Планета Земля и Луна
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Луна - наш космический спутник
"Сатурн-5-Аполлон"

РН Ares I, РН Ares V, Orion, Лунная база 2019

     4–6 декабря в Хьюстоне первый заместитель администратора NASA Шейна Дейл и другие специалисты представили элементы долгосрочной стратегии освоения космоса и первый публичный вариант лунной архитектуры, предусматривающий создание постоянной лунной базы вблизи Южного полюса Луны. Разумеется, эти проработки носят сугубо предварительный характер и будут еще не раз корректироваться. Как известно, в январе 2004 г. президент Джордж Буш-сын провозгласил план исследования и освоения космического пространства, известный как Vision for Space Exploration (VSE) и направленный на возобновление пилотируемых исследований Луны.

     К сентябрю 2005 г. агентство определило общий облик ракетно-космического комплекса для достижения Луны, который будет включать в себя тяжелый носитель Ares I, сверхтяжелый грузовой носитель Ares V с отлетной ступенью EDS и запускаемые ими объекты – пилотируемый корабль Orion и лунный модуль LSAM. В августе 2006 г. было объявлено, что контракт на Orion получит компания Lockheed Corp. Работы над носителем Ares I и кораблем начаты с сроками первого беспилотного пуска в 2012 г. и первого пилотируемого – в 2013 г.
     В апреле 2006 г. прошла первая международная конференция по исследованию и освоению Луны. Тогда же по требованию Конгресса NASA начало разработку стратегии глобального исследования и освоения космоса (Global Exploration Strategy), чтобы дать ответы на два вопроса: зачем Америка возвращается на Луну и что там предполагается делать? При разработке стратегии были выделены шесть основных тем (подготовка освоения космоса, человеческая цивилизация – постоянное присутствие вне Земли, научные знания, экономическая экспансия, глобальное партнерство, привлечение внимания публики). Путем опроса научного, инженерного и образовательного сообщества, предпринимателей и активистов в области космонавтики (всего более 1000 человек) были выявлены примерно 800 конкретных задач, сведенных затем до 85 укрупненных. Затем при участии представителей космических агентств США, ЕКА и отдельных стран Европы, Канады, России и Украины, Японии, Индии, Китая, Южной Кореи и Австралии был составлен уточненный список из 188 задач, которые были поставлены в соответствие основным темам. 40 из этих задач считаются наиболее приоритетными.
     Для ответа на третий вопрос – а как выполнить задачи по исследованию и освоению Луны? – было проведено совместное определение облика лунного модуля LSAM и планов использования самого модуля и других элементов лунной архитектуры. Для этого в мае 2006 г. была организована специальная Группа лунной архитектуры (Lunar Architecture Team), которую возглавил Тони Лавойе (Tony Lavoie) – менеджер лунных подготовительных программ и робототехники из Центра космических полетов имени Маршалла. Результаты этих работ и были представлены в декабре в Хьюстоне на 2-й Международной конференции по исследованию и освоению Луны.
     Из двух вариантов возвращения на Луну – начинать ли с серии посадок в отдельных интересных точках или со строительства лунной базы – был выбран второй. Научная ценность этого варианта, безусловно, значительно ниже, чем при разведке разных районов. В то же время база в наибольшей степени соответствует перспективным планам экспедиции на Марс (нужно выяснить, как ведет себя организм человека, живущего длительное время в условиях малой гравитации). Она может быть начальным пунктом исследовательских экспедиций в другие районы Луны. Выбрав удачное место расположения базы, можно отработать технологию «жизни с земли» – добычи максимума необходимого из местных ресурсов. Наконец, строительство и эксплуатация базы позволяет привлечь к реализации программы иностранных и коммерческих партнеров, сохраняя все ключевые технологии межпланетных пилотируемых полетов в руках США.

Лунная База
Схема американской лунной базы в 2020 г.
