Космічні плани:
дорожня карта найближчих місій NASA
Текст:
Куншт
Ілюстрації:
Каталіна Маєвська
На останньому Астронавтичному конгресі, котрий відбувався наприкінці жовтня у Вашингтоні, мало хто не згадував про наміри приєднатися до місії, яка поверне людину на Місяць. А мільярдер Джефф Безос, отримуючи нагороду за видатні досягнення у космічній галузі, сказав, що людина летить на Місяць, щоб там залишитися.
Амбітні плани, новітні розробки та технології, які наближають нас до щодалі глибшого освоєння космосу – це вже не мрії й не наукова фантастика, а реальність. Разом із генеральним партнером UNIT.City ми мали змогу почути про плани із захоплення Всесвіту безпосередньо на Астронавтичному конгресі. Тож малюємо дорожню карту й пропонуємо дізнатися про головні напрямки розвитку космічної галузі.
ЗА ПІДТРИМКИ
Перший інноваційний парк в Україні та один з найбільших у Центрально-Східній Європі. Територія майбутнього, де створюється екосистема та інфраструктура для розвитку бізнесу в сфері високих технологій й креативних індустрій.
Space Launch System та Orion
Space Launch System (SLS) – надважка ракета-носій, яка доставлятиме людей за межі Земної орбіти. Вона запускатиме пілотовані місії, зокрема для експедицій на Місяць, Марс та у глибокий космос. Першим напрямком для SLS має стати Місяць — у межах програми NASA Artemis («Артеміда») туди заплановано кілька польотів.

Наразі ця ракета перебуває в розробці й буде оновлюватися навіть тоді, коли люди полетять нею на Місяць: багато модулів ракети мають змінні частини, які залежатимуть від типу місії, цілей та рівня розвитку технологій у майбутньому.
SLS складається з пари бокових прискорювачів із чотирма потужними рідинними ракетними двигунами. Двигуни RS-25, за словами NASA, пройшли найбільшу кількість тестувань за всю історію космічної галузі – понад 3000 стартів і понад мільйон секунд роботи впродовж наземних тестів та повітряних операцій у межах 135 місій. Центральний ракетний блок довжиною понад 61 метр міститиме 2,76 мільйона літрів пального – охолодженого рідкого водню й кисню. Ракета такої потужності досягає земної орбіти за вісім хвилин.

Основне завдання ракети-носія SLS – доставити пілотований корабель Orion («Оріон») у космос. Як і SLS, Orion буде досить «гнучким», щоб підлаштовуватися під різні типи місій. Корабель складатиметься з модуля для команди, модуля обслуговування, адаптера, який під'єднує модуль нижньою частиною до ракет, а також на кораблі буде функціонувати нова система аварійного порятунку.

Під час тестових випробувань проведуть кілька дослідницьких місій. Під час першої з них, яку планують у 2020, перша конфігурація SLS доставить Orion (на ньому не буде команди) на стабільну орбіту Місяця й поверне його назад додому. Протягом Дослідницької місії-1 ракета пролетить 64 000 кілометрів за 3-5 днів. У такий спосіб випробують саму ракету, пілотований корабель, а також роботу наземної підтримки. Проте ракета SLS не буде зовсім порожньою – окрім Orion'а на ній полетять десятки маленьких супутників, які збиратимуть дані в космосі.
У межах Дослідницької місії-2, яку планують у 2022, маршрут лишиться тим самим, проте на борту Orion перебуватимуть кілька астронавтів.

