На низкой орбите вместо Луны: технический регламент и баллистика Artemis III

NASA официально представило экипаж миссии Artemis III. Руководитель ведомства Джаред Айзекман объявил, что командиром назначен Рэнди Брезник, пилотом — Лука Пармитано, а специалистами миссии стали Франк Рубио и Андре Дуглас.

На церемонии руководство ведомства также утвердило детальный регламент предстоящей двухнедельной экспедиции. Напомним, что согласно обновленному в марте профилю, вместо высадки на Луну миссия пройдет на низкой околоземной орбите. В этом материале мы детально разберем технический регламент полета, программу маневров и ключевые этапы обновленной миссии.

Этапы миссии Artemis III

Утвержденный регламент экспедиции содержит конкретные инженерные задачи, которые остались за рамками официального новостного анонса. Вся кампания построена на последовательном пуске трех наиболее мощных ракетно-космических систем. Порядок стартов четко зафиксирован.

Первым на околоземную орбиту отправится тестовый образец посадочного модуля Blue Moon Mark 2 от компании Blue Origin. Конструкция этого аппарата позволяет ему автономно находиться в космическом пространстве до 90 суток. Такая высокая автономность нужна для проверки двух важнейших технологий: длительного хранения жидкого водорода без потерь и орбитальной дозаправки криогенными компонентами топлива.

Двигатели модуля работают на жидком кислороде и жидком водороде, которые быстро испаряются в космосе от солнечного тепла. Бортовая криогенная система должна доказать, что способна три месяца охлаждать топливо и удерживать его в стабильном состоянии. Этот срок необходим, чтобы успеть запустить на орбиту корабли-заправщики и полностью залить баки модуля до прилета экипажа. Большая автономность Blue Moon обеспечивает гибкость для всей оставшейся части кампании.

Вторым этапом на орбиту отправится пилотируемый корабль Orion. С этого момента начнется этап его сближения, стыковки и совместного полета с лунным модулем, который продлится около двух суток. В течение этого времени астронавты откроют переходные люки, зайдут внутрь герметичного отсека Blue Moon и проверят работу его систем жизнеобеспечения в реальных условиях космоса, а также испытают выходные скафандры.

Также экипаж проведет серию технологических экспериментов и протестирует совместное управление состыкованной связкой космических аппаратов. Главная цель этого этапа — получить критически важные данные, которые физически невозможно получить во время наземных испытаний.

Сразу после расстыковки начнется проверка систем второго частного подрядчика, у которой будут принципиально другие цели. На орбиту будет запущен гигантский Starship от компании SpaceX. Вопреки ожиданиям, это будет не специализированный лунный посадочный аппарат, а базовая модификация корабля. У него не будет герметичного помещения для людей и посадочных двигателей. Он будет только имитировать динамику и габариты посадочного модуля.

Orion сблизится и состыкуется с ним. Совместный полет продлится всего около суток из-за ограничений самого «Старшипа», а переход людей внутрь его отсеков не планируется. В целях ускорения графиков SpaceX запускает базовую модификацию корабля, дополненную стыковочным узлом. Главная задача этого этапа — протестировать в реальном полете автоматическое сопряжение систем навигации, датчиков, программного обеспечения и стыковочных узлов.

Разработчикам необходимо доказать, что эти сложные цифровые комплексы, которые SpaceX создавала на основе опыта полетов кораблей Dragon, способны безошибочно работать в автоматическом режиме в связке с тяжелым кораблем Orion. Для этого будет впервые задействован новый тип стыковочного узла.

После двух недель работы на околоземной орбите экспедиция завершится возвращением на Землю. Командный модуль «Ориона» выполнит приводнение в акватории Тихого океана, где операцию по поиску, эвакуации астронавтов и подъему модуля проведут Военно-морские силы США совместно со специалистами NASA.

Научные и технологические эксперименты Artemis III

Двухнедельное пребывание на околоземной орбите будет заполнено не только стыковками, но и выполнением сложной научной программы.

Одним из ключевых направлений работы экипажа станут исследования в области физики атмосферы и космической погоды. Астронавты изучат влияние солнечной активности на верхние слои земной атмосферы. Процесс устроен так: мощные солнечные вспышки вызывают нагрев и расширение («раздувание») газовой оболочки планеты. В результате резко возрастает плотность среды на высотах полёта, что усиливает аэродинамическое сопротивление и приводит к более быстрому торможению космических аппаратов с потерей высоты орбиты. Эти данные помогут учёным точнее прогнозировать траектории спутников и планировать будущие миссии.