Лунная База

     В качестве места размещения лунной базы группа Лавойе предложила область на валу кратера Шеклтон в 4.5 км от Южного полюса Луны. Для этого полярного района характерны крайне низкие температуры, зато с малым суточным перепадом: от -160°C ночью до -120°C в середине лунного дня. Это значительно упрощает обеспечение теплового режима базы. Далее, отдельные области на валу Шеклтона освещены Солнцем в течение 70% времени и более. Разместив на них солнечные батареи, можно решить проблему энергоснабжения комплекса без использования ядерного реактора. Связной комплекс, установленный на достаточно высокой точке, обеспечит постоянную связь с Землей – на этом этапе не потребуется спутник-ретранслятор. Есть основания надеяться на нахождение в затененных частях полярных кратеров залежей водного льда или иных веществ, в состав которых входит водород. Это решит проблему водоснабжения и, возможно, производства ракетного топлива. У полярной базы имеются также определенные преимущества (как, впрочем, и недостатки) с точки зрения баллистики.
     Для разведки района строительства лунной базы предполагается в 2011–2012 гг. направить туда посадочный аппарат среднего класса. Тогда же на малом спутнике Луны может быть отработана концепция ретрансляции команд и данных. Выбрав базу в качестве первого приоритета освоения Луны, группа Лавойе пришла к необходимости пересмотра проектных наметок по лунному модулю LSAM. Главной его задачей становится доставка на поверхность Луны максимального полезного груза, а масса посадочной и взлетной ступени должна быть сведена к минимуму. Роль последней сводится исключительно к доставке экипажа с базы на орбиту вокруг Луны: жить в ней даже временно, как во времена программы Apollo, не предполагается. Масса доставляемого груза оценивается сейчас в 6000 кг.
     Тони Лавойе представил и текущую версию (т.н. вариант 5A) плана строительства лунной базы. В нее включены один беспилотный и девять пилотируемых полетов, которые предполагается выполнить на протяжении пяти лет. План составлен в «относительных» датах, но если «состыковать» его с текущим планом летных испытаний, то можно заключить, что «нулевой» год строительства базы соответствует 2019 году. Оно начинается с посадки в июне 2019 г. беспилотного лунного модуля LSAM. Главной задачей полета является испытание посадочной и взлетной ступени, которая должна вернуться на окололунную орбиту для стыковки с пилотируемым кораблем «Орион». Помимо этого, на первом LSAM на Луну доставляется полезный груз: один несъемный комплект энергоустановки с солнечными батареями (выходная мощность 6 кВт) и один негерметичный лунный ровер с длительным сроком эксплуатации. Роверы будут работать на регенеративных топливных элементах.
     Последующие посадки пилотируемых лунных модулей производятся в непосредственной близости от первого LSAM. Первый экипаж прибудет на Луну в декабре 2019 г. и доставит первый герметичный модуль базы – цилиндрическую «бочку», отчасти напоминающую американские модули МКС. В ней астронавты будут жить семь суток, совершая вылазки на поверхность Луны; она же станет домом и для следующих экипажей. Очень важным будет третий полет в июне 2020 г., в котором на базу будут доставлены две съемные энергоустановки, второй ровер и колесный кран SMC для перемещения и монтажа модулей базы. Он будет использован уже в четвертом полете, когда на Луну прибудет второй герметичный модуль. Обе «бочки» будут сняты со своих посадочных ступеней и состыкованы между собой – герметичный объем базы почти удвоится. Рассматривается также вариант с доставкой устройства для перемещения не одной «бочки», а целого лунного модуля вместе с грузом.
     Дальнейшие шаги по строительству базы представлены в таблице, а ее конфигурация после полета 5A – на рисунке. К этому моменту база с замкнутым циклом жизнеобеспечения позволит работать на Луне сменам экипажей из четырех человек продолжительностью по 180 суток. На более позднем этапе (в 2027 г.) предполагается ввести в состав базы герметичный луноход (или мобильное посадочное устройство) для исследования удаленных от нее районов. Возможно, появится и ядерный реактор как мощный и компактный источник питания. На валу в 2 км от жилого и энергетического комплекса организуется зона посадки лунных модулей, а на склоне ниже «жилья» размещается ресурсная зона. Место в непосредственной близости от точки полюса отведено под астрономическую обсерваторию.
