Повсеместное наличие воды лишь подстегнуло желание учёных отправить роботов по всей Солнечной системе, чтобы с определённостью найти залежи льда и океаны под его поверхностью, и всё это описать. А ещё мы начинаем понимать, что в Солнечной системе скрыто гораздо больше секретов, чем мы думали. И из-за этого наша неспособность облететь Солнечную систему и раскрыть все эти секреты расстраивает нас ещё больше.
Но что, если бы мы смогли это сделать?
Некоторые планетологи потихоньку начинают верить в то, что новая ракета Starship от SpaceX с беспрецедентной грузоподъёмностью и потенциально низкой стоимостью запуска может открыть новую эпоху изучения Солнечной системы. Представьте, что мы можем запустить спускаемый аппарат к Европе, под поверхностью которой находится огромный, тёплый океан. На недавних планёрках НАСА учёные обдумывали возможность отправить туда сложный аппарат стоимостью в миллиарды долларов, способный на научные исследования. И они надеялись, что в лучшем случае смогут доставить туда набор научных инструментов размером и весом с мини-холодильник.
Используя Starship, НАСА смогло бы опустить на поверхность планеты набор научных инструментов размером с одноэтажный дом.
«Можно воспользоваться преимуществами архитектуры Starship и добраться до внешней Солнечной системы так, как мы раньше себе и не представляли, — сказала Хельдманн. — Он может дать нам революционный способ изучения других миров».
Истоки Starship
Инженеры в SpaceX активно работают над созданием Starship около пяти лет. За последний год они провели уже несколько ранних испытаний. Остаётся ещё очень много технической работы. Однако компания, судя по всему, действительно движется к созданию сверхтяжёлой ракеты-носителя, при этом многоразовой, относительно недорогой и способной доставить до 100 тонн полезного груза на поверхность большинства небесных тел Солнечной системы.
SpaceX и её основатель Илон Маск считают Starship ключевой ракетой в деле доставки людей на Марс и постройки там способного автономно поддерживать себя поселения. Однако подобной ракете найдётся миллион других применений — для науки, исследований и военной защиты.
До появления высоконадёжного варианта Starship остаётся, вероятно, ещё несколько лет. Однако текущая ракета сможет начать орбитальные испытательные полёты уже в начале 2022. Руководители программы пилотируемых полётов НАСА настолько уверены в Starship, что агентство выбрало эту ракету в качестве посадочной системы для лунной программы «Артемида». Если проект Starship прогорит, НАСА на Луну не вернётся.
«Starship способна доставить беспрецедентное количество полезной нагрузки на Марс и на другие планеты, — сказала Хельдманн. — Планетологам пора задуматься о том, как мы сможем воспользоваться этим необычайным преимуществом. И если мы хотим это сделать, доставлять полезные грузы в беспилотных полётах, пора уже начинать».
Впервые SpaceX предложила свои услуги научному сообществу планетологов в 2018 году, организовав серию «Марсианских семинаров», на которых разбирались базовые вопросы вроде посадочных мест на планетах и пробелов в знаниях, которые нужно заполнить перед тем, как люди смогут безопасно жить и работать на поверхности.
Starship впервые установлена на ракету-носитель Super Heavy в августе 2021 года.
Компания пригласила к сотрудничеству нескольких выдающихся представителей научного сообщества, изучавшего Марс, и несколько десятков учёных приняло приглашение. Некоторые из них уже поверили в идеи SpaceX, другие ещё оставались настроенными скептически. Со временем SpaceX строила и испытывала прототипы, и даже скептики начинали верить в компанию и в то, что проект Starship реально может взлететь.
«Starship становился всё более реальным, и менял отношение людей к себе», — сказала Таня Харрисон, планетолог и эксперт по Марсу, участвовавшая в этих встречах. «Серьёзно укрепило веру в проект то, что Starship выбрали кораблём для организации лунных миссий».
Новый документ
В этом году многие участники семинаров начали понимать, что НАСА нужно начать использовать Starship для научных миссий как можно скорее. Они написали документ с Хельдманн в роли ведущего автора под названием «Ускорение научного изучения Марса и Луны при помощи миссий SpaceX Starship».
Документ подписали два десятка исследователей Марса из научных кругов, представители промышленности, и компании SpaceX — в том числе и Харрисон. В нём содержался призыв к руководителям НАСА с целью начать финансирование создания научных миссий, которые мог бы нести на себе Starship.
«НАСА должно разработать финансируемую программу, согласованную с подходом к разработке Starship, включая график быстрого развития, относительно высокую устойчивость к риску по сравнению с традиционными планетарными научными миссиями и, в конечном итоге, высокое соотношение потенциальной научной ценности к затраченным средствам в случае успеха», — писали учёные и инженеры.
