Проекты колонизации Луны: как стать селенитом

Пятьдесят лет назад человечество переживало эйфорию от успехов американских астронавтов и программы «Аполлон». Не только фантасты и обыватели, но и многие специалисты были уверены, что до конца 1970-х годов на Луне появится база, затем развитая колония, а за ней — целые города. Ожидания не оправдались: в 1975 году Соединённые Штаты закрыли программу, а СССР ограничился запуском телеуправляемых станций и луноходов. Естественный спутник Земли остался неприступным. Однако в новом веке за освоение Луны собираются взяться всерьёз.

Закрытое «Созвездие»

В феврале 2003 года, возвращаясь с очередной орбитальной миссии, погиб американский шаттл «Колумбия» с семью членами экипажа. Трагедия заставила правительство США приостановить пилотируемые полёты и задуматься над тем, чтобы изменить стратегию космической экспансии.

14 января 2004 года президент Буш-младший выступил в штаб-квартире NASA с программной речью. Он поставил цель: к 2008 году создать новый космический корабль, который будет летать на орбиту и к Луне, к 2014-му — высадиться на поверхность спутника, а к 2020-му — построить там постоянно действующую научно-исследовательскую базу. Чтобы реализовать такой амбициозный план, администрация президента попросила Конгресс увеличить финансирование космических разработок на миллиард долларов в год.

Программу назвали «Созвездие» (Constellation). Чтобы сэкономить время и деньги, специалисты NASA собирались максимально задействовать уже существующие технические решения. На основе стартовых ускорителей системы «Спейс Шаттл» и двигателей старой ракеты «Сатурн-5» они разработали два новых носителя: тяжёлый «Арес-1» грузоподъёмностью 25 тонн и сверхтяжёлый «Арес-5» грузоподъёмностью до 188 тонн.

К Луне хотели отправить пилотируемый исследовательский корабль «Орион». Для проекта разработали двухпусковую схему. Сначала должен был стартовать «Арес-5» с лунным посадочным модулем «Альтаир» и разгонным блоком EDS (Earth Departure Stage), обеспечивающим достижение второй космической скорости. Потом, в случае успеха, в течение месяца запустился бы «Арес-1» с кораблём «Орион» и его экипажем. После стыковки частей корабля разгонный блок вывел бы его к Луне.

Важно понимать, что новый корабль мог совершить мягкую посадку на любом интересном участке Луны, а вот технические параметры кораблей «Аполлон» позволяли прилуниться лишь в экваториальных районах. И ещё одна примечательная деталь: по словам конструкторов, при проектировании корабля и ракет-носителей они ориентировались на требования к транспорту для будущей экспедиции на Марс. Сценарий полёта на Луну составляли по промежуточным результатам марсианской программы. Именно поэтому главные двигатели «Ориона» и подъёмной ступени лунного модуля «Альтаир» должны были работать на жидком метане. В ракетостроении использовать для топлива метан не принято, однако в то время разрабатывались проекты по синтезу метана из атмосферы Марса — этим и был продиктован выбор.

NASA планировало, что на следующий год после окончания программы «Спейс Шаттл», в 2011-м, уже удастся провести первый пробный пуск ракеты «Арес-1», а затем, к концу 2016 года, после серии беспилотных полётов «Ориона» отправить к МКС целый экипаж и четыре грузовых корабля. На 2018 год наметили первый старт «Ареса-5» — он бы доставил на орбиту разгонный блок и корабль «Орион» без экипажа. Во второй раз планировали использовать обе ракеты, «Арес-1» и «Арес-5». Во время этой миссии специалисты хотели отработать стыковку «Ориона» с модулем «Альтаир» на околоземной орбите. Третий пуск должен был стать «зачётным» — с ним собирались совершить посадку беспилотного модуля на поверхность Луны.

Первая пилотируемая экспедиция должна была состояться в декабре 2019 года. Планировалось, что астронавты проведут на поверхности спутника не больше недели, а потом с помощью подъёмной ступени лунного модуля «Альтаир» вернутся на орбиту, где их будет ждать «Орион». Корабль должен был приземлиться на сушу в западной части США с помощью парашютной системы и надувных амортизаторов, расположенных под одноразовым теплозащитным щитом. Продолжительность полётов собирались постоянно увеличивать. NASA предполагало, что когда-нибудь экипажи смогут работать на Луне до полугода, после чего будут заменяться, как сейчас на МКС.

В столь продолжительных экспедициях важно было рассчитывать на местные ресурсы. Поэтому для будущей базы выбрали вал кратера Шеклтон, расположенного неподалёку от южного полюса Луны. Там обнаружена так называемая холодная ловушка — место, куда никогда не проникают солнечные лучи, и там же находится лунное «озеро» — глыба водного льда, образовавшаяся в результате падения кометы. Добываемую воду можно было бы использовать в системе жизнеобеспечения и для производства водородно-кислородного топлива.

