Несмотря на удачный полет миссии «Артемида II», в рамках которой экипаж корабля «Орион» совершил облёт Луны и вернулся на Землю, на данный момент США не обладают техническими возможностями для посадки на Луну.
Это связано с тем, что корабль Starship компании Илона Маска SpaceX ещё не готов обеспечивать лунную экспедицию «Артемида III», предусматривающую высадку экипажа на спутник Земли.
По замыслу NASA, команда «Артемиды III» выйдет на лунную орбиту на «Орионе», где её встретит Starship HLS (Starship Human Landing System) — модификация корабля Starship, предназначенная для посадки на Луну и возвращения с её поверхности.
«Орион» состыкуется с HLS, который выступит в роли лунного посадочного модуля. Фактически HLS — это переделанная верхняя ступень Starship.
Однако Starship не может сразу отправиться к Луне — сначала необходима дозаправка в космосе. Для этого «танкерная» версия верхней ступени Starship выйдет на низкую околоземную орбиту (НОО). Несколько полётов Starship подтянут к танкеру, состыкуются с ним, перекачают криогенное топливо и вернутся на Землю. Когда танкер будет полностью заправлен, HLS стартует, состыкуется с ним, дозаправится и отправится к Луне.
Новое руководство NASA требует, чтобы SpaceX сначала продемонстрировала все эти этапы, включая посадку и взлёт с Луны в беспилотном режиме, прежде чем начать пилотируемую миссию «Артемида III» с использованием HLS.
В данный момент инженеры SpaceX работают над доводкой Starship V3 — третьей версии комплекса Starship/Super Heavy.
Как мы сообщали, тестовые запуски первой версии были в основном неудачными и часто заканчивались взрывами.
Вторая версия столкнулась с той же проблемой — испытания оказались провальными, что вызвало сомнения в квалификации инженеров SpaceX.
«Создание Starship — мегаракеты SpaceX, которая должна доставить астронавтов на Луну, а возможно и на Марс, столкнулось с серьёзными трудностями… Последняя версия аппарата, называемая Block 2, показывает худшие результаты по сравнению с предшественницей», — отмечает портал Futurism.
Одной из главных сложностей для инженеров SpaceX остаётся малая грузоподъёмность первых двух версий Starship.
Starship V2 перевёз всего 16 тонн во время суборбитальных запусков. Хотя SpaceX заявляет о способности доставлять до 35 тонн на НОО, это значительно уступает обещанным свыше 100 тонн, без достижения которых орбитальная дозаправка станет длительной и сложной задачей.
Главное — ракета должна успешно вывести полезный груз на орбиту, что гораздо сложнее, чем кажется. По подсчетам британского аналитика Филипа Мейсона, для вывода Starship V2 на НОО потребуется около 20 тонн дополнительного топлива, что означает, что он способен лишь на низшую орбиту и без нагрузки.
Илон Маск пытается решить эту проблему путём уменьшения массы и увеличения мощности двигателей.
Starship V3 оснащён новыми двигателями SpaceX Raptor 3. Благодаря отказу от тепловой защиты и активному применению абляционного охлаждения (тепло поглощается криогенным топливом перед сгоранием), Raptor 3 легче предыдущей версии Raptor 2 на 105 кг, что означает экономию более 4 тонн на каждой ракете.
Raptor 3 отличается повышенной мощностью: тяга ракеты выросла на 9%. Кроме того, Starship V3 несёт на 12% больше топлива, чем версия V2, а верхняя ступень – на 6% больше. Для этого V3 стал заметно длиннее V2, но при этом сухая масса снизилась примерно на 20–30%, то есть около 100 тонн.
Все эти изменения, по мнению инженеров SpaceX, должны увеличить грузоподъемность Starship. Однако будет ли этого достаточно, чтобы поднять полезную нагрузку с 16 до 100 тонн, пока неизвестно.
Первичные расчёты показывают, что до этой цели предстоит ещё долгий и сложный путь.
Отметим, что рост грузоподъёмности Starship V3 достигается за счёт усиления двигателей, увеличения размеров и облегчения конструкции аппарата.
Это неизбежно ведёт к снижению прочности конструкции, что, как мы поясняли ранее, является фундаментальной ошибкой проекта.
На сегодняшний день у США нет ракетного двигателя, способного вывести на околоземную орбиту полезную нагрузку свыше 100 тонн. Поэтому все версии Starship используют более тридцати сравнительно маломощных двигателей Raptor.
В итоге вибрационные нагрузки на трубопроводы и узлы крепления большого количества двигателей Starship достигают столь высокого уровня, что существующие материалы и технические решения не могут обеспечить необходимую жёсткость всей конструкции.
По мнению Илона Маска, современные цифровые системы управления полётом смогут компенсировать недостаточную синхронизацию и неполадки при работе трёх десятков двигателей.
Тем не менее в первых двух версиях этого добиться не удалось. Starship V3 стал мощнее и легче, что увеличило грузоподъемность, но одновременно ослабило жёсткость всей конструкции.
Кроме того, существует ещё одна серьёзная проблема, без решения которой миссия «Артемида III» невозможна.
В NASA утверждают, что «танкерная» версия Starship потребуется совершить 10 дозаправок, чтобы полностью заправить лунный модуль. Но это ошибочное утверждение, игнорирующее явление испарения топлива — boil-off.
Даже в космосе солнечная радиация нагревает криогенное топливо, вызывая его испарение. Скорость boil-off колеблется от 0,5% до 5% в сутки, что значительно увеличит число необходимых дозаправок.
Если проблему испарения топлива не удастся решить, по оценкам российских аналитиков, для полной дозаправки Starship понадобится «110 дозаправочных миссий, что затянет процесс более чем на два года». Это существенно снижает шансы на успех «Артемиды III».
Ещё одна сложность — орбитальная стыковка огромных аппаратов Starship (лунного модуля и танкера), которая до сих пор не выполнялась с подобными размерами. Потребуется предельно точное управление, поскольку инерционные силы при состыковке будут колоссальны. Стыковочные механизмы при этом должны обладать высокой надёжностью, чтобы удержать большие корабли вместе.
Авария во время стыковки лунного модуля с почти полным танкером может закончиться взрывом обоих аппаратов и гибелью всей миссии.
В NASA понимают сложность всех этих задач и держат «запасной план»: помимо SpaceX, лунный модуль Blue Moon Mark 2 разрабатывает компания Blue Origin под руководством Джефа Безоса.
Также NASA отменило лунную посадку для «Артемиды III», которая теперь будет ограничиваться отработкой систем на околоземной орбите.
Саму высадку астронавтов на Луну планируют осуществить в рамках «Артемиды IV», сроки проведения которой, вероятно, будут неоднократно переноситься.
Такое решение является правильным, хотя и вызывает ассоциации с известной притчей про ишака и падишаха.
