Обзорная статья от Эрика Бергера по итогам последнего десятилетия и перспективах нового.
Случится ли Artemis? Может ли Starship действительно работать? Уничтожат ли люди низкую околоземную орбиту?
Запуск миссии Artemis I ознаменовал конец важной эпохи развития НАСА. Тревор Малманн
Прошлый год был знаменательным для космических полетов, завершив многие из наиболее значительных сюжетных линий, которые доминировали в этой отрасли за последние 10-15 лет.
Рассмотрим состояние дел в 2010 году: несколько крупных государственных космических агентств контролировали космические полеты. НАСА все еще запускало почтенный космический шаттл без четкого плана исследования дальнего космоса. Космический телескоп Джеймса Уэбба оставался в аду разработки. Россия была ведущим поставщиком пусковых услуг в мире, запустив в этом году в космос столько же ракет, сколько Соединенные Штаты и Китай вместе взятые. В то время самый продолжительный полет человека в космос в Китае длился четыре дня. Многое изменилось за последнее десятилетие.
2022 год стал переломным моментом, потому что многие важные истории 2010 года достигли своей развязки. В этом смысле это похоже на конец эпохи и открытие новой в космическом полете. Таким образом, эта история будет оглядываться назад на пять из этих основных космических сюжетных линий, а затем пытаться предсказать, какими будут некоторые из доминирующих сюжетных линий на оставшуюся часть 2020-х годов.
Впереди увлекательная, но неопределенная дорога.
James Webb Space Telescope. НАСА потратило около двух десятилетий и 10 миллиардов долларов на разработку этого тяжелого и сложного космического телескопа. Он был предметом бесчисленных статей, описывающих все его потенциальные прорывы, а также бесконечные перерасходы средств и задержки.
Телескоп, наконец, был запущен в Рождество 2021 года, а затем провел первую половину 2022 года, проходя обширный процесс развертывания и ввода в эксплуатацию своих научных инструментов. Но когда астрономы, наконец, повернули его к небу, Уэбб стал творить чудеса.
Процесс проектирования, строительства и испытаний этого телескопа на земле занял так много времени и потребовал столько денег, что мы можем никогда больше не увидеть телескоп аналогичной сложности. Следующий может быть собран в космосе, а не на земле. Как бы то ни было, эпоха развития Webb закончилась. Началась эпоха его открытий.
Пусть живет долго и процветает.
Космический телескоп Джеймса Уэбба запечатлел потрясающий новый вид знаменитых Столпов Творения.
Space Launch System. Это была еще одна масштабная программа развития НАСА в 2010-х годах, в ходе которой космическое агентство стремилось построить сверхтяжелую ракету. На программу было потрачено около 20 миллиардов долларов. Но в то время как космический телескоп Уэбба включал в себя множество новых элементов и представлял собой передовую технологию, ракета SLS этого не имела.
Ракета с самого начала вызвала споры, потому что SLS воссоздала части космического челнока - его главные двигатели, твердотопливные ускорители и даже диаметр его основной ступени точно соответствовал внешнему топливному баку шаттла. Эта ракета по праву рассматривалась как санкционированная Конгрессом программа, направленная на то, чтобы работники НАСА и его крупных подрядчиков, таких как Boeing и Northrop, имели оплачиваемую работу. Обоснование этого решения становилось все более неприемлемым по мере того, как шли 2010-е годы, и частные пусковые компании, такие как SpaceX, оказались гораздо более эффективными, чем правительство.
Дополнительным недостатком является то, что, хотя изначально ракета должна была быть запущена в конце 2016 года, она не стартовала до ноября 2022 года.
Однако после запуска ракета SLS безупречно выполнила свою миссию. Миссия Artemis I началась отлично: ракета SLS точно вывела Orion на целевую орбиту, что является выдающимся достижением для дебютного запуска. Так заканчивается сага о разработке ракеты SLS «Block 1». Приятно, когда у космических историй счастливый конец.
Commercial crew. Примерно в то же время, когда в 2011 году космический шаттл был отправлен на пенсию, НАСА начало финансировать несколько частных компаний для разработки частных систем «такси», чтобы доставлять астронавтов на Международную космическую станцию и возвращать обратно. В 2014 году НАСА выбрало Boeing и SpaceX для завершения разработки своих кораблей Starliner и Crew Dragon.
Драма их задержек в развитии — кто может забыть твит тогдашнего администратора НАСА Джима Брайденстайна «Пора стартовать», направленный против SpaceX в 2019 году? — и нежелание Конгресса полностью финансировать эту программу коммерческих экипажей разыгралась в течение оставшейся части десятилетия.
