Лунная программа НАСА «Артемида» сталкивается с трудностями, с которыми полёты по программе «Аполлон» никогда не сталкивались, поясняет американский научно-популярный журнал Scientific American
Когда в 1972 году астронавты вернулись на корабле "Аполлон-17" с Луны, они не могли знать, что станут последними людьми, совершившими выход в открытый космос более чем на 50 лет. С тех пор ни один астронавт не выходил за пределы околоземной орбиты, хотя президенты Джордж Буш-младший, Барак Обама, Дональд Трамп и Джо Байден планировали лунные миссии. Наконец, НАСА готовится снова отправить людей на Луну в рамках полёта "Артемида-2", старт которого запланирован на осень 2025 года. Почему же это так сложно?
Эта новая миссия похожа на полет "Аполлона-8" в 1968 году, когда три человека обогнули Луну без посадки, а затем вернулись на Землю. "Артемида-2" отправит четырёх астронавтов в 10-дневное путешествие вокруг Луны в рамках первого испытания новой ракеты-носителя Space Launch System (SLS) и космической капсулы Orion в составе экипажа НАСА. Хотя у США были десятилетия, чтобы стать лучше в таких путешествиях, предстоящий полёт напоминает своего родственника середины прошлого века тем, что он будет далеко не простым.
Делать выбор "не потому, что это легко, а потому, что это трудно" - так обосновал президент Джон Ф. Кеннеди в знаменитой речи 1962 года, пытаясь заручиться поддержкой программы "Аполлон". И то, что было правдой тогда, остается правдой и сегодня - на самом деле, достичь Луны может быть даже сложнее, чем десятилетия назад.
Программа НАСА "Артемида" страдает от длительных задержек, перерасхода средств и неожиданных проблем. Она имеет общие черты со многими земными программами, такими как модернизация метро или строительство автомагистралей, которые, похоже, также занимают гораздо больше времени и зачастую обходятся гораздо дороже, чем в (сомнительные) старые добрые времена. Неужели сейчас сложнее строить великие вещи? А если говорить о Луне, то почему повторение того, что США совершили более полувека назад, должно занять так много времени?
Следующий шаг "Артемиды" - это, по сути, повторный полет "Аполлона-8", но программа имеет грандиозные амбиции, выходящие за пределы Луны. "В конце концов, наша цель - Марс, - говорит Мэтью Рэмси, руководитель полёта "Артемида-2". - Это очень сложно - добраться до Марса и жить на нём, поэтому мы делаем это небольшими кусочками".
Первая миссия программы, "Артемида-1", отправила космический корабль без экипажа вокруг Луны и вернулась обратно в 2022 году. После "Артемиды-2", с третьей по шестую части программы, люди будут высажены на наш естественный спутник, а затем будут установлены части Lunar Gateway, космической станции, вращающейся вокруг Луны. Последующие миссии также будут направлены на создание пригодных для жизни лагерей на лунной поверхности.
Программа "Артемида", едва начавшись, уже столкнулась с длительными задержками, и перед ней стоят серьезные проблемы, о которых говорится в недавнем аудите, проведённом офисом генерального инспектора НАСА. Во-первых, к 2025 году на неё будет потрачено 93 миллиарда долларов, что на миллиарды больше, чем предполагалось. Во-вторых, приключение "Артемиды-1" выявило "критические проблемы, которые необходимо решить до отправки экипажа в полёт "Артемиды-2"", говорится в отчете. Например, теплозащитный экран капсулы Orion сломался не так, как предсказывали инженеры, по непонятным пока причинам. Болты на космическом корабле столкнулись с "неожиданным плавлением и эрозией". А в системе электропитания возникли аномалии, которые могут оставить будущий экипаж без достаточного количества энергии и резервов, а возможно, и без двигательной установки или давления.
Эти "аномалии" - термин, которым космические специалисты обозначают большие проблемы, - "представляют значительный риск для безопасности экипажа", говорится в отчете. К тому же они возникли на фоне других проблем с оборудованием, данными и связью. Кроме того, генеральный инспектор обнаружил, что первый запуск привел к непредвиденным повреждениям системы, в результате чего ремонт обошелся более чем в 26 миллионов долларов, что гораздо больше, чем было предусмотрено в бюджете команды. Это много проблем и много денег - особенно для миссии, которая не совершит многих первых достижений, которых мы не достигли в 1960-х годах.