     Предложенная архитектура лунной программы открыта для участия партнеров, которыми могут быть другие государства и частный сектор. Координацию планов планируется провести в период до июля 2007 г. США выделили элементы программы VSE и лунной инфраструктуры, которые они «при любом раскладе» намерены оставить за собой, и элементы, которые могут быть вкладом партнеров. Помимо корабля Orion и носителей тяжелого и сверхтяжелого класса, по которым все вопросы уже решены, США будут разрабатывать посадочную и взлетную ступени лунного модуля, средства для внекорабельной деятельности на «Орионе» и для первоначальных работ на поверхности Луны, средства навигации, связи и обеспечения полетов. В беспилотной области за Америкой остаются спутник – разведчик лунных ресурсов LRO и посадочный аппарат. В теории NASA не возражает и даже приветствует параллельную разработку некоторых из этих средств сторонними организациями. Кроме того, партнерам предлагается взять на себя разработку:
     - скафандра для длительной работы на Луне;
     - систем электропитания (минимальной и расширенной);
     - систем жизнеобеспечения;
     - негерметичных и герметичных роверов и других машин для работы на поверхности Луны;
     - дополнительных средств обеспечения полета, в т.ч. широкополосной связи;
     - комплекса для использования местных ресурсов;
     - ряда беспилотных систем исследовательского и прикладного характера;
     - средств снабжения на линии Земля – Луна;
     - различного инструмента, приборов и приспособлений для работы на поверхности Луны, для доставки грунта на Землю и т.п.
     Поначалу NASA не планировало привлекать к лунной программе иностранных участников, что наглядно показывали дискуссии 2004-го и первой половины 2005 г. Своеобразным их итогом стало известное ироническое определение роли партнеров, которое дал в сентябре 2005 г. президент французской парламентской группы по космосу депутат Кристиан Кабаль (Christian Cabal): «Я так понимаю, что Франции на будущей лунной базе предложат отвечать за кухню, а вкладом Италии будет игра на мандолине». Из представленного теперь списка очевидно, что ситуация сильно изменилась. Линия по доставке грузов на Луну, лунные роверы и в особенности технология добычи воды, компонентов ракетного топлива и других необходимых веществ из лунного грунта – это сложные, интересные и перспективные научно-технические задачи. И на них уже есть претенденты. Так, Канада, помимо своей традиционной специализации в области робототехники, хотела бы заниматься разведкой лунных ресурсов, комплексом для их использования, медицинским обеспечением и системами СЖО; кроме того, она может предоставить арктический полигон для отработки систем лунной базы. Япония видит свою роль в разработке роверов, роботов различного назначения для работы на поверхности Луны, энергоустановок, скафандров и системы доставки грузов. Европа выразила готовность к участию в эксплуатации лунной базы с 2025 г. и назвала целый ряд направлений, которыми она готова заниматься. Свои работы потенциальные иностранные партнеры должны профинансировать сами. Это стандартное требование для совместных космических проектов как в США, так и в Европе; кстати, такая идеология была положена изначально и в программу МКС. Совершенно очевидно, что закупать на стороне американцы согласятся только то, что по каким-то причинам не могут сделать своими силами. К примеру, они готовы сейчас оплачивать услуги по обеспечению аварийного спасения экипажа МКС и по снабжению станции в 2010–2014 гг.: не озаботились вовремя или не имели денег на создание соответствующих технических средств. А вот о замене российского стыковочного агрегата АПАС-95, используемого для стыковки шаттлов со станцией, речь уже идет. Предполагается, что на корабле Orion (в лунном варианте – наверняка, на кораблях, запускаемых к МКС, – возможно) вместо него будет стоять американский стыковочный агрегат LIDS.