Главное преимущество Starship — масса. Сегодня у планирующих исследование других планет учёных есть два серьёзных ограничения — стоимость проекта и масса оборудования. Starship может повлиять на стоимость миссий, предлагая больше ракет за меньшие деньги. Но главным изменением будет то, что учёным уже не придётся так сильно концентрироваться на ограничениях по массе. Можно будет включать в проект больше инструментов, больше защиты, больше всего, чего угодно. «Это полностью меняет правила игры», — сказала Харрисон.
Годами приоритетом НАСА при исследовании других планет было возвращение собранных образцов с Марса на Землю для исследования в высокотехнологичных лабораториях. И вот, наконец, агентство разработало основной план совместно с Европейским космическим агентством, и начало сбор средств для экспедиции Mars Sample Return Mission. Если всё пойдёт по плану, НАСА надеется привезти на Землю килограммы марсианской породы в 2031 году.
Поскольку Starship может не только садиться на другие планеты, но и взлетать с них, он сможет полностью изменить подход к возвращению образцов с Марса. Starship сможет вернуть не пару килограмм породы, а пару тонн.
Такие возможности внушают радость планетологам, и не только их молодому поколению. Джеймс Хед из Брауновского университета помогал НАСА выбирать места для посадки миссий «Аполлон» в 1960-х, и обучал отправлявшихся туда астронавтов. С тех пор он сделал выдающуюся карьеру в качестве планетолога.
Хед с энтузиазмом подписал новый документ и сказал, что высоко оценивает убедительные идеи SpaceX и активную работу компании, направленную на их реализацию. Хед сказал, что увидел в штаб-квартире компании в Хоторне, Калифорния, ту же самую юность, энергию и решимость, что подпитывали программу «Аполлон».
«Находясь на территории фабрики SpaceX, я почувствовал почти то же самое, что чувствовал, работая над программой «Аполлон», — сказал Хед.
Согласится ли НАСА?
Казалось бы, пока преждевременно создавать программу, по которой НАСА будет финансировать разработку научных грузов для отправки на Starship. В агентстве обычно принято устраивать конкурсы между различными программами, а не создавать программу специально под какую-то ракету.
И даже если бы руководство решило создать специальную программу для Starship по перевозке научных грузов, вряд ли Конгресс (или даже Белый дом) согласился бы с этим. Членам Конгресса нравятся рабочие места, находящиеся в их районах и штатах –, а их обеспечивают обычные подрядчики НАСА. SpaceX же концентрируется на экономии средств и эффективном их расходовании. Компания работает не в таком большом количестве штатов и у неё меньше субподрядчиков.
Когда НАСА устроило конкурс с проектом посадочного модуля в рамках программы «Артемида», и выбрало в итоге SpaceX Starship в качестве единственного варианта, Конгресс активно воспротивился такому решению. Однако тот протест, вероятно, померкнет перед яростью Конгресса, если SpaceX станет единственной программой по доставке научного оборудования на Луну, Марс и далее.
Возьмём миссию Mars Sample Return. НАСА планирует скооперироваться с важным партнёром, Европейским космическим агентством. В миссии будут участвовать разрабатываемый в Европе вездеход, предназначенный для сбора возвращаемых образцов, и ракета, которую для НАСА сделают в Northrop Grumman. Миссию запустят не ранее 2026 года, и она, вероятно, сможет подняться на ракете «Вулкан» компании United Launch Alliance. Затем возвращаемый орбитальный корабль, собранный в Европе, при помощи европейской ракеты Ариан-6 должен будет вернуть на Землю небольшой набор собранных образцов.
У подобной миссии, скорее всего, будет широкая политическая поддержка, поскольку на ней смогут заработать множество субподрядчиков, а также США сможет укрепить свои связи с Европой. И наоборот, миссия, заточенная специально под SpaceX и Starship расстроит подрядчиков НАСА, Европейское космическое агентство, и политиков, их лоббирующих.
Но авторы документа решили подчеркнуть потенциальную важность Starship, несмотря на все эти политические моменты.
Хед подтвердил, что такова политическая реальность. «С другой стороны, если это не подчеркнуть, то ничего вообще не получится». Он считает, что разработка Starship — это прекрасная возможность для НАСА пересмотреть свои практики исследования космоса за последние полвека. Было бы жаль упускать такой шанс.
Есть и другие варианты. Некоторые эксперты считают, что НАСА может создать программу «Коммерческой доставки грузов на Марс», по которой будет раздавать гранты на разработку и доставку научного оборудования на Марс.
Заимствования из CLPS
Этот проект можно будет смоделировать по образу и подобию «Коммерческой доставки грузов на Луну», или CLPS. По этой программе частные компании получают гранты на постройку ракет, способных доставить нужные НАСА грузы на поверхность Луны. Пока что агентство раздало полдесятка контрактов нескольким участникам, а общая стоимость программы, рассчитанной до 2028 года, составляет $2,6 млрд.
Подобную идею предлагали учёные из влиятельной «Аналитической группы программы исследования Марса». Они предположили, что программа, похожая на CLPS, но рассчитанная на Марс, позволила бы разработать технологии для исследования планеты и средства доставки научных грузов.