Специалисты NASA даже разработали план строительства базы — его представили в декабре 2006 года. В 2019-м в районе будущей базы должен был сесть беспилотный вариант модуля «Альтаир», несущий на себе энергоустановку с солнечными батареями и планетоход с длительным сроком эксплуатации. Первый корабль с экипажем доставил бы герметичный модуль базы — цилиндрическую «бочку», которая стала бы домом для следующих астронавтов. Очень важным был третий полёт, намеченный на июнь 2020 года, — к базе бы прибавились две мобильные энергоустановки, второй планетоход и колёсный кран. Кран хотели использовать при четвёртом полёте, когда на Луну прибудет второй герметичный модуль. Обе «бочки» собирались снять с посадочных аппаратов и состыковать друг с другом. База с замкнутым циклом жизнеобеспечения позволяла бы смене из четырёх астронавтов работать на Луне в течение 180 суток.

Стоимость одиннадцатилетней программы оценивали в 230 миллиардов долларов. В сравнении со стоимостью первых восьми лет программы «Сатурн-Аполлон», переведённой в современные цены, «Созвездие» получалось в два раза дешевле.

Наверное, в другое время Соединённые Штаты вполне потянули бы такие расходы, но в 2007 году грянул мировой экономический кризис. Правительство США пересмотрело финансовую политику страны и начало лихорадочно искать возможности сократить бюджетные расходы. Президенту Бараку Обаме, заступившему на пост главы государства в январе 2009-го, пришлось взять на себя роль кризис-менеджера, и, разумеется, он обратил внимание на запросы NASA. По его поручению комиссия независимых экспертов во главе с бывшим директором компании Lockheed Martin Норманом Огустином проанализировала программу «Созвездие» и пришла к выводу, что без увеличения финансирования космические планы Буша-младшего реализовать не выйдет.

В том же году состоялся первый испытательный запуск ракеты «Арес I-X» в упрощённой модификации. Инженеры хотели проверить, можно ли вообще использовать твердотопливные ускорители системы «Спейс Шаттл» в качестве отдельного носителя. Старт 28 октября 2009 года и шестиминутный суборбитальный полёт прошли успешно, однако после разделения ступеней не раскрылись спасательные парашюты — первая ступень врезалась в воду и получила повреждения. И на это ушло целых 400 миллионов долларов! Под впечатлением от такой демонстрации Барак Обама принял решение закрыть всю программу «Созвездие».

План «Артемида»

Впрочем, в Конгрессе нашлись ярые защитники «Созвездия», и Обаме пришлось выдержать настоящий бой с оппонентами. В итоге президент пошёл на уступки.

Финансирование NASA было всё-таки увеличено. Уцелел проект корабля «Орион» — он стал многоцелевым. Ракету «Арес-1» заменили ракетой «Дельта-4», а вместо развития «Ареса-5» инженерам предложили заняться разработкой перспективного сверхтяжёлого носителя SLS (Space Launch System) грузоподъёмностью до 130 тонн.

Первый испытательный полёт корабля «Орион» (Exploration Flight Test 1, EFT-1) состоялся, хотя и со значительным сдвигом сроков. 5 декабря 2014 года ракета вывела на высокоэллиптическую орбиту тестовую версию, состоявшую из рабочего модуля экипажа и макетного служебного отсека. Задача состояла не только в испытании основных систем корабля, но и в том, чтобы замерить уровень радиации в отсеках (благо корабль в полёте пересекал внутренний радиационный пояс Земли). Это было нужно для разработки рекомендаций по защите экипажей в ходе длительных межпланетных перелётов. После второго витка модуль экипажа вошёл в атмосферу на скорости 8,89 км/с и успешно приводнился.

Специалисты NASA заявили, что успех первого полёта позволит создать полноценный вариант корабля. Его запуск на ракете SLS запланировали на 2018 год, а в 2021-м должен был состояться первый пилотируемый полёт. Как мы видим сегодня, NASA не выполнило обещания; при этом на создание «Ориона» и сопутствующей инфраструктуры уже потрачено 18,6 миллиарда долларов.

Решать накопившиеся проблемы пришлось президенту Дональду Трампу. 11 декабря 2017 года, после продолжительных консультаций, он подписал директиву по космической политике, официально изменяющую долгосрочные цели американской пилотируемой космической программы. В ней отменено положение, согласно которому главной целью был Марс. Теперь Соединённые Штаты намерены в обозримом будущем как можно скорее вернуться на Луну и надолго там обосноваться, создав предпосылки для расширения космической экспансии. Интересно, что на церемонии подписания директивы среди прочих гостей присутствовали ветераны программы «Аполлон» — Базз Олдрин и Харрисон Шмитт.

