Директива по космической сфере от 1 декабря 2017 года поставила задачу перед космической программой США – продолжить устойчивое исследование космического пространства и обеспечить в краткосрочной перспективе возвращение людей на Луну.
С тех пор некоторые факты указывают на серьёзный график работ – с целью создать многоразовые системы для освоения Луны. Возможность повторного использования была частично реализована и раньше, но недавние посадки, осуществляемые SpaceX и ракетой-носителем от Blue Origin, возродили надежды, что повторное использование может повлиять на экономическую составляющую космической деятельности.
Амбициозные планы и возможность повторного использования понятны и непосредственно связаны с освоением космоса. Однако устойчивость в исследовании имеет свои тонкости. Устойчивость – это способность поддерживать уровень компетентности и тонкий баланс в долгосрочной перспективе. В области освоения космоса такого баланса добиться трудно, поскольку эти программы довольно дорогостоящие, а космическое агентство ограничено в финансировании. В рамках крупномасштабных программ, например, по освоению космоса человеком, бюджетные ограничения могут приводить к принятию решений, которые сведут к нулю знания и опыт и приведут к потере технологий по созданию необходимого оборудования. Такие решения иногда неизбежны, и в конечном итоге подрывают долгосрочные программы.
Несмотря на проблемы, связанные с устойчивым развитием, с 1961 года NASA достигло больших успехов. В ноябре этого года исполнится 18 лет непрерывному присутствию человека в космосе на борту Международной космической станции (МКС). Одной из составляющих этого достижения были уроки, извлечённые в рамках программ NASA Gemini, Apollo, Space Shuttle.
В любой космической миссии всё начинается с ракеты, и в данном случае возвращение на Луну и Марс – не исключение. Исследование Луны человеком требует наличия сверхтяжелой ракеты. Ракета Saturn V, разработанная Вернером фон Брауном и самыми выдающимися умами, работающими в NASA и в промышленном секторе, остаётся по сей день самой мощной когда-либо запущенной ракетой в мире.
Сегодня NASA, Россия, Китай и даже новые игроки, такие как SpaceX и Blue Origin, пришли к такому же выводу, что и фон Браун, относительно необходимости сверхтяжелой ракеты. NASA почти завершило создание такой ракеты. Это SLS, которая обладает более высокими характеристиками, чем Saturn V и Space Shuttle, который использовался для создания Международной космической станции. SLS – единственная ракета, которая сможет обеспечить необходимую подъемную силу для миссий по исследованию дальнего космоса.
Как и ракета-носитель Saturn V, SLS одноразовая, и некоторые могут утверждать, что многоразовая ракета-носитель – более выгодное и перспективным решением. Повторное использование даёт ряд преимуществ, среди которых можно выделить частоту запусков. Но в то же время многоразовая ракета требует дополнительных систем, включая тепловую защиту, стабилизаторы и запасы топлива, необходимые для манёвра и посадки. К тому же приходится жертвовать массой полезной нагрузки, которая уменьшается по мере постановки всё более и более дальних целей.
Чтобы соответствовать производительности SLS, многоразовая ракета должна быть ещё больше, что в конечном итоге приведёт к увеличению стоимости и сложности ракеты. Другой вариант заключается в том, чтобы разбить полезную нагрузку на более мелкие части, но это создаёт дополнительную сложность, которая увеличивает риски для программы. По статистике, большое количество запусков и более высокая техническая сложность увеличивают общий риск неудачи миссии. В таком случае возникает вопрос о частоте запусков. Перед началом разработки SLS NASA ожидало, что частота запусков SLS будет составлять всего один полёт в год. В этих условиях требуется упорядоченное производство, которое могло бы обеспечить стабильность и надёжность ракет-носителей и внедрение модификаций по мере необходимости.
Сочетание возможности повторного использования и низкой частоты запусков создаёт разрыв в производстве, что провоцирует остановку промышленных мощностей и потерю критически важных навыков. Производственные пробелы также создают дополнительные проблемы для привлечения и поддержания стабильной цепочки поставок.
Во время программы Space Shuttle поставщики испытывали проблемы с производством комплектующих, так как между запусками утрачивалась технология, терялись кадры, что-то могло просто устаревать. Подобные программные и промышленные базовые факторы часто упускаются из виду, но имеют важное значение для стабильности запусков. Низкий, но постоянный уровень производства одной ракеты в год, такой как SLS, служит для поддержания жизненно важных навыков и технологий, сохраняет целостную цепочку поставок и даёт возможность устранять какие-либо проблемы, внедрять новые технологии или улучшать блоки ракеты-носителя.
Существуют также дополнительные расходы и риски, связанные с возможностью повторного использования, которые должны быть приняты во внимание. Успешное повторное использование основано на детальном понимании деградации систем ракеты в течение срока службы. Это требует дополнительных усилий по анализу конструкции, использованию более дорогих материалов, множеству дополнительных тестов. Если в элемент или систему ракеты вносятся существенные изменения, то испытания начинаются с нуля.
Необходимо также учитывать дополнительные расходы на восстановление и реконструкцию инфраструктуры и расходы на персонал. Суть заключается в том, что повторное использование ракеты-носителя обходится дорого и не всегда представляет собой наилучшее решение для каждого конкретного случая. В качестве альтернативы важно рассмотреть возможность повторного использования космических аппаратов, например, спутников, которые функционируют в более благоприятных условиях, чем ракеты-носители, и поэтому не нуждаются в значительных расходах для повторного использования.
Чтобы освоение человеком космического пространства было максимально доступным, стабильным и, следовательно, успешным, необходимо изучить и понять все возможные преимущества. Исследование дальнего космоса представляет собой весьма сложную задачу, сопряжённую с непростыми компромиссами в плане затрат и рисков. Фон Браун и команда, которая стояла во главе успешных миссий, были правы. Хотя многое изменилось с 1960-х годов, законы физики и необходимые условия для проведения успешных пилотируемых полётов на Луну остаются неизменны.
Источник: spacenews.com
Перевод: Артур Арушанян