     А что же Россия? Следовало ли России попытаться найти свое место в американской лунной программе – вопрос отдельный, а вот то, что она уже не сможет этого сделать, даже если вдруг захочет, – это почти что свершившийся факт. В Хьюстоне от нас были представлены доклады старшего советника по науке и технике из российского посольства в Вашингтоне Е.К.Зведре и главы «Энергии» Н.Н.Севастьянова. Первый кратко изложил содержание ФКП на 2006–2015 гг., включая гипотетическую возможность создания после МКС национальной орбитальной станции на орбите с наклонением 70°. Докладчик упомянул о «возможных межпланетных миссиях» в период 2025–2030 гг., которые могут быть реализованы совместно с иностранными партнерами, но, судя по опубликованной информации, никак не выразил отношения России конкретно к программе Буша. Во втором докладе была представлена концепция перспективной пилотируемой программы «Энергии» с МКС, «Клипером», «Паромом» и перспективными лунными планами, но опять-таки – без увязки с программой Constellation. Теоретически предлагаемая «Энергией» многоразовая транспортная система между околоземной и окололунной орбитами неплохо в нее вписывается. Проблема в том, что поддержка концепции «Энергии» на государственном уровне пока отсутствует. Как сообщил 7 декабря пресс-секретарь Роскосмоса И.Н.Панарин, агентство направило NASA «свои предложения о готовности участия, но в соответствии с местом и ролью России в освоении космоса». Вне зависимости от того, что конкретно имеется в виду, вероятность пересмотра американской лунной программы с передачей России «в соответствии с местом и ролью» части работ по ключевым компонентам лунного транспортного комплекса (ракеты и корабли) представляется исчезающее малой.
     Тем временем 16 ноября NASA объявило о завершении смотра системных требований по программе Constellation, включая носители Ares I и Ares V и корабль Orion. «Этот смотр – критический шаг в превращении системы в реальность… – заявил менеджер программы Constellation Джефф Хэнли (Jeff Hanley). – Мы заложили фундамент для надежной и эффективной транспортной системы и инфраструктуры. Это был исторический первый шаг». Подготовка к защите системных требований продолжалась 12 месяцев, а результатом ее является более сфокусированный подход к программе и уточненный системный проект. Сообщение NASA не содержит сведений о характере этих уточнений. Единственное исключение – это подтверждение способности РН Ares I вывести на орбиту корабль Orion с полным запасом топлива, расходных материалов и с максимальным экипажем. Объявлено, что стартовая масса «Ориона» при осуществлении лунных экспедиций будет более 61000 фунтов (27700 кг), а носитель будет иметь 15-процентный запас по характеристикам. За смотром системных требований по программе в целом последуют аналогичные защиты по отдельным проектам: в феврале 2007 г. – корабля Orion и наземного обеспечения пуска, а в марте – управления полетом и внекорабельной деятельности. Это позволит утвердить «базовый» облик корабля Orion. Что же касается системного проекта лунной архитектуры, то его защита ожидается весной 2009 г. В последний раз системные требования по пилотируемой системе утверждались в США в октябре 1972 г. – это были требования к системе Space Shuttle.
     В тот же день, 16 ноября, в сетевом издании space.com была опубликована статья Леонарда Дэвида (Leonard David) о рассматриваемых в NASA вариантах «побочного» использования новой лунной техники. Среди этих вариантов – изучаемая в Исследовательском центре имени Эймса (с привлечением инженеров, ученых и астронавтов из Космического центра имени Джонсона) возможность пилотируемого полета к одному из астероидов, сближающихся с Землей, и работы Лаборатории реактивного движения по использованию элементов лунного комплекса для автоматической доставки образца марсианского грунта. Уже сейчас очевидно, что между возвращением астронавтов на Луну и марсианской экспедицией пройдет много лет и что весьма желательна отработка систем корабля типа Orion и наземного комплекса обеспечения в межпланетных полетах умеренной протяженности и продолжительности – скажем, 2–3 месяца. Полет к астероиду рассматривается как естественный вариант такой отработки. Крис МакКей (Chris McKay), заместитель научного руководителя отдела по научной программе Constellations в Центре Джонсона, видит три причины, почему пилотируемый полет к астероиду целесообразен.