Наступна конфігурація Block 1 SLS матиме на борту дослідницькі системи, зокрема модуль для життя у глибокому космосі. Лише після декількох пілотованих місій у глибокий космос у напрямку Місяця NASA запустить наступну версію – конфігурацію Block 2 – транспорт для відправлення людей на Марс.
Шпаргалка
Для того, щоб потрапити в космос, спочатку потрібно подолати земне тяжіння та пройти крізь атмосферу Землі. Проте ракеті заважає прорватися крізь атмосферу аеродинамічний опір. Спробуйте висунути руку з вікна автівки, яка рухається з великою швидкістю, й ви його теж відчуєте. На аеродинамічний опір впливає щільність повітря (чим далі від Землі, тим вона менша), швидкість та площа космічного корабля. Чим менша площа ракети, тим менший опір. Ось чому ракети такі «стрункі».
Ракетний двигун «живиться» паливом, що при згорянні вивільняє енергію. А для процесу горіння, як ми знаємо, потрібен кисень. Поки ракета перебуває в атмосфері, кисень можна отримувати з повітря, але щойно вона виходить за межі повітряної оболонки, все стає дещо складніше. Тож доводиться носити кисень з собою: він змішується з паливом (зазвичай гасом) безпосередньо у двигуні та згорає, утворюючи тягу.
Ракета зазвичай має кілька ступенів. Кожен ступінь – це автономна частина, що має свій запас кисню та пального. Ступінь відпрацьовує власне паливо та відокремлюється від загальної конструкції, адже він більше не потрібен. У такий спосіб багатоступенева ракета отримує прискорення і позбувається зайвої ваги. Перший «поштовх» допомагає залишити атмосферу, другий – вийти на земну орбіту, а третій – вирватися з орбіти і полетіти до наступних цілей. Концепцією багатоступеневих ракет ми завдячуємо Константіну Циолковському та Роберту Ґоддарду.
Міжнародна космічна станція
На Міжнародній космічній станції (МКС) за понад 20 років існування побувало 239 людей з 19 країн світу. Функціонувати станція почала наприкінці 1998 року, а орієнтовно до 2028-го NASA має намір припинити фінансувати її за рахунок державних коштів (хоча Роскосмос не планує припиняти фінансування й після 2028 року). NASA та міжнародні партнери витратили на МКС понад 100 мільярдів доларів. На підтримку її функціонування потрібно 3-4 мільярди на рік. У перспективі фінансування має надходити від приватних компаній.
МКС – це центр довготривалих досліджень впливу мікрогравітації на живих істот. Крім того, на станції постійно проводять випробування технологій, які дозволять виконувати певні роботи на Місяці.

Як показують результати експериментів, люди, які перебувають в умовах мікрогравітації, мають вищий ризик зламати кістки. Тож на МКС намагаються зрозуміти, як за допомогою спеціальних дієт та вправ можна протидіяти впливу мікрогравітації на організм. Також працівники лабораторій на станції досліджують вплив космічних польотів на людський зір. Майбутні місії на Місяць, а згодом і на Марс потребуватимуть більшої незалежності від Землі, а отже, і більшої безпеки.
«У Американському кардіологічному коледжі у Вашингтоні представили дослідження, яке показало, що космонавти стикаються з послабленням м'язів, до того ж, не тільки м'язів скелету, а і серця. Бо, як відомо, серце – це насамперед м'яз, і в космосі воно не працює настільки інтенсивно, як на Землі. Під час перебування у космосі серце астронавта стає більш сферичним (майже на 10%) та дещо ослабленим.

Лікарі (приміром, Джеймс Томас, котрий керує напрямом серцево-судинних зображень та УЗД у NASA) намагаються розробити комплекси тренувань для космонавтів, які допоможуть зменшити вплив мікрогравітації на серце. Також такі тренування можуть допомогти звичайним людям на Землі, котрі мають серцеву недостатність або змушені через стан здоров'я обмежити фізичну активність», – говорить Роман Бєлкін, засновник та технічний директор Cardiomo, компанії-резидента UNIT.City.
Станція також тестує та використовує 3D-принтери, які можуть виробляти необхідні деталі на вимогу за межами космічного апарата або на поверхні Місяця чи Марса. У такому виробництві можна використовувати навіть перероблені пластикові відходи, а це значно зменшує кількість інструментів чи конструкцій, які потрібно брати з собою з Землі.

Завдяки розробкам, здійсненим на МКС, у космосі можна навіть секвенувати ДНК. Отже, на Місяці чи Марсі у разі підозри на наявність живих організмів можна буде на місці це перевірити, а у разі хвороби астронавтів – виявити причину захворювання й забезпечити належний догляд.
Ще один сценарій майбутнього МКС – після виведення з ужитку її можуть «затопити» у Тихому океані. Проте ця версія здається малоймовірною, зважаючи на технології та можливості, які може запропонувати станція для приватних компаній.
Проекти комерціалізації низької навколоземної орбіти (ННО)
NASA планує комерціалізувати низьку навколоземну орбіту, тобто дати можливість приватним компаніям працювати на ній, зокрема з використанням Міжнародної космічної станції.