Может показаться странным, что сегодняшние лунные миссии настолько сложны, учитывая, что мы уже делали это раньше. Но обстоятельства не те, говорит Скотт Пейс, директор Института космической политики при университете Джорджа Вашингтона. "Мировая обстановка сильно изменилась, - говорит он. - США больше не участвуют в космической гонке - экзистенциальной битве за то, чтобы опередить коммунистов и первыми совершить полёт за пределы Земли". В те времена в ход шла динамика холодной войны, и новые независимые страны решали, какой системе управления следовать - на это решение (теоретически) могла повлиять способность капиталистической страны осваивать космос. Такая "мягкая сила", как считалось, могла показать, что американский путь - лучший, в то же время используя ракеты страны для обозначения жесткого военного доминирования. Учитывая эти ставки, правительство США было готово в короткие сроки вложить огромные средства в программу "Аполлон".
"Артемида" стоит дорого, но "Аполлон" был непомерно дорог: по данным Планетарного общества, программа обошлась в 290 миллиардов долларов в пересчете на сегодняшние деньги, в то время как "Артемида" - в 93 миллиарда долларов. В те годы на NASA часто выделяли 4 процента государственного бюджета. Сегодня ему повезло получить хотя бы около 1 процента, при этом ему приходится финансировать множество других космических аппаратов, телескопов и исследовательских проектов, не связанных с полетами человека в космос.
По мнению Джона Логсдона, почетного профессора университета Джорджа Вашингтона и основателя Института космической политики, такое сокращение бюджета имеет смысл. "Нет никаких причин тратить деньги, как на войну, - говорит он. - На данный момент нет никаких национальных или политических интересов, которые бы давали основания для такой мобилизации".
Эта более слабая динамика уменьшает доступную пачку денег и направляет планирование космических полетов по более запутанному пути. В 1960-х годах Кеннеди заявил, что страна отправится на Луну в этом десятилетии - и это произошло. В наше время планы космических полётов, разработанные одним президентом, часто отменяются другим, чтобы затем возродиться в другой форме. В результате траектория полета на Луну (и за её пределы) меняется местами.
Кроме того, изменился мировой порядок, и космические миссии теперь, как правило, представляют собой глобальное сотрудничество, отмечает Пейс. Программа "Артемида" - это сотрудничество с Японией, Канадой, Объединенными Арабскими Эмиратами и Европейским космическим агентством. Это международное участие, на самом деле, является большой частью смысла программы. "У "Артемиды" есть научные цели - возвращение на Луну и всё такое, - говорит Пэйс. - Но это также способ сформировать международную среду для космоса". Это формирование гораздо важнее, чем в 1960-х годах, когда люди меньше зависели от наземной инфраструктуры. Сегодня орбитальные космические аппараты обеспечивают все - от GPS до предупреждения о ракетном нападении и банковского дела. Убедить другие страны рассматривать космос как ценный ресурс и относиться к нему, сотрудничая с ними и устанавливая поведенческие нормы, поможет нам сохранить космос безопасным, а игрокам, находящимся там, - ответственными. "Правила устанавливают люди, которые появляются на свет", - говорит Пейс.
Это более туманная цель, чем победа в космической гонке с СССР. "Если бы у нас были хорошие, четко определенные мотивы, все было бы намного проще", - говорит Логсдон. - Но сотрудничество с другими странами, несколько из которых создают оборудование для ""Артемиды", занимает больше времени, чем работа в одиночку - точно так же, как групповой проект может надоесть больше, чем одиночная работа на всю ночь". По словам генерального инспектора НАСА, глобальный характер программы также увеличивает расходы, и у НАСА нет общей стратегии работы со всеми партнерами, которых оно привлекло к участию.
Однако, по мнению Пейса, ни один из этих факторов не является главным камнем преткновения на лунной траектории. Самая большая проблема, несмотря на то, что США уже побывали на Луне, заключается в том, что мы не были на Луне в последнее время. "Мы остановились, а потом забыли", - говорит он. Если вы пробежали олимпийский марафон 50 лет назад, продолжает он, это не значит, что вы сможете сделать это завтра.