Лунная База
Ракетные носители Ares I и Ares V для Луны
Лунная База
Лунная База

     Во-первых, он имеет очевидную научную ценность, так как астероиды являются реликтовыми телами Солнечной системы, сохранившимися со времен ее формирования. Во-вторых, техника программы Constellation будет обеспечивать доставку к астероиду значительного количества оборудования. И в-третьих, «есть еще то, что я называю фактором Брюса Уиллиса, звезды фильма “Армагеддон”». Видимо, идея астероидной опасности прочно укоренена в сознании американцев, и ее не грех и поэксплуатировать. «Общественность хочет, чтобы мы занимались проблемой астероидов-убийц, – говорит МакКей. – Таким образом, послать туда астронавтов и, условно говоря, ударить астероид дубинкой – это и научная ценность, и демонстрация возможностей человека». В этом с ним согласен бывший астронавт Расселл Швейкарт (Russell Schweickart), председатель Общества B612, которое выступает за проведение до 2015 г. эксперимента по изменению орбиты астероида. Подобное предприятие дало бы публике куда больше понимания способов борьбы с астероидной опасностью, нежели знаменитый «Армагеддон». Очевидные дополнительные возможности, которые дает миссия к астероиду, – это исследование его на предмет наличия воды, металлов и других ценных ресурсов, а также отработка технологии для их извлечения.
     Предполагается, что полет к астероиду можно было бы провести уже после одной-двух высадок на Луну в рамках программы Constellation, а теоретически даже и раньше. Для такого полета может использоваться собственно корабль Orion и дополнительные компоненты, с которыми он стыкуется на околоземной орбите. Есть одно интересное обстоятельство, на которое обратил внимание в сетевой рассылке FPSPACE Дэвид Портри (David S.F. Portree), автор фундаментальных трудов по истории космонавтики Walking to Olympus, Romance to Reality и Humans to Mars. В 2000-е годы специалисты NASA повторяют вновь – кто-то зная об этом, а во многих случаях и не догадываясь – проекты, которые выдвигались уже неоднократно. Так, полет к астероиду предлагался в 1962 и 1967 гг. и уже «на полном серьезе» в октябре 1971 г. как один из вариантов использования остающейся лунной техники программы Apollo (НК №15, 1995). Еще до этого в проекте пилотируемого облета Марса на корабле класса Apollo предлагался одновременный забор грунта автоматической системой – идея самостоятельного полета автомата с данной целью стала развитием этого первоначального предложения. Когда президент Джордж Буш-отец выдвинул в 1989 г. свою лунную программу (тихо умершую в 1993 г.), пилотируемый полет к астероиду предлагался вновь. Наработок много – но никто не хочет обращаться к ним, предпочитая забрать всю славу первооткрывателя себе. Все это громадьё планов сталкивается с серьезной проблемой: NASA не хватает денег, причем не по его вине.
     В 2006 финансовом году NASA располагало 16273.2 млн $, из которых на лунную программу Constellation и связанные с ней исследования предназначалось 2426.0 млн. На 2007 ф.г., который начался еще 1 октября 2006 г., администрация Буша запросила для NASA 16792.3 млн $, в т.ч. 3703.7 млн на лунные работы. Контролируемый республиканцами Конгресс 109-го созыва не успел утвердить бюджет NASA и почти всех остальных ведомств, за исключением министерств обороны и внутренней безопасности. Как следствие, сейчас все они финансируется на уровне 2006 ф.г. На ноябрьских выборах обе палаты перешли под контроль демократов, лидеры которых дали понять, что не намерены заканчивать работу над бюджетом 2007 ф.г. в варианте Буша, а вместо этого хотят профинансировать расходы на уровне 2006 ф.г. Это означает, что в текущем году NASA получит на 519.1 млн $ меньше ожидаемого, а лунная программа недосчитается 1277.7 млн $. Администратору NASA Майклу Гриффину дано право перераспределения бюджетных средств внутри выделенной на агентство суммы. Уже в новом году, 11 января, он объявил свои приоритеты: в первую очередь Гриффин намерен заключить необходимые контракты на разработку второй ступени и системы управления РН Ares I, закупить спутник дистанционного зондирования LDCM для замены аппарата Landsat 7 и заказать новые КА-ретрансляторы для замены работающих спутников TDRS – «если Конгресс не укажет мне иначе».
