Лунная станция Deep Space Gateway: подготовка к полёту на Марс


    Лунная станция Deep Space Gateway (слева). Рендер: НАСА

    Представители НАСА огласили подробности космической программы Deep Space Gateway, которая станет подготовительным этапом к марсианской миссии. В рамках этой программы будет освоено окололунное пространство, где астронавты должны построить и протестировать системы перед путешествием в глубокий космос, в том числе к Марсу. Здесь же проверят роботизированные миссии со спуском на лунную поверхность. Астронавты из окололунного пространства смогут в случае появления проблемы вернуться домой в течение несколько дней. С марсианской орбиты им добираться гораздо дольше, поэтому НАСА предпочитает сначала провести испытания на более близком расстоянии — около Луны.

    Исследование окололунного пространства начнётся с первым запуском ракеты-носителя Space Launch System (SLS) с космическим кораблём Orion. Трёхнедельная исследовательская миссия называется Exploration Mission-1 (EM-1). Она будет беспилотной. Тем не менее, эта миссия должна стать замечательным событием для космонавтики, ведь предназначенный для людей космический корабль впервые в истории отлетит так далеко от Земли.


    Космический корабль Orion. Рендер: НАСА

    Запуск SLS с кораблём Orion состоится со стартового комплекса 39B на космодроме Космического центра им. Кеннеди, предположительно, в конце 2018 года. На орбите Orion расправит солнечные батареи и направится в сторону Луны. Импульс кораблю придаст промежуточная криогенная двигательная установка Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS), которая располагается на ракете-носителе SLS непосредственно под кораблём Orion, как верхняя ступень ракеты.


    Промежуточная криогенная двигательная установка. Рендер: НАСА

    Дорога до Луны займёт несколько суток. По её окончании Orion отстыкуется от ICPS, а последний, в свою очередь, выпустит в космос несколько мини-спутников CubeSat. Вместе с космическим кораблём ракета SLS способна поднять на орбиту 11 мини-спутников размером по 6 юнитов каждый.

    Предполагается, что одним из спутников в окололунном пространстве станет BioSentinel, который впервые за последние 40 лет вынесет в глубокий космос земную форму жизни. Цель научной программы BioSentinel — изучить влияние космической радиации на живые клетки в течение 18 месяцев работы спутника.

    НАСА планирует войти в ритм и в 2020-е годы делать по одному запуску в год. Первый пилотируемый полёт намечен на август 2021 года.



    План этого полёта построен на профиле translunar injection (TLI) — своеобразном разгонном манёвре с траекторией, которая выводит корабль на лунную орбиту. Траектория изображена на схеме внизу, где красной точкой обозначено место выполнения маневра TLI. Перед стартом к Луне корабль дважды обернётся вокруг Земли, постепенно увеличивая скорость и готовясь к TLI.



    В обратную дорогу к Земле корабль Orion отправится с помощью гравитационного манёвра, обернувшись вокруг Луны. Во время этого пролёта экипаж залетит за тысячи километров за Луну. Для первой пилотируемой миссии НАСА установило гибкие сроки. Миссия может продолжаться от 8 до 21 дня.

    Для лунных миссий НАСА определило цели и задачи. Вместе с экспериментами на МКС эти научные проекты позволят осуществить подготовку к будущим миссиям в глубоком космосе.

    Полётное оборудование для первой и второй миссий SLS и Orion сейчас находится в производстве, системы жизнеобеспечения и связанные технологии проверяют на МКС. Продолжаются опытно-конструкторские работы для создания жилья и силовой установки корабля, на котором люди отправятся на Марс, здесь НАСА тесно сотрудничает с частными компаниями и зарубежными партнёрами, которые предлагают свои варианты решения существующих проблем.

    Лунный космопорт


    Во время первых лунных миссий НАСА собирается не только проверить системы и доказать безопасность полётов, но и построить на лунной орбите космопорт Deep Space Gateway, который станет шлюзом для изучения лунной поверхности и промежуточным этапом перед отправкой астронавтов на Марс.

    Здесь будет источник энергии, жилой модуль, модуль стыковки, шлюзовая камера, модуль логистики. Силовая установка будет использовать преимущественно электрическую тягу, чтобы удерживать позицию лунной станции или перемещаться на разные орбиты для разных миссий в окрестностях Луны, пишет НАСА.

    Три основных модуля лунной станции — силовая установка, жилой модуль и модуль логистики — будут подняты на орбиту ракетой SLS и доставлены кораблём Orion.