Второй важный эксперимент связан с обеспечением биологической безопасности и контролем чистоты будущих лунных материалов. Внутри кабины корабля Orion астронавты проведут отбор проб воздуха и налёта со внутренних поверхностей жилого отсека. Собранные пробы будут законсервированы и отправлены на Землю для кураторского анализа. Цель исследования заключается в том, чтобы детально каталогизировать химические и биологические загрязнители,
которые выделяет сам космический корабль. В будущем это позволит ученым в земных лабораториях со стопроцентной точностью отличать земную грязь и бактерии от стерильных образцов настоящей лунной породы.

Техническая часть работы внутри состыкованного комплекса коснется и проверки перспективной экипировки, хотя здесь планы пришлось сильно сократить. Важный момент: стартовать с Земли и возвращаться домой экипаж будет в штатных внутрикорабельных аварийно-спасательных скафандрах. Эти ярко-оранжевые костюмы созданы NASA совместно с фирмой David Clark и служат для защиты людей непосредственно в кабине во время взлёта и посадки. Именно они применялись предыдущим экипажем в недавней миссии Artemis II.

Что касается новых выходных скафандров от компании Axiom Space, предназначенных для будущих выходов на лунную поверхность, то на борт для испытаний с подключением к бортовым системам возьмут всего один тестовый экземпляр. Компания-разработчик сильно отстает от графика. На данный момент герметичные оболочки только проходят тесты в гидролаборатории, а отправка готовых изделий на Международную космическую станцию для испытаний планируется лишь в 2027 году.

Из-за этих задержек в текущем полете выходы в открытый космос были полностью отменены. Вместо этого астронавты проверят скафандры прямо внутри корабля: они протестируют механические интерфейсы, шланги и электронные разъемы подключения экипировки к системам посадочного модуля.

Тестовый образец улетит в космос заранее прямо внутри беспилотного модуля Blue Moon. За двое суток полета в состыкованном состоянии экипаж проведет проверки с подключением к бортовым системам внутри герметичного отсека. При примерке в невесомости астронавты будут тренироваться надевать и снимать полужесткий скафандр в условиях отсутствия гравитации, чтобы засечь точное время работы. При проверке один из членов экипажа выполнит серию движений, чтобы инженеры оценили подвижность новых шарниров скафандра. Также будет проведен финальный тест систем подключения, в ходе которого экипаж проверит устойчивость интерфейса скафандра с системами Blue Moon.

Как проходит подготовка к миссии Artemis III

Пока назначенный экипаж готовится к орбитальным тестам, на космодромах полным ходом идёт сборка и проверка материальной части миссии. Основные работы на Земле расписаны по строгому графику до конца 2026 года.

Интеграция элементов пилотируемого комплекса начнется уже летом. Инженерам предстоит соединить в единое целое командный и служебный отсеки корабля Orion. Параллельно продолжится сборка сверхтяжёлой ракеты-носителя SLS. Верхние четыре пятых части ее огромного центрального блока доставили в здание вертикальной сборки Космического центра Кеннеди еще в апреле, где уже завершился первый этап его соединения с ранее прибывшим двигательным отсеком. В ближайшие месяцы на этот блок установят четыре маршевых двигателя. В этот же период начнется последовательная вертикальная стыковка пятисекционных твердотопливных ускорителей, которые составят основу первой ступени ракеты.

В процессе сборки инженеры применят важную техническую хитрость. Поскольку полет пройдет на низкой околоземной орбите, ракете не понадобится дефицитная верхняя лунная ступень. Вместо нее в Центре Маршалла уже изготовили простой стальной переходник-проставку, который полностью повторяет размеры и вес настоящей ступени. Это позволит сберечь реальную ступень для будущего лунного этапа программы.

Осенью текущего года начнётся один из самых ответственных этапов наземных проверок. Собранную ракету-носитель выкатят на стартовый комплекс для проведения комплексных тестов на герметичность. Главная задача этих испытаний — полностью исключить опасные утечки водорода, которые ранее регулярно приводили к переносам запусков в предыдущей миссии. Сразу после этого, до конца года, специалисты проведут полные огневые испытания с заправкой баков топливом.

При этом графики частных подрядчиков сейчас находятся под сильным давлением из-за аварий на испытательных стендах. В конце мая на стартовом комплексе во Флориде произошёл взрыв тяжёлой ракеты-носителя New Glenn компании Blue Origin, который серьезно повредил наземную инфраструктуру. Авария потребует срочной доработки конструкции.