Был также добавлен элемент гонки между SpaceX и Boeing, соревнование между «новым» космосом и «старым» космосом. Ни одна из них не упомянула об этом публично, но обе компании очень хотели победить друг друга. В конечном итоге SpaceX выиграла гонку (и это было далеко не просто), совершив свою испытательную миссию с экипажем в мае 2020 года и свой первый оперативный космический полет в ноябре 2020 года. С тех пор SpaceX запустила еще четыре миссии для НАСА, предоставив космическому агентству решающую независимую возможность доступа в космос, поскольку напряженность в отношениях с Россией усилилась после ее вторжения в Украину.
После успешного испытательного полета без экипажа в 2022 году Boeing, наконец, планирует доставить людей на своем корабле Starliner в конце этого года.
НАСА больше не дрейфует. Большую часть 2014 года я провел за обдумыванием и написанием серии из семи частей о настоящем и будущем программы НАСА по пилотируемым космическим полетам. Она называется «По течению», и многое из того, что было написано восемь лет назад, хорошо сохранилось. Основная критика, которую я выдвинул в адрес космической программы, заключалась в том, что из-за директив Конгресса НАСА тратило весь свой исследовательский бюджет на строительство ракеты SLS и космического корабля Orion и ничего не знало о том, что с ними делать. Это сделало программу SLS агентства похожим на программу по трудоустройству.
Развитие программы Artemis три года назад начало исправлять эту ситуацию, но даже тогда проблема не исчезла. Только в текущем финансовом году Конгресс, наконец, активизировался и полностью профинансировал программы по разработке лунного спускаемого аппарата и скафандров для Луны. Эти компоненты, возможно, столь же сложны и трудны, как ракета на основе технологии челноков (SLS) и космический корабль, разрабатываемый с 2005 года (Orion). Поскольку Конгресс так долго делал ставку на финансирование «дел» с SLS и Orion, у нас будет излишне долгая задержка между Artemis II и посадкой на Луну в Artemis III.
Однако ясно, что НАСА больше не плывет по течению. У космического агентства есть надежный план исследования дальнего космоса для своих астронавтов, и все его элементы были профинансированы. Мы собираемся. Как далеко и как быстро — вопросы на ближайшее десятилетие.
Восстание SpaceX. В начале 2010 года SpaceX дважды из пяти успешно запускала свою маленькую ракету Falcon 1. Хотя ее главный конкурент в США, United Launch Alliance, с опаской относился к потенциальному конкуренту, никто на самом деле не верил, что новая компания бросит вызов ULA или международным конкурентам в России или Европе.
С тех пор SpaceX запустила около 200 ракет Falcon 9, в том числе 61 в 2022 году. Тем временем ULA была вынуждена начать переход от своих ракет Delta и Atlas к Vulcan, чтобы найти более конкурентоспособный по стоимости ответ Falcon. 9. SpaceX также съела обед своих конкурентов по коммерческим запускам в России и Европе. Наконец, и это, пожалуй, самое главное, SpaceX продвинулась в разработке повторного использования и повторного полета своих первых ступеней и обтекателей полезной нагрузки.
В начале 2023 года SpaceX управляет самой большой спутниковой группировкой в мире, больше, чем любая другая страна или компания. Он стоит рядом с горсткой стран в том, что у него есть система транспортировки экипажей, которая используется как НАСА, так и коммерческими клиентами. И компания активно занимается разработкой полностью многоразовой сверхтяжелой ракеты-носителя Starship.
Этот ошеломляющий рост изменил всю космическую отрасль, как в Соединенных Штатах, так и во всем мире, и, возможно, является самой важной и значимой космической историей 2010-х годов.
Итак, что случится дальше?
Все вышеперечисленные сюжетные линии создали невероятно захватывающее и динамичное десятилетие космических полетов. Но так же, как некоторые истории сейчас достигают своего апогея, другие только начинаются. С прицелом на оставшуюся часть 2020-х годов, вот некоторые из основных событий, за которыми мы будем внимательно следить в космическом ритме, а также объяснение того, почему.
Коммерческие космические станции. Если в 2010-х годах астронавты НАСА искали способ добраться до Международной космической станции, то это десятилетие будет посвящено поиску будущего пункта назначения на низкой околоземной орбите. Несмотря на сохраняющуюся напряженность в отношениях с Россией из-за войны на Украине, становится все более вероятным, что Международная космическая станция продолжит полеты до 2028 года, а возможно, и до 2030 года. Но после этого?
Некоторым элементам космической станции к тому времени будет более 30 лет, и есть мнение, что потребуется какая-то замена. Если НАСА хочет избежать «разрыва» на низкой околоземной орбите — а оно это делает, — время для действий космического агентства истекает. Хотя 2030 год кажется далеким, нужно время, чтобы построить и квалифицировать новые космические обитаемые станции.
НАСА признало эту проблему и стремилось поддержать развитие коммерческих космических станций. За последние два года космическое агентство выделило более полумиллиарда долларов четырем различным группам — во главе с Axiom Space, Blue Origin, Nanoracks и Northrop Grumman — для инициирования проектирования и строительства частных космических станций.