    Обслуживать и использовать Deep Space Gateway НАСА собирается со своими партнёрами — как коммерческими компаниями, так и иностранными партнёрами.

    Транспорт для глубокого космоса


    На следующем этапе НАСА планирует разработку космического корабля Deep Space Transport (DST), специально предназначенного для полётов в дальнем космосе, в том числе к Марсу. Это будет многоразовый корабль на электрической и химической тяге. Корабль будет забирать людей с лунного космопорта, отвозить их на Марс или в другую точку назначения — а затем возвращать обратно к Луне. Здесь корабль может быть отремонтирован, заправлен — и отправлен в следующий полёт.



    Тестирование корабля пройдёт в следующем десятилетии, а в конце 2020-х годов НАСА планирует провести годичные испытания Deep Space Transport с экипажем. Астронавты проведут 300-400 дней в окололунном пространстве. Эта миссия станет генеральной репетицией перед отправкой астронавтов на Марс. До настоящего времени рекорд по пребыванию в глубоком космосе составляет 12,5 суток для 17 членов экипажа Apollo.
    Поделиться публикацией
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама
    Комментарии 53
    • +2
      Имеет смысл, если на Луне будет добываться топливо или рабочее тело для двигателей. В противном случае окололунная орбита ни чем не лучше околоземной.
      • 0
        На окололунной орбите магитное поле земли не защищает от космических частиц, поэтому условия для репитиции полётов на марс и дальше там более подходящие чем на НОО
        • +3
          Для репетиции — согласен. А как перевалочная база — ничем не лучше любой другой точки пространства. Даже хуже из-за масконов.
          • –2

            Если коррекция орбиты выполняется электро-тягой, то не пофиг ли?

            • +2
              Если можно их не выполнять, то не пофиг.
          • +1
            Радиация там всего вдвое выше, чем на МКС.
          • 0
            Как опытный игрок в KSP :-) хочу заметить, что лунная станция и межпланетный тягач потенциально намного более гибкое и надёжное решение, нежели текущий вариант. Топливо для длительных полётов можно доставлять на базу заранее, возврат аппаратов и людей также можно организовать значительно более контролируемым образом.
            • +1
              Если топливо добывается не на Луне, то зачем нам Луна? База может где угодно находиться.
              • +3
                Ну, рассмотрим ситуацию. Из минусов то, что эффект Оберта не получится использовать.

                С другой стороны они планируют использовать ЭРД (как в «Марсианине»), а это меняет ситуацию. ЭРД не выдаст короткий мощный импульс, ему надо работать долго. Это сложно обеспечить рядом с Землёй, где космический аппарат слишком быстро проходит перигелий. А вот при уходе с окололунной на околоземную орбиту, сопоставимую по радиусу с Лунной появляется возможность разгоняться хоть несколько дней.

                Топлива ЭРД потребляет куда меньше, чем ЖРД, кроме того для межпланетного старта на ЭРД окололунная орбита предпочтительнее именно из-за малой тяги ЭРД. От Земли придётся набрать ~4 км/с, а от Луны — всего ~1 км/c.

                С другой стороны, дозаправка в космосе те такая тривиальная операция, как в кербалах. :) МКС по моему последний раз заправляли в 2011 году, предпочитая поднимать орбиту пристыкованным грузовиком.
                • 0
                  Вы всё правильно изложили, но Вы забываете, что топливо доставляется с Земли. С ростом высоты орбиты ХС отлёта уменьшается, зато увеличивается ХС доставки топлива.
                  • 0
                    Вам надо доставлять только топливо, экипаж и припасы, а не весь корабль.
                    • +2
                      Этого уже немало. Скажем, у РКК Энергия для Марсианской экспедиции получалась отлётная масса порядка 400 тонн, 200-280 (в разных вариантам) из которых — рабочее тело для двигателей.
                      • 0
                        Дайте угадаю, во первых у них старт на ЖРД, а во вторых с орбиты Земли. Т.е. накачиваем корабль топливом на те самые лишние 3 км/с и не забываем (благодаря формуле циалковского) добавить топливо, чтобы разгонять это топливо. :)
                        • +2
                          Нет, я писал о варианте, в котором корабль полностью электроракетный. Да, старт с НОО.
            • 0
              Окололунная орбита лучше околоземной со схожим гравитационным потенциалом тем, что она более стабильна. То есть, если разместить промежуточную станцию-космопорт для марсианского корабля на околоземной орбите так, чтобы для выхода на траекторию к Марсу нужно было не больше топлива, чем для выхода на неё с окололунной орбиты — гравитация Луны будет дестабилизировать орбиту такой станции. Кроме того, окололунная станция может использоваться для дистанционного управления роботами на поверхности Луны с минимальной задержкой.
              • 0
                она более стабильна.