Протягом багатьох років NASA залучала приватний сектор до роботи на МКС, використовуючи окремі технології, розроблені приватними компаніями. Це давало бізнесу прибутки та приваблювало платоспроможних клієнтів. Однак розробка та здійснення приватних космічних польотів вимагає неабияких капіталовкладень, а також довготривалої стабільності та прибутковості компанії. Для багатьох компаній це значна перепона, що не дозволяє увійти на ринок космічної галузі. Саме тому NASA прагне використати частину власного бюджету, виділеного на освоєння ННО, для співпраці з приватними компаніями, щоб ті змогли долучитися до програми.
Так, NASA має намір дозволити приватним компаніям використовувати низку ресурсів Міжнародної космічної станції для розробки, запуску та експлуатації одного або декількох комерційних проектів. Зокрема бізнес зможе працювати з модулем МКС Node 2 (інша назва — Harmony; сполучає американський, європейський та японський лабораторні модулі).
Для цього NASA внесла Додаток 1 у договір про партнерство (Next Space Technologies for Exploration Partnerships, «Партнерство майбутніх космічних технологій для розвідки»), у якому йдеться про державно-приватне партнерство американських комерційних організацій та NASA. Метою партнерства є розвиток ринкових відносин у галузі дослідження космосу, а у майбутньому — стабільна діяльність приватних компаній у сфері польотів людини на ННО.

Наразі NASA перебуває у пошуку компаній, які могли б запропонувати широкий асортимент продуктів та послуг, що відповідали б її вимогам.

У 2019 році NASA планує доповнити договір про партнерство так званим Додатком К, що дозволить укладати додаткові угоди з приватними компаніями для комерційних космічних польотів на ННО.
Місячна орбітальна станція Gateway
NASA разом із партнерами працює над розробкою пілотованої космічної станції Lunar Orbital Platform – Gateway (LOP-G), що обертатиметься навколо Місяця. Проект також відомий за назвою Deep Space Gateway («Ворота у глибокий космос»).

Головна мета станції – стати проміжним пунктом для астронавтів та роботизованої техніки на шляху до вивчення поверхні Місяця, а згодом і більш далеких місій. До того ж, Gateway планують використовувати для підготовки астронавтів до умов життя у космосі, а також для тренування управлінням космічними кораблями на різних орбітах.
Deep Space Gateway матиме шину електропостачання, невеликий житловий модуль, стикувальні модулі, повітряний шлюз та модуль для проведення досліджень. Місячну орбітальну станцію розроблятиме не лише NASA, а й комерційні та міжнародні партнери агентства.
Планується, що астронавти відвідуватимуть Gateway принаймні раз на рік, проте не залишатимуться на весь рік там, як це зараз відбувається на Міжнародній космічній станції. Gateway значно поступатиметься розмірами МКС, тому, пристикувавши до станції корабель, астронавти зможуть перебувати на ній до трьох місяців. Цього часу буде достатньо для здійснення подорожей на Місяць та проведення дослідів. Навіть якщо місія, що пристикується до Gateway, матиме на борту лише роботизовану техніку, вона зможе передавати зібрані у космосі дані на Землю за допомогою висококласного обладнання Gateway.
NASA планує побудувати Gateway за допомогою лише шести запусків ракет, в той час як для будівництва МКС знадобились запуски 34 ракет. Для спорудження Gateway NASA використовуватиме SLS та частково – Orion, а також не гребуватиме допомогою приватних компаній. Найбільші частини Gateway доправлять декількома ракетами у космос, де вони автоматично зберуться в один механізм. SLS «відповідатиме» за доставку основної частки конструкцій майбутньої станції.

NASA має на меті активне залучення американських приватних компаній задля створення місячної станції, зокрема для побудови житлового модуля та дослідницької роботи на станції в рамках партнерства Next Space Technologies for Exploration Partnerships, про яке було згадано вище. NASA також веде перемовини з іноземними компаніями щодо постачання роботизованої техніки, транспортних засобів та наукових розробок.
Науковці та інженери є постійними учасниками дискусії щодо майбутнього місячної станції та можливості проведення експериментів та досліджень на ній. У NASA переконані, що Gateway стане тим ключем, що відімкне двері для нових досліджень орбіти та поверхні Місяця. Gateway є унікальним проектом, адже вона зможе переміщуватися на різні орбіти Місяця, що дасть можливість вивчати нові куточки космосу. Gateway відкриє нові можливості для дослідження не лише Місяця, а й Землі, Марса та Сонця. Ці знання дадуть змогу краще зрозуміти, як формувалася наша Сонячна система. На Міжнародному астронавтичному конгресі у жовтні 2018 року у Бремені NASA отримали надзвичайно позитивний відгук щодо майбутнього проекту, адже Gateway є важливим кроком для розширення присутності людини в космосі, зокрема на Місяці та Марсі.
Створення станції на орбіті Місяця – це перший етап місії з освоєння Марса. Вона стане місцем для своєрідного «піт-стопу» астронавтів, які летять на Марс чи з нього.