Однако есть вопросы по каждому из этих подходов, и нет уверенности в том, что какой-либо из них сможет выполнить эту сложную работу. Еще одна сложность заключается в том, что НАСА не хочет предоставлять основную часть финансирования разработки, а хочет быть одним из нескольких заказчиков. Таким образом, эти компании должны найти частное финансирование для дополнения государственных контрактов.
Когда станции заработают, космическое агентство, вероятно, будет готово ежегодно тратить около 1 миллиарда долларов на приобретение услуг коммерческих станций. Но будут ли готовы к работе какие-либо частные станции, когда НАСА будет готово их купить? Эту великую гонку космических станций будем наблюдать в течение следующего десятилетия.
Успех Artemis. В декабре NASA завершило полет Artemis I на Луну и обратно. Хотя это был космический полет без экипажа, изображения, полученные с Orion в глубоком космосе, были впечатляющими и полными надежд на будущее людей, путешествующих на Луну.
У НАСА большой импульс благодаря успеху Artemis I, почти всеобщей поддержке космического сообщества и финансированию Конгресса США и Белого дома. Тем не менее, эта миссия Artemis I была самой простой миссией амбициозной программы, которая включает в себя облет Луны на Artemis II и, в конечном итоге, посадку на Луну с Artemis III в конце этого десятилетия. Следующие шаги будут более сложными, поскольку агентство привлекает к программе астронавтов и интегрирует систему посадки человека SpaceX и скафандры от Axiom.
На этом снимке, сделанном космическим кораблем НАСА Orion, показан его вид непосредственно перед тем, как аппарат пролетел за Луной. НАСА
Artemis — самый сложный проект, который НАСА предпринимало со времен программы Apollo, и оно стремится сделать что-то еще более сложное, чем Apollo, — создать долгосрочную программу исследования дальнего космоса. Это огромная финансовая, управленческая и техническая задача, и, откровенно говоря, не на 100% ясно, справятся ли космическое агентство и его подрядчики с этой задачей.
Это будет воспринято как критика НАСА, но это не так. Вместо этого это отражение того, что в этой программе есть много «подводных камней», и есть проблемы с возвращением на Луну и выполнением там последовательных миссий. Более того, независимо от того, преуспеет НАСА или потерпит неудачу, оно будет делать это против роста космической программы Китая и его не менее амбициозных планов построить лунную исследовательскую станцию на Южном полюсе Луны.
Наблюдение за тем, как все это произойдет — как НАСА справляется с задержками, неудачами и международной конкуренцией, — станет одной из захватывающих сюжетных линий этого десятилетия.
Замусоривание низкой околоземной орбиты. Примерно десять лет назад на различные орбиты запускалось в среднем от 80 до 100 спутников в год. В 2017 году годовое количество превысило 300. К 2020 году годовое количество запускаемых объектов впервые превысило 1000. В прошлом году их количество превысило 2000. С появлением большего количества широкополосных сетей из космоса, таких как Project Kuiper от Amazon, можно ожидать дальнейшего роста числа спутников на орбите.
Вопрос в том, будет ли что-либо из этого устойчивым в течение этого десятилетия. Во время недавнего интервью Ars астродинамик Мориба Джа фактически сказал «нет». «Я думаю, что мы потеряем возможность использовать определенные орбиты, потому что некоторые орбиты будет заполнена объектами и мусором», — сказал Джа.
Некоторые американские законодатели, такие как член палаты представителей Дон Бейер (D-Va.), представили законодательство, которое обеспечило бы лучшее понимание рисков, связанных с космическим мусором, и поддержало бы стратегии по снижению его риска для других космических аппаратов и спутников. Но это сложная проблема XXI века, требующая тщательного законодательства, и в начале 2023 года Палата представителей США несколько дней не могла даже назначить спикера.
Отслеживание того, смогут ли Соединенные Штаты и другие космические державы взяться за эту возникающую проблему мусора и решить ее, или же на низкой околоземной орбите в ближайшие годы произойдет какая-то трагедия, станет важной историей, поскольку все больше пользователей входят в сферу космических полетов.
По сути, возможность того, что проблема космического мусора может выйти из-под контроля, является дамокловым мечом, нависшим над всей космической отраслью.
Является ли коммерческое пространство устойчивым? Подъем SpaceX и коммерческой космической отрасли был, пожалуй, самой важной историей космических полетов с 2010 года. Однако после SpaceX осталось лишь несколько небольших компаний, таких как Planet, которые достигли прибыльности. Иными словами, это опасное время для коммерческой космической отрасли как с точки зрения финансирования, так и с точки зрения технической готовности.
