Новые планы НАСА по высадке роботов и экипажей на Луну.
от Томаса Бергхардта, 20 августа 2019 года
Новое предложение, опубликованное НАСА, теперь приглашает дополнительные компании, которые могут получить право на выполнение заказов по выполнению задач, наряду с уже выбранными поставщиками. К новым компаниям обращаются с просьбой разработать транспортные средства, которые могут высадить большие и тяжелые полезные грузы на лунную поверхность для целей науки и разведки.
Одна интригующая деталь, включенная в ходатайство, - это возможность совместного появления полезных нагрузок на борту лунного корабля. Указано, что поставщики могут использовать свою емкость, не используемую НАСА, для других полезных нагрузок, независимо от того, принадлежат ли они поставщику или коммерческому клиенту, если они не мешают работе полезных нагрузок НАСА.
Это может обеспечить дополнительный стимул и возможность для поставщиков, поскольку они расширяют свои платформы для увеличения грузоподъемности. Предложения для этого должны быть представлены 29 августа, а присуждение контракта ожидается 15 октября.
Открытые двери для пилотируемого лунного лендера
На основании проведенных исследований и транспортных средств, разработанных в рамках CLPS, программа Artemis готовится вернуть людей на поверхность Луны. Когда НАСА опубликовало первоначальное предложение для Системы приземления человека (HLS), приземляющееся на лунной поверхности транспортное средство было разделено на три элемента.
Предполагалось, что аппараты перелета, спуска и подъема будут создаваться разными компаниями, запускаться отдельно и собираться на «Воротах» на лунной орбите .
НАСА в настоящее время пересмотрело требования, чтобы позволить компаниям предлагать системы, которые объединяют несколько элементов в одном транспортном средстве. В выпущенном вместе с обновленным предложением документе «Концепция операций» подробно изложены требования и ограничения, и роль, которую транспортное средство будет играть в миссиях Артемиды.
«Ворота» будут по-прежнему служить отправной точкой для миссий на лунную поверхность, включая сборку HLS, если это необходимо. Элементы HLS будут запущены на борту либо коммерческой ракеты, либо системы Space Launch System, и ракета-носитель будет отвечать за перелет от Земли к Луне.
HLS будет использовать околоземную сеть НАСА для связи на низкой околоземной орбите. При транслунной миссии и за ее пределами связь переключится на сеть Дальнего космоса.
Профиль перелета с низким энергопотреблением позволяет HLS эффективно достичь почти прямолинейную орбиту «Врат» (NRHO), траекторию, которая длится 120 дней или дольше. Альтернативная траектория, включая лунный перелет, может достичь «Врат» всего за несколько дней, но требует больше энергии.
Первоначальная конфигурация «Врат» будет включать только ресурсы, необходимые для обеспечения возможности приземления экипажа к 2024 году. Эта конфигурация будет иметь два стыковочных порта, один для пилотируемого корабля Orion и один для HLS. По мере того, как Gateway и программа Artemis станут более развитыми, будет добавлено больше стыковочных портов.
Если HLS требует сборки на Шлюзе, другие элементы могут находиться поблизости от Шлюза без стыковки. Это предполагает минимальное расстояние от Шлюза и активное управление аппаратами. Примечательно, что НАСА заявляет, что роботизированная рука Канадского космического агентства не будет доступна для швартовки или сборки транспортных средств в первоначальной конфигурации Шлюза.
Хотя для HLS еще не было написано никаких правил стыковки, правила, касающиеся транспортных кораблей, посещающих Международную космическую станцию (МКС), дают представление о том, как может работать стыковка со Шлюзом. В настоящее время космический корабль с экипажем не может быть пристыкован к МКС из-за возможности выхода из строя роботизированной руки и захвата пилотируемого корабля.
Таким образом, все транспортные средства с экипажем должны самостоятельно стыковаться, а не швартоваться, даже после того, как в конфигурацию Шлюза войдет роботизированная рука. Отвинчиваемые элементы HLS могут быть захвачены роботизированной рукой и поставлены на место, как только рука будет в рабочем состоянии.