В случае с "Артемидой" марафон также связан с новыми, более сложными технологиями. Основы ракетной части уравнения не сильно изменились: большие ракеты - это, по сути, бомбы, которые поднимают предметы в космос. И многие игроки остались прежними. Boeing работала над ракетой "Сатурн V", которая отправила ввысь корабли "Аполлон". Для программы "Артемида" она спроектировала и построила основную ступень SLS - массивный механизм высотой 65 м и шириной почти 8,5 м. Этот компонент обеспечивает топливом двигатели, которые отрывают SLS от земли и отправляют его в полет в нужном направлении - благодаря системе авионики, созданной компанией Boeing. Компания, которая в настоящее время переживает споры из-за проблем с контролем качества своих самолётов, а также из-за неисправности космического корабля, из-за которой два астронавта застряли на Международной космической станции, также отвечает за ракетные ступени для последующих полётов по программе "Артемида".
Между давней работой Boeing над "Сатурном V" и его современным собратом есть существенные различия. На этот раз при создании ступеней ракеты использовалась компьютерная обработка, а также технология сварки трением, которая не плавит и не деформирует металл. Компания также использует компьютеры, чтобы анализировать состояние ступеней ракеты и следить за их поведением в режиме реального времени, чего так не хватало "Аполлону".
Northrop Grumman, в свою очередь, занимается ракетными ускорителями, которые крепятся по бокам основной ступени. Они обеспечивают SLS более 75 процентов мощности при запуске. Большая часть конструкции разгонных блоков была разработана в рамках программы шаттлов, а некоторые части их оборудования действительно летали во время полётов шаттлов. В этих РН, как и в ракетах, используется твёрдое, а не жидкое ракетное топливо. "Хочется же как можно быстрее покинуть гравитационный колодец Земли и выйти из плотной части атмосферы, где велико сопротивление, - говорит Марк Тобиас, заместитель инженера РН SLS. - А это обеспечивает твёрдая тяга".
Но план по использованию оборудования из предыдущих космических программ немного не соответствует действительности. Например, система Space Launch System была изначально разработана для программы Constellation - стратегии, разработанной администрацией Джорджа Буша-младшего для завершения строительства Международной космической станции и восстановления присутствия человека на Луне. Конгресс предписал, чтобы в ракете были использованы технологии из прекратившей тогда свое существование программы "Спейс шаттл". Но в 2010 году Обама отменил программу "Созвездие", а в 2017 году Трамп объявил о начале программы "Артемида", цель которой - наконец-то снова отправить людей на Луну и проложить путь к освоению Марса. Новый план снова требовал от НАСА использования некоторых технологий, разработанных для программы Constellation, что, в свою очередь, предполагало повторное использование старых технологий космических челноков. Эти требования были выдвинуты конгрессменами, представлявшими регионы, в которых располагались центры производства деталей для шаттлов. Однако перенос и преобразование этих технологий оказались сложными. Согласно отчету генерального инспектора НАСА, приведение деталей ракеты в соответствие с требованиями современной эпохи - например, замена асбестовых деталей и их модернизация для новой ракетной системы - обошлось гораздо дороже, чем предполагалось.
Аэрокосмическая компания Aerojet Rocketdyne создает двигатели, и, как и в случае с ракетными ускорителями, заставить старые двигатели шаттлов работать на "Артемиде" было сложно и дорого. SLS - гораздо более высокая ракета, чем шаттл. Увеличение размеров потребовало изменения двигателей для работы с кислородом, поступающим под более высоким давлением. Кроме того, двигатели находятся ближе к ускорителям, чем на шаттле. "Это экстремальная среда нагрева", - говорит Майк Лауэр, директор программы по двигателям, поэтому требуется экстремальная изоляция.