     При сохранении расходов на эксплуатацию шаттлов и достройку МКС (а это, как ни крути, международные обязательства США) жертвами законодательного произвола окажутся космическая наука, исследование Земли из космоса, а также исследования в области авиации. Научные сообщества, связанные с этими дисциплинами, уже взялись за организацию кампаний протеста. Впрочем, и до последних фокусов с бюджетом программа Буша, как кукушонок в гнезде, «выкидывала» других птенцов. И если в 2006–2009 гг. в среднем за год будет запущено по восемь научных КА, создаваемых NASA самостоятельно или совместно с иностранными партнерами, то в 2010–2012 гг. – всего по два. Средств на то, чтобы начинать сегодня новые проекты, – нет. Долгосрочный финансовый план NASA исходит из того, что значительного увеличения бюджета агентства под лунную программу не требуется. Бюджет будет расти вместе с инфляцией, а необходимые средства высвободятся с прекращением полетов шаттлов в 2010 г. и работы МКС в 2017 г. Однако Бюджетное управление Конгресса, основываясь на опыте прежних программ, считает этот план нереалистичным. По мнению его экспертов, для выполнения поставленной Дж.Бушем задачи в срок (к 2020 г.) нужно или увеличить к этому времени бюджет NASA примерно на 23% в постоянных ценах, либо передать на лунную пилотируемую программу до 46% средств научных проектов. Если же не сделать ни того, ни другого, работы придется растянуть, а возвращение на Луну отсрочить примерно до 2027 г.
     План летных испытаний «Ориона», как и график строительства лунной базы, претерпит еще немало изменений. Официально он не опубликован. Отдельные даты приводились в докладах на хьюстонской конференции, местами противореча друг другу. Дело в том, что на протяжении всего лишь полугода обозначения полетов менялись по меньшей мере трижды. К примеру, первый пилотируемый полет нового корабля последовательно обозначался OFT-3, Orion 5, Orion Ares 5, Orion Ares 3 и Orion 3 – запутаться проще простого! Что же до сроков, то в сентябре он официально планировался на сентябрь 2014 г., а в действительности – на июнь 2012 г. К концу года как будто «победила» компромиссная дата – октябрь 2013 г. Испытания системы аварийного спасения LAS корабля Orion будут проводиться на полигоне Уайт-Сэндз в период с октября 2008 по февраль 2012 г. В программу включены два теста ДУ LAS с поверхности и четыре пуска на специальном носителе ATB (Abort Test Booster) для проверки эффективности LAS в различных условиях и на разных этапах полета.
     Отработочные и эксплуатационные пуски РН Ares I будут проводиться с мыса Канаверал. Первый суборбитальный пуск ADFT0 (он же Ares I-1R) с макетом 2-й ступени еще в сентябре планировался на апрель 2009 г. Однако задержка вывода из эксплуатации стартового комплекса LC-39B (на нем будет готовиться шаттл-спасатель для экспедиции к Космическому телескопу имени Хаббла) заставила отложить и этот пуск. Сначала говорилось о полугодовой задержке, потом о годовой, а последняя официально опубликованная дата – уже июнь 2011 г. Второй суборбитальный пуск FT1 (Ares I-2) ожидается в сентябре 2012 г. с двумя рабочими ступенями РН и макетом корабля. За ним последуют два 14-суточных беспилотных орбитальных полета кораблей Orion 1 и 2, причем второй выполнит сближение с МКС. В сентябре-октябре 2013 г. на пятой РН Ares I стартует Orion 3 с экипажем из двух астронавтов, причем будет использован повторно командный модуль корабля Orion 1. Он выполнит стыковку с МКС, а экипаж проведет выход в открытый космос.