Как только HLS будет собран и пристыкован к Шлюзу, проверки готовности HLS к спуску и посадке будут проведены до запуска экипажа с Земли. После готовности HLS, экипаж отправится с Земли на космическом корабле «Орион» на борту SLS по быстрой траектории перелета к лунному Шлюзу.
Спуск на поверхность
На начальном этапе только два из четырех членов экипажа «Ориона» сядут на борт HLS, чтобы спуститься на поверхность Луны, а два других останутся на борту Шлюза. Первоначальная «Фаза устойчивого развития» будет включать четыре экипажа, летящих к Луне и обратно.
HLS должно обеспечить достаточный внутренний объем и оборудование для сборки и проверки скафандра, поскольку Шлюз не будет иметь подходящего оборудования для обслуживания на начальном этапе. HLS также потребуется либо воздушный шлюз, либо возможность сбрасывать давление в кабине, чтобы поддерживать EVA на поверхности Луны .
Как только все проверки будут завершены, HLS снизится с орбиты NRHO Шлюза на низкую лунную орбиту (LLO). Этот перелет номинально продлится 12 часов. НАСА ожидает, что на LLO будет необходимо совершить три тормозных импульса для обновления навигационных систем транспортного средства, достаточных для достижения точности посадки в 50 метров. Этот уровень точности является долгосрочной целью с первоначальной целью точности в 100 метров. Первоначальный план будет ограничен полярными посадками, в конечном итоге переходящими в прилунение в любой точке лунной поверхности.
От Низкой Лунной Орбиты HLS будет проходить через четыре фазы спуска на поверхность Луны. Первая фаза, Descent Orbit Initiation (Спуск с Орбиты), начнет понижение орбиты HLS. Затем, во время Powered Descent Initiation (Начало спуска) движение HLS будет достаточно медленным, чтобы его траектория пересекала лунную поверхность и чтобы спускаемый аппарат достигал достаточной высоты для фазы захода на посадку.
Во время захода на посадку аппарат выполнит маневр поворота, чтобы позволить экипажу осмотреть место посадки. Наконец, Terminal Descent (Завершение Спуска) и Touchdown (Посадка) - это вертикальный спуск на поверхность с заданной скоростью и сама посадка.
Если проблема возникает во время любой фазы спуска или на лунной поверхности, HLS, как ожидается, сможет прервать спуск и вернуть экипаж на шлюз. Аналогично, если проблема возникает во время старта с поверхности, HLS должна включать в себя возможность прерывания полета и перехода на стабильную LLO в ожидании спасения.
Находясь на поверхности, экипаж будет жить и работать в HLS в течение шести с половиной дней для первоначальных 4-х миссий. Два члена экипажа будут выполнять до пяти EVA (выход на поверхность) на миссию с целью исследования и разведки. НАСА указывает, что HLS должен поддерживать возможность продолжительности EVA в течение восьми часов, с восьми до двенадцати часами между EVA, чтобы перезарядить скафандры и обеспечить отдых астронавтов.
Как только члены экипажа смогут выйти на лунную поверхность, два члена экипажа EVA свяжутся с экипажем на борту, который будет связываться с Землей через сеть Дальнего космоса. В этом отношении HLS будет выступать в роли ретранслятора и центра управления EVA на поверхности Луны, поскольку костюмы EVA не будут иметь прямой связи с контроллерами на Земле.
Как и при спуске, подъем с лунной поверхности до «Ворот» разделен на четыре фазы. Фаза Powered Ascent (Активного подъема) на LLO будет предшествовать фазе Loiter (Ожидание) для формирования правильной ориентации с орбитой Шлюза. Затем фаза Cruise (Перелета) для транзита из LLO в NRHO. Наконец, этап Rendezvous and Docking (Рандеву и Стыковки), который будет следовать тем же правилам стыковки, что и первоначальное прибытие HLS на шлюз.