Рассмотрим случай с Blue Origin. Несмотря на успех с New Shepard (если оставить в стороне неудачи 2022 года) и поставку ракетного двигателя BE-4, компания все еще далека от прибыльности, полагаясь на вливания более 1 миллиарда долларов в год от основателя Джеффа Безоса. Он остается невообразимо богатым, но из-за падения курса акций Amazon за последний год Безос потерял половину своего состояния. Как долго он будет оставаться преданным Blue Origin?
Есть еще большие опасения для множества других компаний, поскольку процентные ставки растут, а эра дешевых денег заканчивается. Около дюжины космических компаний стали публичными через специальную компанию по приобретению, или SPAC. Их показатели с точки зрения доходности акций были ужасны по сравнению с традиционной космической отраслью и обычными средними показателями акций, основанными на этом анализе SpaceWorks. Смогут ли эти и другие коммерческие космические компании собрать средства, необходимые им для выживания?
Помимо финансов, есть и технические проблемы. Может ли Axiom Space создать скафандры, необходимые для программы Artemis? Сможет ли SpaceX, а в ближайшем будущем и Boeing продолжить безопасно доставлять астронавтов НАСА на космическую станцию? Может ли одна или несколько коммерческих компаний Lunar Payload Services — Intuitive Machines, Astrobotic, Firefly или другие — начать доставлять научные аппараты НАСА на Луну? В противном случае НАСА может вернуться к использованию более дорогих и более медленных контрактов с оплатой по принципу «затраты плюс» для обеспечения услуг космических полетов.
Таким образом, одна из главных тем 2020-х годов будет заключаться в том, смогут ли частные космические компании реализовать свои идеи и стать прибыльными. В претендентах нет недостатка, от вышеупомянутых Blue Origin и Axiom Space до других амбициозных компаний, включая Rocket Lab, Relativity Space, Redwire и многих других. Но в какой-то момент потенциал и обещание должны превратиться в прибыль.
Будет ли Starship работать? Это слон в комнате. Программа SpaceX Starship, возможно, является самым амбициозным проектом в области космических полетов. Это самая большая ракета из когда-либо построенных, это будет первая полностью многоразовая ракета, которая полетит, и теоретически она может позволить людям летать в миры за пределами системы Земля-Луна. Ранее нет прецедента.
Но остается много «если». Во-первых, компания должна фактически запустить Starship и его ракету-носитель Super Heavy для попытки орбитального полета, что, вероятно, произойдет в первой половине этого года. Если предположить, что гигантская первая ступень Super Heavy работает, внимание SpaceX переключится на верхнюю ступень Starship. Именно здесь находится большая часть недоказанных технологий.
SpaceX потребуется испытать и разработать различные варианты Starship для доставки коммерческих спутников на низкую околоземную орбиту, проведения операций по дозаправке, посадке на Луну и на Марс. Важно отметить, что НАСА заключило контракт с кораблем Starship для высадки своих астронавтов на Луну. И, судя по комментариям официальных лиц НАСА, SpaceX, похоже, находится на пути к предоставлению этой услуги с запланированной серией испытаний с заправкой топлива в космосе. Реальность такова, что посадка Starship на Луну — более простая задача, чем посадка корабля на Землю.
Полностью сложенные ракеты Starship и Super Heavy видны в феврале 2022 года во время проверки соответствия на орбитальной стартовой башне. Тревор Малманн
Но чтобы Starship реализовал свой потенциал, он должен надежно приземлиться на Землю и быть пригодным для повторного полета, как ракета Falcon 9, если не больше. Возвращение такого массивного корабля на Землю требует сложного маневра с переворотом и реактивной посадкой Но это не все. SpaceX также стремится быстро повторно использовать Starship. С этой идеей связано много проблем, но главная из них заключается в том, чтобы сделать это без тщательного осмотра и ремонта теплозащитного приточного покрытия, которое уменьшает нагрев при входе в атмосферу Земли.
Вся эта работа еще впереди SpaceX, и неясно, как быстро она сможет решить эти серьезные проблемы.
Однако полнофункциональный космический корабль Starship полностью разрушит глобальную индустрию запуска и навсегда изменит расчеты космических полетов. До сих пор при полетах в космос предпочтение отдавалось более компактным и легким конструкциям аппаратного обеспечения. Что происходит с исследованием и торговлей в космосе, когда полезная нагрузка может быть больше по размеру и массе, а стоимость доступа к космосу играет гораздо меньшую роль? Если Starship добьется успеха в этом десятилетии, у нас будет шанс ответить на эти вопросы.
Если нет, следующее десятилетие может быть очень похоже на предыдущее.
ЭРИК БЕРГЕР— старший космический редактор Ars Technica, освещающий все, от астрономии до частного космоса и НАСА, а также автор книги Liftoff о подъеме SpaceX. Сертифицированный метеоролог, Эрик живет в Хьюстоне.