Перший етап місії (Exploration Mission 1) планують запустити наприкінці 2019 – на початку 2020 року. Перед тим вчені випробують ракету-носій Space Launch System у конфігурації Block 1. Повну комплектацію станції мають завершити у 2026 році.
Deep Space Transport
NASA мріє запустити космічний корабель з екіпажем на орбіту Марса. Апарат, який доставлятиме астронавтів, називають Deep Space Transport («Транспорт глибокого космосу»). Екіпаж має досліджувати Червону планету 1100 днів. Згодом цей корабель можна буде використовувати не лише для дослідження Марса, а й для інших далеких місій.
Deep Space Transport, за планом, повинен стартувати на Марс зі станції Gateway, яка перебуватиме на місячній орбіті. Він складатиметься з двох основних частин: космічного корабля Orion та житлового модуля.

Для успішного запуску спершу потрібно побудувати орбітальну станцію біля Місяця, а також остаточно випробувати систему космічних запусків (SLS), тож місію планують почати не раніше, ніж у 2030-х роках.
Розробка Deep Space Transport – наступний етап «марсіанської» місії. Це космічний корабель багаторазового використання, який має доставити екіпаж до Марса й повернути на орбітальну станцію Deep Space Gateway. На навколомісячну орбіту астронавтів доставлятиме Orion. Потім Deep Space Transport можна буде використовувати повторно. Зараз елементи й технології для його створення розробляють і тестують на Міжнародній космічній станції.

Це буде перший тривалий політ із системами, які мають підтримуватися самостійно. Крім того, Deep Space Transport повинен забезпечити першу автономну місію зі значною затримкою зв'язку і перший людський політ з обмеженими можливостями аварійного завершення роботи. На космічному кораблі, найімовірніше, будуть летіти чотири астронавти.
У Deep Space Transport планують застосувати складні технології «середнього та високого ризику», чимало з яких ще перебувають на етапі розробки. Зокрема, потребує доопрацювання і тестування система екологічного контролю та життєзабезпечення. Вона повинна стати продуктивнішою і надійнішою. Наразі ця технологія на «низькому рівні готовності», втім, вже з 2022 року NASA планує її вдосконалити і випробувати на Міжнародній космічній станції. Якщо все мине вдало, то під час цієї місії людина вперше ступить на поверхню Марса. Безпосередньо до планети з марсіанської орбіти астронавтів «довезе» посадковий модуль, а назад до орбіти їх доставить апарат під назвою Mars Ascent Vehicle.
Lunar Surface Missions
Дослідження Місяця знову стало космічним пріоритетом для США. Наразі NASA активно готується до запуску програми Artemis, під час якої на поверхню Місяця ступить перша жінка. Разом із NASA у програмі беруть участь приватні космічні компанії та міжнародні партнери (як-от ESA – Європейське космічне агентство).

Як і у випадку з Deep Space Transport, астронавтів відправить на місячну орбіту система космічних запусків (SLS). Вони житимуть і працюватимуть насамперед на орбіті, але обов'язково здійснять експедицію на поверхню Місяця. Астронавти планують вийти на поверхню Місяця у 2024 році. У новій місії візьмуть участь два члени екіпажу. Вони залишаться на поверхні протягом 6,5 днів. Це вдвічі більше, ніж будь-яка з місій Apollo. Там вони проводитимуть наукові спостереження й досліди.


На відміну від місій Apollo, під час цієї місії NASA доведеться попередньо розмістити обладнання на поверхні Місяця, як-от ровер (місяцехід), який люди використовуватимуть для космічних прогулянок. В агентстві розраховують, що ним можна буде керувати дистанційно.

Астронавти місії Artemis висадяться поблизу Південного полюса Місяця. Звідти вони зможуть потрапити до кількох регіонів, що перебувають на темній стороні Місяця. Зокрема, там вони візьмуть пробу місячного льоду.

NASA також вивчатиме освітлення Південного полюса, де протягом місячного літа майже постійно світить Сонце. Це важливо для виробництва енергії.
«Думаю, що використання сонячної електростанції на Місяці не стане проблемою. Умови будуть схожими до використання [сонячної енергії] на МКС – як у тому, що стосується вироблення енергії, так і у її використанні. До речі, сонячні елементи Sunpower, які ми використовуємо для жалюзі SolarGaps, спершу використовувались на супутниках у космосі і лише потім стали доступними для "землян".