Полная продолжительность полета с Земли на Землю для экипажа должна быть менее 30 дней в соответствии с запросом HLS. Хотя HLS должен быть многоразовым, первоначальные требования, описанные НАСА, не требуют повторного использования. Любые элементы, которые не подлежат повторному использованию, должны быть надлежащим образом удалены от Шлюза в соответствии с протоколами планетарной защиты.
Партнерство с индустрией развития технологий
Ключом к успеху программ CLPS и Artemis будет поддержка НАСА коммерческих компаний. Несколько компаний, которые, вероятно, будут участвовать в этих программах, были недавно отобраны для партнерских отношений с НАСА. Эти партнерские отношения открывают опыт и возможности НАСА в надежде на содействие технологиям, которые необходимы агентству для будущих миссий в дальний космос.
Blue Origin, которая была выбрана для трех программ сотрудничества с пятью центрами НАСА, была названа одним из самых известных участников этих партнерств. Космический центр Джонсона и Центр космических полетов Годдарда будут работать над совершенствованием системы навигации и наведения для точных лунных посадок, что является ключевым требованием для HLS.
Джонсон и Исследовательский центр Гленна также будут работать над созданием топливных элементов для платформы Blue Origin Blue Moon, которая рассчитана на масштабирование как для полезных нагрузок CLPS, так и для HLS. Чтобы разработать двигатели для этих лендеров, Blue Origin также будет сотрудничать с Центром космических полетов им. Маршалла и Исследовательским центром Лэнгли для оценки материалов для сопел жидкостных двигателей.
Еще одна известная партнерская компания НАСА - SpaceX. Они будут работать с Космическим Центром им. Кеннеди для моделирования взаимодействия выхлопа двигателя с лунным реголитом, чтобы облегчить посадку больших ракет вертикально на Луну.
SpaceX также сотрудничает с центрами Гленна и Маршалла для разработки технологии перекачки топлива на орбите для своего корабля Starship, ключевой технологии, позволяющей использовать преимущества большой грузоподъемности стартовой системы.
Вовлекаются не только крупные компании «нового космоса». Три хорошо известные авиакосмические компании также используют преимущества сотрудничества: Aerojet Rocketdyne, Lockheed Martin и Sierra Nevada Corporation. Aerojet Rocketdyne будет сотрудничать с NASA Marshall для разработки и производства облегченной камеры сгорания, предназначенной для снижения производственных затрат.
Lockheed Martin, один из девяти поставщиков CLPS, будет сотрудничать с NASA Langley для тестирования твердотельных обрабатываемых материалов, предназначенных для улучшения космических аппаратов, работающих в условиях высокой температуры. Другое партнерство с Кеннеди будет тестировать автономные системы выращивания растений в космосе, которые могут обеспечить пищу и/или воздух для дыхания для длительного полета человека в космос.
Не все партнерства ограничены Луной, так как некоторые с нетерпением ждут миссий на Марс. НАСА Лэнгли сотрудничает с корпорацией Сьерра-Невада для съемки инфракрасных изображений их грузового космического корабля Dream Chaser, который в настоящее время планирует совершить первый полет на МКС не ранее следующего года.
SNC также будет работать над подготовкой развертываемого замедлителя для использования при возвращении верхней ступени ракеты-носителя. Эта технология, вероятно, аналогична проекту НАСА по испытанию в полете на низкой орбите по проекту надувного замедлителя (LOFTID), запланированного в 2022 году, в котором также есть приложения для входа в атмосферу Марса.
Несколько других компаний, включая малые предприятия, будут сотрудничать в разработке различных технологий в области связи, материалов, спуска и посадки (EDL) , производства в космосе и силовой установки. НАСА надеется, что эти новые технологии приведут к появлению новых коммерческих возможностей, которые агентство сможет использовать для достижения своих целей по исследованию дальнего космоса на Луне и Марсе.
Источник:
https://www.nasaspaceflight.com/2019/08/nasa-advances-robotic-crewed-moon-landings/