В рамках коммерческой марсианской программы НАСА могла бы финансировать разработку научных грузов в своих подразделениях и академическом сообществе, а потом возложить ответственность за покупку транспорта, способного доставить всё это на Марс, на самих учёных. Это освободило бы НАСА от части политического давления.
Руководитель научных миссий агентства Томас Зурбукен также продвигал программу CLPS и выражал готовность пойти на риск в случае возможной неудачи. По его словам, агентству стоит рассмотреть все крупные ракеты, готовящиеся к появлению в следующие несколько лет, и воспользоваться их преимуществами.
«В ближайшие 10 лет возможность запуска тяжёлых грузов, будь то Starship, Space Launch System, или другие крупные ракеты, становится важнейшим ингредиентом, стоящим рассмотрения».
Один из чиновников высшего звена НАСА на условиях анонимности сообщил редакции Ars: «Думаю, что научное сообщество планетологов внимательно следит за всем этим. Думаю, что у нас появляются интересные новые шансы. В какой-то момент риск окажется достаточно низким для того, чтобы люди начали предлагать запустить миссию класса Discovery на Starship. Мы только что запустили «Люси» [в октябре 2021 / прим. перев.], а «Psyche» находится в разработке. Эти миссии были выбраны одновременно, и обе они отправляются к астероидам. Возможно, те две миссии смогут вместе взлететь на Starship».
Чего бы мы только ни сделали
Перестав считать большую массу ограничением, учёные обязательно столкнутся с другими препятствиями при создании оборудования, предназначенного для работы на других планетах. В мире есть слишком мало людей, знающих, как собирать такие аппараты, а обучение большего количества потребует времени. Также ограничено количество цехов, в которых можно испытывать оборудование в вакууме и на вибрацию. Ещё есть вопрос стоимости — самым дорогим компонентом при запуске научного зонда становится не ракета, а космический корабль.
Как сказал представитель НАСА, «только оттого, что Starship взлетит, бюджет научных миссий не удвоится».
Однако Starship, возможно, удастся урезать стоимость миссий — особенно если получится организовать частые запуски.
Допустим, SpaceX сможет отправлять миссии к Юпитеру каждые два года. Несколько крупных и мелких зондов можно будет отправить на одной ракете Starship. Там каждый из космических кораблей сможет выйти на нужную ему орбиту или достичь пункта назначения, а Starship обеспечит связь с Землёй. Таким образом можно будет сэкономить огромное количество массы и топлива.
Первую миссию к Марсу SpaceX могла бы отправить в 2024 году. Это, скорее всего, был бы просто испытательный полёт, доказывающий, что массивная ракета способна выйти на орбиту вокруг Красной планеты. С таким плотным графиком НАСА будет сложно втиснуть разработку научного зонда в первый полёт, однако следующее окно для запуска к Марсу откроется в конце 2026 года. Это уже более реалистичная цель, как для SpaceX, так и для НАСА.
В последнем случае возможностей для загрузки Starship у НАСА впечатляюще много. Лаборатория реактивного движения могла бы построить дубликат марсохода Perseverance, оборудовав его совершенно другим набором инструментов. Агентство могло бы отправить парочку Марсианских исследовательских спутников на замену стареющей инфраструктуре коммуникаций. Инженеры могли бы масштабировать эксперимент Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) — марсианский эксперимент с кислородом, технологический демонстратор для проверки возможности выработки кислорода из атмосферы Марса — чтобы добывать кислород в гораздо больших количествах. НАСА также смогло бы отправить на Марс бурильную установку большего размера, чтобы поглубже забуриться в поверхность планеты, и посмотреть, не будет ли там теплее и влажнее.
Сэлфи от марсохода Perseverance на поверхности Марса
Также источник из НАСА сказал, что они с удовольствием загрузили бы Starship копиями марсианских вертолётов-разведчиков типа Ingenuity. Этот чрезвычайно успешный вертолёт запустили в этом году, и он летает до сих пор.
Маск тоже понимает важность совместной работы с научным сообществом и пытается доказать жизнеспособность Starship. Недавно он больше часа беседовал с учёными из Национальных академий, отвечая на один вопрос за другим — про Starship, планетология, и про более экзотические темы.
Он сказал, что Starship разработан как транспортный механизм общего назначения для полётов по Солнечной системе. «Вы могли бы доставить на Европу объект весом в 100 тонн. Это гораздо больше того, на что способны мелкие ракеты. Так что это здорово. Очевидно, нам ещё многое нужно доказать. Но в принципе этот транспорт способен доставить почти любую массу на любую твёрдую поверхность в Солнечной системе».
Было странно наблюдать, как Илон Маск, один из богатейших людей планеты, со спорными записями в Твиттере, с противоречивой репутацией, завоёвывает сердца умнейших людей страны. Учёные были благодарны за уделённое им время и хотели узнать больше о том, как Starship может помочь им в их исследованиях.
Возможно, Солнечная система заполнена льдом, однако тем вечером Маск растопил немного льда тут, на Земле.