Можливо, NASA планує використати дзеркало у космосі – як маленьке штучне Сонце. Такі рішення зараз розробляє Китай для освітлення міст, хоча перші такі спроби були ще за часів СРСР. Це цілком реально, але технічно непросто», – пояснює Євген Ерік, засновник та виконавчий директор ще одного резидента UNIT.City, компанії SolarGaps.
Якщо все вдасться, друга місія Artemis полетить на Місяць у 2025 році. До кінця 2020-х років NASA планує збільшити екіпаж до чотирьох людей і відправляти їх на поверхню супутника на 14 днів. На Місяці вчені планують створювати можливості для видобутку льоду та отримання кисню.
Commercial Crew Program
Commercial Crew Program – це програма співпраці NASA з приватними компаніями SpaceX i Boeing. Її мета – розробити й почати виконувати запуск апаратів та пускових систем, які б доставляли команди астронавтів на низьку навколоземну орбіту або ж на МКС. Комерційні польоти дозволять NASA зосередитися на побудові ракет та апаратів для польотів у глибокий космос.

На початку проекту в 2010 році взяти участь у розробці апаратів та системи запуску для комерційних польотів зголосилися багато компаній. Серед них були Blue Origin, Boeing, SpaceX, Sierra Nevada Corporation та інші. Проте після кількох раундів фандрейзингу та сертифікацій на фінальному етапі лишилося дві компанії, які й отримали кінцеве фінансування.

До складу комерційної команди входять дев'ять американських астронавтів. Вони працюють зі SpaceX i Boeing пліч-о-пліч, щоб зрозуміти, як функціонують усі механізми космічного апарата, скафандра та з'ясовують, як усі ці речі працюватимуть у космосі. Астронавтів готують до життя та роботи на МКС та поза нею. Їхнє перебування в космосі може тривати до півроку. Крім того, команда тренується на симуляціях, а також засвоює навички роботи у відкритому космосі, досліджень та забезпечення станції.
За час підготовки астронавти вивчили, як працює космічний корабель, на якому здійснюватиметься політ. Зокрема вони пройшли симульовані етапи запуску, виходу на орбіту та посадки.

Boeing та SpaceX розробили й наразі займаються тестуванням двох космічних кораблів – Starliner-1 i Crew Dragon-1. У березні 2019 відбувся тестовий політ Crew Dragon'а. 4 листопада 2019 Boeing перевірив систему аварійного порятунку, а 17 грудня буде пробний тестовий політ на орбіту Starliner. Якщо всі тестування будуть успішними, NASA сертифікує пускові системи й космічні кораблі обох компаній, і наступним кроком буде початок комерційних польотів у космос.
У жовтні 2019 на спільній прес-конференції власник компанії SpaceX Ілон Маск і директор NASA Джим Брайденстайн розповіли про дві великі проблеми, які затримують початок комерційних польотів у космос. Перша з них пов'язана з системою порятунку, яка відповідає за безпеку команди під час польоту. Після того, як була виявлена несправність двигунів цієї системи, SpaceX довелося переробляти її. Друга проблема стосується парашутів; з нею борються також і в Boeing. Маск заявив, що нові парашути, які вдалося створити SpaceX, вдвічі безпечніші за ті, які розробили свого часу для місії Apollo, щоб повернути людей з Місяця. Також засновник компанії додав, що до кінця 2019 року вони планують здійснити щонайменше десять випробувань парашутної системи.
Mars Surface Mission
Найближча важлива місія на Марсі – Mars 2020. Вона є частиною масштабної програми Mars Exploration – довготривалої місії з дослідження Червоної планети за допомогою роботів.

Мета Mars 2020 – не лише дослідження сприятливих умов для розвитку життя, які могли існувати на Марсі в далекому минулому, а й пошук слідів життя, яке, можливо, там існувало. Ровер, який працюватиме під час місії на поверхні Марса, матиме свердло, що зможе збирати зразки скель та ґрунтів, розділяти їх та відвантажувати на склад, створений на поверхні. Майбутні місії потенційно зможуть доправити ці зразки на Землю, де ними займуться науковці, адже деяке обладнання з лабораторій надто громіздке, аби транспортувати його на іншу планету.
Крім того, під час місії планують протестувати технології, які можуть стати необхідними, якщо на Марс полетять люди: зокрема добування кисню з атмосфери Марса, пошук ресурсів (наприклад, підземної води), покращення техніки посадки на поверхню. Також можна буде перевірити коректність визначення погодних умов, кількості пилу в атмосфері та інших умов середовища, що можуть впливати на стан астронавтів, котрі працюватимуть та житимуть на Червоній планеті.
Початок місії запланували на літо 2020 року. Саме тоді Земля та Марс перебуватимуть відносно одне одного у вдалих позиціях. У цих умовах знадобиться менше потужності, аби дістатися до Марса. За основу проекту взяли алгоритм попередньої успішної місії – Mars Science Laboratory («Наукова лабораторія Марса») – зокрема її досвід роботи з ровером Curiosity й успішну систему посадки.