Обновлённая программа вскоре получила красивое название «Артемида». Она объединила в себе все существующие разработки в области освоения Луны. Её первый большой этап — строительство обитаемой станции Gateway (Lunar Orbital Platform-Gateway) на окололунной орбите.

Разумеется, перед началом сборки станции специалисты NASA всё-таки испытают и ракету SLS, и корабль «Орион». Миссия «Артемида-1» — облёт Луны беспилотным кораблём — стартует не раньше апреля 2021 года. Если всё пройдёт без аварий, то через год-полтора состоится пилотируемый полёт «Ориона» в миссии «Артемида-2». Экипаж из четырёх астронавтов проведёт в космосе 21 день и совершит несколько манёвров вблизи Луны.

На 2024 год назначен старт миссии «Артемида-3». К тому времени к Луне планируется отправить как минимум два блока станции Gateway: электродвигательный (Power and Propulsion Element, PPE) и малый жилой (Habitation and Logistics Outpost, HALO), в котором экипаж из четырёх человек сможет жить на протяжении 30 суток. Корабль «Орион» пристыкуется к станции, после чего двое членов экипажа поселятся на ней, а двое перейдут в лунный модуль и совершат посадку в районе южного полюса Луны. Предполагается, что среди них будет женщина — первая астронавтка, которая ступит на поверхность нашего спутника. Астронавты пробудут там неделю, изучая местность и собирая образцы.

После успешной высадки строительство окололунной станции и базы на поверхности продолжится. Для этого до 2028 года NASA запустит ещё несколько сверхтяжёлых ракет SLS и больше десятка других ракет-носителей. На Луну высадится четыре экипажа, а на орбитальной станции будет организовано постоянное дежурство астронавтов.

Дальнейшие планы пока туманны, и руководство NASA не конкретизирует их, поскольку не уверено, что удастся уложиться в те контрольные сроки, которые определены сегодня. Нужно как минимум дождаться первого полёта корабля «Орион» к Луне.

Лунные миллиардеры

Изменение приоритетов в космической стратегии США повлияло и на планы частных космических компаний, тем более что NASA собирается активно привлекать их к реализации программы «Артемида».

В сентябре 2018 года Илон Маск, большой поклонник идеи колонизировать Марс, объявил о первом контракте с космическим туристом. Юсаку Маэдзава — предприниматель-миллиардер, коллекционер и любитель искусства — вместе с группой художников и музыкантов собирается облететь Луну на корабле, разработанном SpaceX. Сумму сделки держат в тайне, но Маэдзава признал, что она достаточно велика, чтобы существенно повлиять на темпы строительства.

Система, которая будет летать к Луне, состоит из двух частей: ракеты-бустера Super Heavy и пассажирского корабля Starship, оснащённого двигателями Raptor — они работают на кислороде и метане. Её проектируют так, чтобы обе части могли вернуться на Землю и использоваться многократно. В источниках всю систему называют Starship (раньше её называли BFS — Big Falcon Spaceship).

Маск сообщил, что первые суборбитальные полёты корабля начнутся в 2020 году, орбитальные — не позднее 2022-го, а полёт туриста-миллиардера к Луне состоится в 2023 году. Однако до этого SpaceX предстоит не только построить сам корабль, но и освоить пилотируемые полёты на орбите.

Компания уже продемонстрировала первые наработки — аппарат Starhopper, снабжённый посадочными опорами и одним двигателем Raptor. 25 июля и 27 августа 2019 года его успешно протестировали на новом космодроме компании в Бока-Чика (Техас); во время второго полёта он достиг высоты в 150 метров.

В сентябре 2019 года SpaceX представила полноразмерный прототип Starship Mk1, который должен подниматься на высоту 200 метров и затем совершать мягкую посадку. Впрочем, до запуска дело не дошло: 20 ноября, во время испытаний на максимальное заполнение кислородного бака, у Mk1 сорвало верхнюю часть, что привело к полному разрушению конструкции. Компания приняла решение оставить разработку Mk1 и создававшегося параллельно Mk2 и сосредоточиться на подготовке к полёту улучшенного прототипа под кодовым названием SN. Последняя версия прототипа SN15 успешно взлетела на высоту 10 км в мае этого года. Полёт Starship SN20 и ракеты Super Heavy B4 на высоту 250 км планируется осенью 2021 года. А в апреле 2021-го NASA заключило контракт с SpaceX на разработку лунного модуля на сумму почти 3 млрд долларов.

* * *

Новое наступление на Луну началось. Не стоит ожидать, что всё пройдёт гладко, — наверняка будут и проблемы, и аварии, и срывы сроков. Главное, что люди пробуют покинуть «гравитационный колодец» Земли и наконец-то закрепиться в соседнем мире. Луна станет не только полигоном для испытания межпланетных технологий, но и первым форпостом в галактической истории человечества.