                Простите, что? Насколько мне известно, окололунные орбиты в принципе стабильностью не отличаются и требуют частых корректировок. У Луны неоднородное гравитационное поле.

                Кстати, зачем нам тот же гравитационный потенциал, если львиная доля массы доставляется с Земли?
                • 0
                  Окололунные орбиты стабильностью не отличаются, но околоземная орбита, проходящая вблизи орбиты Луны, ещё менее стабильна. А такой гравитационный потенциал нужен потому, что марсианский корабль предполагается сделать многоразовым. Это позволит улучшить условия жизни экипажа и его радиационную защиту.
                  • 0
                    Как связан гравитационный потенциал с радиационной защитой? Не достаточно подняться выше радиационных поясов?
                    • 0
                      Радиационная защита может быть электромагнитной. Это может привести к значительному увеличению массы корабля, так что выведение такой массы на межпланетную траекторию слишком дорого для одноразовых кораблей, но приемлимо для многоразового.
                    • –1
                      Запоздало сообразил: а как на счёт точек L4 и L5 — тут уж стабильнее некуда.
                      • +1
                        Точки L4 и L5 системы Земля-Луна нестабильны потому что разница в притяжении Солнца в дальней и ближней к нему точках такой орбиты приблизительно вдвое больше притяжения Луны: ускорение свободного падения, придаваемое Солнцем, изменяется на 6,4e-5 м/с, а ускорение свободного падения, придаваемое Луной, составляет 3,3e-5 м/с.
                        • 0
                          Но пыль-то в них как-то скапливается?
                          • +1
                            Спасибо, не знал об этом. Но облака Кордылевского — это лишь уплотнения кольца пыли, расположенного вдоль орбиты Луны. Скорее всего пыль, выбитая метеоритами из Луны, дрейфует вдоль её орбиты, задерживается в этих точках, потому что они являются «потенциальными ямами» и имеют довольно заметную массу в 10..20 тысяч тонн, но в конце-концов покидает кольцо или падает обратно на Луну. Плотность пыли 1 частица на м^3 и возможность встретить довольно крупный камень делает эти точи неподходящим местом для станции.
                            • 0
                              возможность встретить довольно крупный камень делает эти точи неподходящим местом для станции.

                              Пока там никаких камней (т.е. крупнее 7-10 метров) и не видели. Хотя видели даже такое вот чудо-юдо как 2006 RH120 на странной и нестабильной орбите.


                              Потом если камень там спокойно и давно висит (описывает фигуры Лиссажу), то скорости сближения у него со станцией будут в пределах нескольких метров в секунду — можно заранее заметить и избежать опасности.

                              • 0
                                Учитывая, что на Землю камни, выбитые с Луны падают довольно часто, если облака Кордылевского состоят из породы выбитой из лунной поверхности — камни там должны быть, но преимущественно небольшие, гораздо меньше 7-10 метров. Острый камень весом в 10 грамм, летящий со скоростью несколько метров в секунду уже представляет опасность для солнечных батарей станции, и заметить его не просто, особенно если он приближается со стороны Солнца или в тот момент, когда станция находится в тени Земли. И даже если его заметили, как Вы предлагаете избежать опасности?
                                • 0
                                  При правильной конструкции солнечной батареи такой камень либо не представляет опасности, либо способен вывести из строя только один элемент батареи из тысяч или десятков тысяч элементов.

                                  Для гермоотсеков такие камни опасности не представляют никакой. Больше того, станция может быть оснащена устройством для их сбора, и потом использования, например, в качестве дополнительной радиационной защиты.
                                  • 0

                                    Зависит от того, сколько там таких камней встретится станции.
                                    Если больше пары штук в сутки, то просто игнорировать в надежде, что пронесет (или в шутку: выпустить наружу космонавта с кевларовым сачком — пусть попробует поймать до столкновения!).
                                    Если камней меньше двух в сутки, то нужен расчет движения камня и при неизбежности встречи — маневр уклонения, как и сейчас делает МКС.