Кроме того, двигатели "Артемиды" будут находиться в более облученной среде при полете на Луну (а затем и на Марс), чем на орбите шаттла. Чтобы справиться с этими изменениями, пришлось повозиться с компьютером, установленным на каждом двигателе, который Лауэр называет "мозгом". Эти "мозги" также нуждались в модернизации, поскольку компьютеры стали совсем другими, чем в 1990-х годах (вы, наверное, заметили). Новые и усовершенствованные "мозги" могут контролировать работу двигателей, в том числе во время надвигающейся катастрофы. "Можно что-то сделать, чтобы исправить или спасти миссию, а в худшем случае - выключить двигатель до того, как он взорвется, - говорит Лауэр. - Во времена "Аполлона" инженеры не могли узнать о проблемах достаточно быстро, чтобы решить их". Сегодня, говорит он, даже если астронавты, по сути, летят на бомбе, "за этой бомбой очень внимательно следят".
"Артемида" преследует научные цели. Но это также способ сформировать международную среду для космоса",
- Скотт Пейс Университет Джорджа Вашингтона.
Однако модернизация была сложной, и потребовалось найти новых поставщиков, поскольку многие из тех, кто работал над космическим шаттлом, больше не производили соответствующих деталей. В конечном счете, суть в следующем: иногда проще спроектировать и построить дом, который вы хотите, чем ремонтировать квартиру с ванной рядом с кухней и шкафами на неудобной высоте.
Говоря о бомбах, НАСА относится к людям мягче, чем в 1960-х годах, когда оно забрасывало в космос пилотов истребителей. Это видно по конструкции корабля Orion, построенного компанией Lockheed Martin.
Блейн Браун, директор по механическим системам "Ориона", и его команда провели расчеты, чтобы определить, каким нагрузкам будут подвергаться эти системы, и спроектировали их таким образом, чтобы они выдерживали в несколько раз больше, чем ожидается, будь то высокая температура или интенсивное ускорение. По мере доработки космического корабля инженеры продолжают проводить детальное моделирование материалов "Ориона" и нагрузок, которым будет подвергаться капсула, вникая в детали потенциальных слабых мест в таком детальном виде, с которым не могли справиться логарифмические линейки 1960-х годов. Они также проводят рентгеновский контроль сварных швов и блоков, образующих тепловой экран, который не дает капсуле сгореть при обратном прохождении через атмосферу. Команда получит больше данных, чем в прошлом, о том, как космический корабль ведёт себя в полёте - точно так же, как это делают подрядчики, занимающиеся ракетами, - а также улучшит возможность общения.
"Мы понимаем гораздо больше, чем инженеры-создатели "Аполлона", - говорит Браун. Тем не менее, случаются неожиданности, как в случае с деградирующим теплозащитным экраном корабля Orion, который, несмотря на все фантастические компьютерные симуляции, оказался без кусков после первого входа в атмосферу. Даже при современных вычислительных мощностях нет гарантии идеального результата. Очевидно, что "Аполлон" работал и без этого анализа. Но как только такие возможности прогнозирования становятся доступными, инженеры практически обязаны использовать их, чтобы понять, чему именно они будут подвергать астронавтов.
Отношение общества к риску изменилось со времен космической гонки, считает биоэтик Джеффри Кан из университета Джонса Хопкинса. Он входил в состав групп, которым было поручено провести независимый анализ этики жизни астронавтов для Национальной академии наук - в том числе и того, какие опасности вообще стоят полета. В 1960-х годах это уравнение "затраты-выгоды" давало разные расчеты. Считалось, что потенциально большая награда в виде победы в космической гонке над коммунистами стоит большего количества опасностей. Сегодня мотивы миссии более туманны, ставки ниже, а последующие вознаграждения не оправдывают такого риска.
В те времена власть имущие также не знали о некоторых рисках, о которых мы знаем сейчас, ведь космос в то время был новым рубежом. Астронавты принадлежали к той старой плеяде "правильных вещей". "Астронавты ездили на мотоциклах и водили быстрые автомобили", - говорит Кан, - помимо того, что они были летчиками-испытателями". Сегодня в космос отправляются самые разные люди по самым разным причинам. "Астронавты - это не какой-то отдельный вид, - говорит Пейс. - Возможно, мы ценим их жизнь больше, чем свою собственную".