     В период до сентября 2016 г. к станции будут направлены еще два пилотируемых и четыре грузовых корабля Orion. Пилотируемые корабли обеспечат смену американской части экипажа станции и будут находиться в ее составе по полгода. Первый суборбитальный пуск РН Ares V планируется на июнь 2018 г. с макетом ступени EDS. В июне 2019 г. должны быть запущены штатный носитель Ares V с лунным модулем LSAM-2 и Ares I с пилотируемым «Орионом»: состоится генеральная репетиция лунной экспедиции, и одновременно будут доставлены первые компоненты лунной базы. Следующий двойной пуск состоится в декабре 2019 г.; посадку на Луну совершит модуль LSAM-3 с тремя или четырьмя астронавтами на борту (экспедиция 1-A).


Ares I и Ares V для Луны и Марса

     Носитель CLV Ares I – двухступенчатая ракета тандемной схемы, основным назначением которой является выведение на околоземную орбиту исследовательского корабля CEV с экипажем из четырех-шести человек, оснащенного интегрированной системой аварийного спасения (САС) на старте. Ares I также может использоваться для запуска беспилотных аппаратов, для снабжения МКС или сведения ее с орбиты, для вывода в космос грузов, подлежащих дальнейшей транспортировке на Луну. Суммарная масса полезного груза носителя – 25 т, стартовая масса – порядка 900 т, высота на старте – 94.2 м. Для разработки носителя CLV специалисты NASA исследуют новые технологии, двигатели, а также используют оборудование и системы, которые хорошо себя зарекомендовали в предыдущих проектах. Хотя эта ракета и напоминает своих предков, сочетая мощные ускорители кораблей системы Space Shuttle и тандемную конфигурацию ступеней ракет Saturn – это явно не «носитель времен наших родителей». По оценкам NASA, носитель Ares I будет на порядок надежнее, чем система Space Shuttle, в основном из-за того, что его пассажиры будут размещены наверху ракеты, а не сбоку нее. Слой пеноизоляции, который защищает баки с криогенными компонентами топлива от обледенения, будет значительно ниже отсека экипажа. Перекомпоновка исключает повреждение капсулы кусками льда или пены с баков ракеты.
     Первая ступень многократного применения – пятисегментный твердотопливный ускоритель диаметром 3.7 м, создаваемый путем модернизации существующего стартового ускорителя шаттла и его систем и оснащенный усовершенствованной системой спасения. В ступени предполагается использовать стандартное твердое топливо (перхлорат аммония и полибутадиен), но NASA рассматривает и альтернативные компоненты, способные поднять характеристики двигателя в части эффективности и надежности. Новый межступенчатый адаптер, соединяющий первую и в полтора раза более «толстую» вторую ступень РН, будет оснащен современными двигателями разделения, которые затормозят первую ступень. Вновь разрабатываемая вторая или верхняя ступень диаметром 5.5 м будет оснащена маршевым кислородно-водородным двигателем J-2X. Этот ЖРД представляет собой развитие двух исторических предшественников: мощного J-2 для верхних ступеней РН Saturn IB и Saturn V и упрощенного J-2S, который в начале 1970-х годов прошел огневые испытания и был подготовлен к сертификации, но в полете не испытывался. Система реактивного управления 2-й ступени будет, в частности, осуществлять управление по каналу крена на этапе работы 1-й ступени – дело в том, что при использовании двух ускорителей в составе системы Space Shuttle нет необходимости в управлении по крену каждого из них в отдельности. Первая ступень РН Ares I отделяется на высоте 60 км при скорости M=6.1. Вторая ступень достигает высоты 100 км и скорости, близкой к орбитальной. Довыведение на начальную круговую орбиту высотой 300 км осуществляется двигательной установкой корабля. Подрядчиком по 1-й ступени РН Ares I останется компания ATK Thiokol (Бригэм, Юта), которая производит ускорители для шаттла. Завод в Мичуде (Новый Орлеан) будет осуществлять изготовление и сборку верхней ступени ракеты Ares I. Компания Pratt & Whitney Rocketdyne в г. Канога-Парк (Калифорния) – основной подрядчик по двигателю верхней ступени.