                                    • +1
                                      Маневр уклонения от камня весом в 10 грамм и скоростью десятки метров в секунду? А смысл? Это не километры в секунду.
                                      • 0

                                        Возможно Вы и правы: стенки выдерживают, то можно и не парится. Но всегда лучше иметь подготовленный запасной вариант. Если сильно нужно, то можно сделать автоматическую систему (без участия экипажа) с выполнением маневра при условии превышения критического размера камня и его скорости. Но маневр должен быть минимальный (для экономии топлива).

                                        • +1
                                          Моё ИМХО — проще сделать кевларовый щит или сачёк (или их комбинацию), и подставлять его под удар. В случае «сачка» можно будет погасить более километра в секунду, за счёт множественных столкновений с мягкими и упругими стенками, а траекторию на относительно небольшом растоянии можно предсказать быстро и точно. Больших и относительно опасных камней, действительно требующих манёвра, будет немного, это пролётные метеороиды, а не обломки, выбитые с поверхности Луны, и скапливающиеся в «потенциальной яме».

                                          Дополнительный плюс — почти без расходов постепенно накапливается веществ, на котором можно испытывать оборудование для космических производств.
                                          • 0

                                            Однако. Вы мою шутку в рабочую идею доработали.
                                            Помню был такой проект коммерческой добычи воды на астероидах: предлагалось накрывать часть астероида кевларовым мешком и взрывать под ним породу, воду собирать, остальное выбрасывать (или сортировать). У меня сомнения насчет того выдержит ли кевларовый мешок эти взрывы и осколки и как кевлар поведет себя в вакууме при нагреве с одной стороны Солнцем, причем с другой стороны холодная тень.
                                            Что-то похожее, но без взрывов, предлагается здесь — мешок во весь мини-астероид: https://www.nasa.gov/feature/apis-asteroid-provided-in-situ-supplies-100mt-of-water-from-a-single-falcon-9

                                            • 0
                                              Я не большой спец по космическому материаловедению, но так или иначе астероид в программе «перенаправления» планировалось «упаковать», так что материалы для создания «сачка» вполне себе существуют.

                                              Так или иначе, а «разделывать» астероиды в космосе рано или поздно будут, вон самая для меня свежая новость — «Goldman Sachs Bullish on Asteroid Mining» _http://www.parabolicarc.com/2017/04/10/goldman-sachs-bullish-asteroid-mining/ и естественным местом для размещения таких производств будут потенциальные ямы вблизи EML4 & EML5

                                              Другое дело, что я, мягко говоря, не уверен в необходимости такого «сачка», так что ваша шутка так шуткой может и остаться.
                  • +1

                    Кстати, насчет рабочего тела для ионных двигателей (для SEP): Вам не попадались обсуждения, прикидки насчет того можно ли на Луне добывать (и какие перспективы?) именно те тяжелые газы (ксенон, криптон, аргон) для ионных двигателей?

                    • +1
                      Тяжёлые газы — нельзя, их там не больше чем Не3
                      А вот использование того что есть (кремний, кислород) в общем-то не слишком повышает энергозатраты. Они получаются примерно как у аргона.
                      • 0
                        То что есть — химически активно. Не прикольно отбрасывать в струю части двигателя.
                        Вот если найдётся аргон…
                        • 0
                          Ну по отношению к чему-то активно, к чему-то пассивно.
                          Оксиды не окисляются, однако.
                          • +1
                            Оксиды не отличаются пластичностью, зато отличаются от металлов по коэффициенту теплового расширения…
                            • 0
                              Покрывать нутро РД-171 эмалью это как-бы не особо мешает.
                  • +6
                    Каждый год читаю статьи, что «через 10 лет полетим на Луну». Каждый раз отличается схема/корабль/программа полёта. Оставлю тут комментарий, чтобы было на что ссылаться в 2027м.
                    • +3
                      С каждым новым президентом США цели меняются. Сначала Буш младший объявил «летим на Луну». Начали Constellation: Ares + Orion + лунный модуль. Потом пришёл Обама, сказал — Луна не нужна, туда не летим. Совершенствуем технологии, потом летим на Марс. В промежутке, может быть, к астероиду. Ок, Ares и лунный модуль отменили, Orion упростили. Стали пилить SLS на базе наработок по Шаттлу.
                      Пришёл Трамп. Теперь на астериод не летим, на Марс может быть потом — летим на Луну!
                      Представляю, как специалистам работается при таких метаниях.
                      • +5
                        Я думаю, специалисты, держат в голове свой план развития техники, такой, чтобы он подошёл и для Луны и для астероида и для Марса, а лишнее вычеркнуть всегда успеют.
                        • +2