Если бы что-то пошло не так, реакция на эту гипотетическую аварию была бы, вероятно, более бурной, чем, например, на гибель трёх астронавтов в результате пожара на "Аполлоне-1" в 1967 году. После той трагедии было минимум призывов к отмене или даже значительной задержке осуществления лунной программы. Теперь, говорит Логсдон, программа "Артемида" может не иметь достаточной политической поддержки, чтобы пережить смертельный случай. Поэтому "Артемида-2" и последующие миссии должны быть настолько безопасными, насколько это возможно, чтобы вообще продолжать существовать.
Возвращение на Луну - не единственная современная задача, связанная с задержками и срывами бюджета. Многие масштабные проекты со временем становятся все сложнее и дороже. Например, система метро в Нью-Йорке была построена всего за четыре года и имела 28 станций; новая линия метро в городе с тремя станциями, строительство которой завершилось в 2017 году, заняла 17 лет. В 1940-х годах ученые разработали ядерное оружие с нуля за три года, что обошлось примерно в 35 миллиардов долларов в пересчете на сегодняшние деньги; нынешняя программа модернизации ядерного оружия займет не менее 30 лет и обойдется более чем в 1,5 триллиона долларов. В конце Второй мировой войны США создавали по одному авианосцу в месяц; на последний из них ушло более десяти лет.
Задержки на дорогах и большие расходы - это специализация Лии Брукс, профессора Трахтенбергской школы государственной политики и государственного управления при Университете Джорджа Вашингтона. Её исследования показали, что обращение к гражданам с просьбой внести свой вклад в проекты - требование многих крупных государственных предприятий в наши дни - является одной из существенных причин проблем с дорогами. Этот запрос часто является частью экологической экспертизы, которая требуется перед началом реализации проекта. Учёт "мнения граждан", как называет его Брукс, может привести к созданию более дорогих маршрутов, которые оказывают меньшее негативное воздействие на окружающую среду или меньше нарушают жизнь граждан, но при этом могут потребовать создания дополнительной смягчающей инфраструктуры, например, звуковых барьеров. В прошлом властям не нужно было спрашивать мнение каждого (или заботиться об окружающей среде). Возьмем, к примеру, Управление долины реки Теннесси (Tennessee Valley Authority), созданное в 1930-х годах для строительства плотин с целью снижения уровня наводнений и выработки электроэнергии. "Они ни с кем не советуются, - говорит она. - Они просто строят". Кеннеди решил отправиться на Луну не потому, что спросил, что все думают.
Выводы Брукс могут быть применены к любому начинанию, связанному с составлением отчета о воздействии на окружающую среду - документа, в котором излагаются последствия для природной среды и который требует открытых комментариев общественности. Один из таких документов существует для предыдущей программы "Созвездие"; он был обновлен для "постшаттловой программы полетов человека в космос" НАСА.
По мнению Брукс, самая большая разница между прошлым и настоящим, возможно, заключается в том, что теперь мы строим вещи лучше, а это дорого и занимает больше времени. Возможно, это не относится, скажем, к бытовой технике, но это относится к звуковым барьерам на шоссе и, возможно, к космическим кораблям. По мнению "Артемиды", более надежная ракетная система, вопросы к людям, обеспечение безопасности людей и сотрудничество с глобальными партнерами, вероятно, лучше для этого мира - даже если они не приведут к целесообразности за его пределами. Отсутствие целесообразности может быть даже благом. Сегодня, говорит Логсдон, вы не услышите, что много людей выступают против программы "Артемида". А вот "Аполлон", напротив, не пользовался популярностью у населения. В 1961 году больше людей выступало против финансируемых правительством полетов человека на Луну, чем за. В 1965 году большинство высказалось против таких полетов, а в 1967 году разрыв между "за" и "против" вырос почти до 20 процентных пунктов, согласно исследованию историка космонавтики Роджера Лауниуса.
Новый способ выхода в глубокий космос в конечном итоге приводит к созданию более безопасной, более понятной системы, которая может получить большее одобрение общественности - как внутри страны, так и за рубежом. Кроме того, всегда было верно, что мы выбираем, потому что это трудно - так что же делать, если это ещё труднее? И к чему тогда спешка? Это ж не гонка.
© Перевод с английского Александра Жабского.
Оригинал.