Ситуация усугубляется тем, что именно этот носитель должен вывести на орбиту беспилотный модуль Blue Moon в начале миссии. Сейчас фирма экстренно ликвидирует последствия аварии, дорабатывает критические узлы носителя и параллельно строит соседнюю
стартовую площадку, чтобы попытаться уложиться в жесткие сроки и успеть подготовить свой беспилотный модуль к середине 2027 года.

А ситуация у компании SpaceX выглядит еще сложнее. Сверхтяжелая ракетно-космическая система Superheavy-Starship есть и летает, но за 12 полетов все еще не выполнила ключевые требования безопасности. До начала миссии Artemis III инженерам предстоит провести колоссальный объем обязательных испытаний.

График ближайших работ предусматривает проведение первой в истории демонстрационной перекачки топлива между двумя кораблями Starship на околоземной орбите. Ранее после этого предполагалось выполнить тестовый полет Starship на Луну, однако из-за изменения профиля «Артемиды-3» и переноса высадки людей на следующий этап программы, полноценная беспилотная миссия к Луне с автоматической посадкой состоится позже.

В рамках текущей кампании SpaceX обязана подготовить именно ту базовую модификацию Starship (Version 3), о которой говорилось выше.
Чтобы уложиться в жёсткие сроки, компания собирает этот аппарат как чисто автоматическую мишень со стыковочным узлом.
Из базовой конструкции полностью удалили носовые баки, без которых корабль технически не способен совершать плавную посадку на Землю или Луну. Его единственная задача в данном пуске — проверить совместимость навигационных комплексов и датчиков с кораблём Orion.

Что будет после миссии Artemis III

Текущие испытания на околоземной орбите, запланированные на середину 2027 года в рамках полета Artemis III, призваны подготовить техническую базу для следующих миссий. Полет Artemis IV состоится не ранее 2028 года, и именно туда официально перенесена первая в XXI веке высадка человека на Луну. Точный год запуска для последующего полета Artemis V пока не назван, поскольку о нем говорится лишь в контексте будущего развития программы, которое начнется после завершения четвертой миссии.

Для будущего четвертого полета готовится принципиально новая баллистическая схема, меняющая привычную логику межпланетных экспедиций. В прежнем варианте траектории пилотируемый корабль Orion и беспилотный посадочный модуль должны были лететь к Луне по отдельности. Их встреча и стыковка планировались на гало-орбите в районе точки Лагранжа L2. При такой схеме служебный модуль «Ориона» расходовал значительную часть бортового запаса топлива на самостоятельный перелёт и торможение у Луны. Это существенно ограничивало резервный запас топлива корабля на случай непредвиденных маневров или экстренного возвращения к Земле.

По предложенному новому варианту тяжелый многоразовый корабль большой вместимости от компании SpaceX будет использоваться в роли мощного межорбитального буксира.
Вместо того чтобы лететь к Луне по отдельности, пилотируемый корабль Orion и этот буксир состыкуются прямо на околоземной орбите. После этого гигантский аппарат выдаст мощный разгонный импульс своими двигателями и сам доставит астронавтов к Луне. Такая схема позволит сэкономить топливо на борту «Ориона» и значительно повысит безопасность экипажа на этапе перелёта.

Параллельно с изменением траектории ведется проектирование долгосрочной налунной инфраструктуры. Начиная с пятой миссии, ракеты-носители перейдут на использование совершенно новой, более грузоподъемной верхней ступени Centaur V, внедрение которой полностью заменило ранее отмененный проект тяжелого блока EUS.
В это же время начнется развертывание постоянной обитаемой лунной базы. Для работы в экстремальных условиях южного полюса Луны сейчас создаются проекты беспилотных луноходов, колесных вездеходов и специализированных роботов-прыгунов, способных передвигаться по пересечённой местности, а также автономных разведывательных дронов.

Таким образом, вынужденный перенос высадки и изменение профиля миссии Artemis III на околоземный вариант — это не просто признание задержек со стороны частных подрядчиков. Для NASA предстоящий двухнедельный полет станет критически важным тестом новой логистики, где ключевые элементы будущих межпланетных комплексов впервые будут испытываться в единой связке.

В условиях жесткой космической гонки с Китаем, который уверенно декларирует высадку своих космонавтов на Луну к 2030 году, у американского ведомства больше нет права на хронологические ошибки.
Как знать, но, может быть, именно на низкой орбите Земли в 2027 году решится, сможет ли обновленная баллистическая схема с использованием коммерческих буксиров и проверенных верхних ступеней обеспечить США технологический приоритет и долгосрочное присутствие на Луне.

Игорь Афанасьев