                          У меня такое подозрение, что некоторые специалисты НАСА держали фигу в кармане при всех этих "изменениях президентского курса в космосе" и сохраняли свои наработки конкретно по этой теме: около-лунная орбитальная станция для длительного обитания.
                          Просто раньше они всю эту тематику хитро вели под "прикрытием" — под темой проекта ARM (Asteroid Redirect Mission) — хотя чтобы поковыряться 5-7 дней в булыжнике около Луны такой здоровой орбитальной станции не нужно! Неплохо шифровались, молодцы, что тут ещё скажешь!


                          У меня в статье от 2016 года НАСА объявило новые сроки для программы ARM в разделе
                          SLS и Orion — испытательные полеты почти все тоже самое про полеты к Луне написано, что и в этой статье Ализара. И внешний вид орбитальной станции DSH – Deep Space Habitat примерно совпадает.


                          Как правильно заметил Zenitchik: этот вариант с орбитальной базой у Луны вполне компромисный — его всегда можно переделать для освоения Луны (если денег на Марс не хватает) или наоборот, Луну осваивать по минимуму (не ожидая оттуда топлива и/или рабочего тела), а орбитальную станцию использовать просто как пункт сбора и отправки миссии на Марс, если вдруг появится куча денег и огромное желание. Доставка булыжника с астероида этой орбитальной базе как собаке пятая нога, а вот полеты отсюда к реальному астероиду тоже вполне вариант...

                          • +3
                            Я первый раз понял, как это происходит, когда увидел картинку РКС им. Рогозина (ну, когда он трепался про свою орбитальную станцию). Сравнив её ещё с парой картинок понял — Роскосмос гнёт свою линию аж с советских времён, и подаёт одну и ту же программу под разным соусом сообразно политической обстановке.
                            Очевидно, НАСА поступает так же, только с бОльшим успехом.
                      • –1

                        кстати насчет межпланетного буксира — как там дела у ТЭМ? Что-то последние несколько месяцев по этой теме совсем нет новостей

                        • +2
                          Построят половину всего, потом изменятся приоритеты у Конгресса и всё отменят к чертям, как уже не раз было за последние 20 лет. VentureStar, Ares, Constellation program…
                          • 0

                            Как я уже писал выше, надо корифеям космонавтики уметь сохранять наработки по максимуму от таких "смен приоритетов" и учится хитро вписывать свои старые цели в новые приоритеты (как в НАСА этот орбитальный модуль DSH под программу ARM в 2013 году подписывали).

                          • +2
                            Первые 12 стартов SLS в картинках:

                            image

                            image
                            • 0
                              Тем не менее, эта миссия должна стать замечательным событием для космонавтики, ведь предназначенный для людей космический корабль впервые в истории отлетит так далеко от Земли.

                              а как же Аполлон-11?
                              • 0
                                Апоапсис будет дальше от Земли чем у всех кораблей программы Аполлон
                              • +1
                                На самом деле, при сохранении нынешнего размера бюджета НАСА, и при использовании Senate Launch System никакой окололунной станции до начала 2030 годов не будет. До 2024 года, одновременно с доработками SLS и Ориона, НАСА будет эксплуатировать МКС, а значит денег на разработку жилого модуля для Лунной станции нет и не будет, а когда они появятся после отказа от МКС потребуется минимум пять лет времени, чтобы его построить и запустить.

                                В 2020х годах данная программа реальна только при отказе от SLS и Ориона, и использовании Фалькона Хэви и/или New Glenn, и многопуска. Кстати, запрос к промышленности о возможности замены Ориона менее дорогим кораблём НАСА уже выпустило в конце прошлого года.
                                • +1
                                  Космический корабль Orion. Фото: НАСА

                                  Промежуточная криогенная двигательная установка. Фото: НАСА

                                  У НАСА есть машина времени? :)
                                  • 0
                                    К Луне летали по три астронавта, на Луну высаживались по два. Никак не получается число 17 астронавтов в глубоком космосе.
                                    • +1
                                      К Луне было 8 экспедиций в 1968-1972 годах, шесть — были с высадкой на Луну, две — тестовых, одна — аварийная. Всего слетало 24 человека, трое — летало дважды. Число 17 — видимо столько, сколько на данный момент из них осталось в живых.

                                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.