Большая масса космического аппарата Europa Clipper (не менее 6 тонн вместе с топливом), а также значительная удалённость пункта назначения — орбиты вокруг Юпитера — предполагает использование ракеты-носителя тяжёлого или сверхтяжёлого класса. Изначально, ещё до официального старта программы, запустить Europa Clipper планировали на двухступенчатой ракете-носителе Atlas V (конфигурации 551) средне-тяжёлого класса. Полёт Europa Clipper с помощью этой ракеты занял бы около семи лет с использованием гравитационных манёвров у Земли и Венеры, а стоимость запуска составила бы приблизительно 200 миллионов долларов.
В конце 2015 года Конгресс США выделил NASA бюджет на разработку Europa Clipper в размере 175 миллионов долларов на 2016 год, что фактически стало официальным началом проекта. Тогда же по указанию Конгресса основным вариантом ракеты-носителя стала разрабатываемая Space Launch System. От использования Atlas V отказались.
SLS, которая обладает большой мощностью, сможет доставить Europa Clipper к орбите вокруг Юпитера по прямой траектории без использования гравитационных манёвров, сократив время полёта до трёх лет. Однако с использованием SLS есть некоторые сложности.
Во-первых, высокая стоимость запуска — по приблизительным оценкам NASA от 800 миллионов до 2 миллиардов долларов. Во-вторых, к 2024 году — предполагаемой дате готовности космического аппарата Europa Clipper к запуску — не будет доступных SLS, так как все они предназначены для полётов в лунной программе Artemis. Построить дополнительную ракету к этому времени подрядчики NASA не успеют. Лишь к 2025 году может появиться доступная SLS, однако и тут гарантий нет. При этом готовый космический аппарат Europa Clipper пришлось бы законсервировать на несколько лет, чтобы дождаться готовности ракеты, что приведёт к дополнительным затратам.
В связи с этим NASA запросило у Конгресса возможность использовать альтернативную коммерческую ракету-носитель: Delta IV Heavy (United Launch Alliance) или Falcon Heavy (SpaceX). Они были доступны к планируемой дате запуска Europa Clipper, а их использование оценили приблизительно по 450 миллионов долларов, что позволит сэкономить до 1,5 миллиарда долларов. Однако для того, чтобы набрать достаточную скорость для полёта во внешнюю часть Солнечной системы, космический аппарат после запуска на этих ракетах должен будет использовать гравитационные манёвры у Венеры (Delta IV Heavy) или Марса (Falcon Heavy). Это увеличит время полёта до пяти-шести лет, в связи с чем увеличатся и расходы, например, на зарплаты сотрудникам, занятым в программе, поддержание наземной инфраструктуры и другие. Но эти затраты будут компенсированы экономией от запуска на менее дорогой коммерческой ракете.
В течение многолетних дискуссий между Конгрессом и NASA инженеры проектировали Europa Clipper с возможностью запуска как на SLS, так и на коммерческой ракете-носителе, что приводило к дополнительным работам и расходам.
В августе прошлого года NASA обнаружило проблемы совместимости оборудования между Europa Clipper и SLS, что обусловило окончательный выбор в пользу коммерческой ракеты-носителя. Сложности связаны с вибрацией в пространстве внутри головного обтекателя, где должен находиться космический аппарат. Вибрация будет возникать в результате работы боковых твердотопливных ускорителей, обладающих большой мощностью. Поскольку место для полезной нагрузки в SLS по размеру предназначено для Orion, вибрация намного сильнее повлияет на небольшой по сравнению с ним Europa Clipper. Для устранения этого влияния инженеры должны будут дополнительно модифицировать оборудование космического аппарата, чтобы сделать его более надёжным, но это снова приведёт к увеличению затрат.
В результате Конгресс пошёл NASA навстречу и в декабре 2020 года в законопроекте о расходах на 2021 год позволил NASA использовать альтернативную ракету-носитель, если SLS не будет доступна к моменту запуска Europa Clipper, и если проблему совместимости не получится решить. Таким образом, у NASA появилась некоторая свобода в выборе ракеты-носителя, в отличие от прошлых лет, когда Конгресс требовал использовать SLS без исключений.
В результате в начале 2021 года NASA прекратило работу по адаптации Europa Clipper к SLS и опубликовало запрос по предложению ракет-носителей со стороны частных компаний. NASA обозначило несколько требований для сотрудничества. Во-первых, ракета-носитель должна обладать достаточной грузоподъёмностью, чтобы вывести космический аппарат массой около 6 тонн к траектории на орбиту вокруг Юпитера (с использованием гравитационных манёвров). Во-вторых, у ракеты-носителя должно быть не менее трёх успешных запусков, и как минимум два из них произведены подряд. В-третьих, конфигурация ракет-носителей с успешными запусками должна остаться без изменений до планируемого старта Europa Clipper в октябре 2024 года.
Этим требованиям полностью удовлетворяют две ракеты-носителя, которые NASA уже ранее рассматривало: Delta IV Heavy и Falcon Heavy. Delta IV Heavy в настоящий момент оказалась недоступна, поскольку все они уже предназначены для запусков в интересах национальной безопасности США.
Альтернативой могли бы стать ракеты-носители тяжёлого класса Vulcan Centaur от United Launch Alliance и New Glenn от Blue Origin, но ни одна из них не совершила свой первый полёт, поскольку обе находятся ещё в стадии разработки.
Запуск космического аппарата на Falcon Heavy, а не на SLS достигает компромисса как по стоимости (178 миллионов долларов против изначально предполагаемых 450, и против 2 миллиардов на SLS), так и по графику строительства и запуска. Ещё одно преимущество Falcon Heavy — это возможность осуществить полёт космического аппарата без использования гравитационного манёвра у Венеры, что потребовало бы усилить тепловую защиту Europa Clipper.
Europa Clipper на Falcon Heavy, не заходя во внутренние области Солнечной системы, совершит облёт Марса и Земли и достигнет орбиты вокруг Юпитера через пять с половиной лет после запуска, то есть к 2030 году.
Автор: Алина Нестерова
Источники: www.nasa.gov, spacenews.com, spacenews.com, arstechnica.com, ru.wikipedia.org, spaceflightnow.com