     Сверхтяжелый беспилотный грузовой носитель Ares V предназначен для вывода на орбиту всего лунного комплекса, за исключением корабля CEV. Он будет служить основным средством NASA для безопасной и надежной доставки ресурсов в космос, нести крупногабаритные блоки и материалы для строительства постоянной лунной базы, а также запасы продуктов питания, пресной воды и других элементов. Ares V, как и шаттл, стартует при одновременной работе двух пятисекционных твердотопливных ускорителей многоразового использования (нулевая ступень) и центрального блока (первая ступень). На верхней (второй) ступени Ares V, как и на второй ступени Ares I, используется кислородно-водородный двигатель J-2X. Полезный груз закрывается композитным обтекателем большого диаметра. Стартовая масса носителя составит примерно 3350 т при высоте 109.1 м, грузоподъемность – около 130 т на низкую околоземную орбиту и 65 т на траекторию полета к Луне. 18 мая 2006 NASA объявило о выборе кислородно-водородного двигателя RS-68 для установки на центральный блок носителя Ares V. Первоначальное решение NASA использовать для этого упрощенный вариант маршевого ЖРД SSME корабля системы Space Shuttle отменено.
     RS-68 – самый мощный из существующих ЖРД для первой ступени носителей, работающий на жидком кислороде и жидком водороде. Он способен создавать тягу 295 тс на уровне моря (тяга двигателя SSME системы Space Shuttle без форсирования – 170 тс). Двигатель RS-68 с 2002 г. используется на РН Delta IV, разработанной в 1990-х годах для ВВС США по программе «развитого одноразового носителя» EELV. На центральный блок Ares V будет устанавливаться пять таких ЖРД. Официальное обоснование таково: изучение затрат на весь цикл эксплуатации сверхтяжелого носителя показало, что RS-68 лучше подходит к требованиям NASA. Нужно отметить, однако, что этот анализ состоялся после замены SSME на J-2X на второй ступени РН Ares I, когда центральный блок сверхтяжелой ракеты оказался единственным в программе местом применения SSME. О возможности его замены на RS-68 впервые упомянул 14 марта заместитель директора отдела по РН для программы Constellation в Центре Маршалла Дэниел Думбейкер (Daniel Dumbacher).
     В рамках программы Constellation инженеры NASA уже проводят ряд испытаний, которые должны помочь разработке транспортных космических систем для лунной экспедиции. Аэродинамические продувки по совместной программе центров Маршалла, Лэнгли и Эймса и компании Boeing начались в феврале 2006 г. Только в течение июня в экспериментальной аэродинамической установке Центра Маршалла проведено 80 продувок в аэродинамической трубе масштабной модели фрагмента носителя CLV. Модель имитирует часть верхней ступени, переходник, капсулу CEV и САС. Последняя предназначена для увода капсулы корабля от аварийной РН на старте и траектории выведения. Во время продувок в канале трубы сечением 35.6х35.6 см использовалась модель в масштабе 1:66 длиной 33 см. Целью тестов была оценка того, как влияет предложенная форма изделия на поведение носителя в полете, в том числе на старте в условиях сильного бокового ветра. Испытания проводятся в диапазоне скоростей, соответствующих числам М=0.8–4.45. Проектанты используют визуализацию потока для анализа ударных волн и характеристик аппарата прежде, чем изменения проекта будут воплощены в «железе».

Orion45 Трехфазный стабилизатор
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru