В течение нескольких насыщенных лет в 1960-х и 1970-х годах мощные ракеты доставляли людей к Луне. Это были Сатурн-5 — вероятно, самые известные ракета-носители НАСА, 110-метровый профиль которых запечатлен на множестве сувениров, от настенных плакатов до наборов Lego и мобильных игр.
Однако последний запуск Saturn V был в 1975 году — с его помощью вывели на орбиту космическую станцию Skylab. Поскольку НАСА намерено вернуть астронавтов на поверхность Луны в 2024 году, может ли ведомство создать такую же ракету сейчас? Современным аналогом, разрабатываемым НАСА, является Space Launch System (Система запуска в космос, SLS) — гигантский ракета-носитель, который неоднократно подвергался критике за задержку запуска: сначала предполагалось, что он полетит в декабре 2017 года, однако теперь срок перенесен на 2020 год или позже, и это при текущей стоимости проекта уже более чем $10 млрд.
«Это слишком долго и сильно выходит за рамки бюджета; на данный момент это далеко от бурного успеха», — сказал Майк Нойфельд, старший куратор отдела космической истории Смитсоновского национального музея авиации и космонавтики, чьи исследования сосредоточены на ракетах.
Это справедливая критика: НАСА неоднократно переносило собственноручно назначенные даты запуска, а новостное интернет-агентство Ars Technica сообщает, что расширенная версия SLS находится под угрозой отмены из-за выхода за пределы бюджета — но есть и другие причины, по которым разработка SLS отстает от запланированных сроков. Ключевым моментом является то, что эта ракета-носитель будет существенно более сложной, чем любая предыдущая ракета, говорит Джон Блевинс, заместитель главного инженера проекта SLS в Космическом центре Маршалла в Алабаме.
Сатурн-5 создавался как ракета с одной целью и пунктом назначения, но SLS будет многоцелевым, что усложнило процесс проектирования. Например, материал, которым выстилают его внутренние топливные резервуары, «намного более надежен, чем должен быть» для отправки первой роботизированной миссии на Луну, сказал Блевинс, потому что НАСА в конечном итоге хочет отправить SLS в другие места.
Это та ракета, которая может доставлять астронавтов на астероиды или на Марс, в зависимости от текущих научных приоритетов. SLS может стать главной частью масштабной миссии по возврату образцов с Марса. И эта ракета-носитель может отправить роботизированный космический корабль во внешнюю часть Солнечной системы быстрее, чем когда-либо прежде, что позволит ученым избежать традиционного «окольного» пути, который требует совершать гравитационные маневры — набор скорости при пролете на определенном расстоянии от планет.
Первый испытательный полет Сатурн-5, 8 ноября 1967 года.
Использование такой ракеты означает, что даже пожилой ученый, создающий, например, инструмент для посадки на Европу, ледяную луну Юпитера, все еще будет работать, когда космический корабль приземлится и начнет заниматься научными исследованиями на поверхности. Это связано с тем, что полет на Европу с помощью SLS может занять всего пару лет, а не почти десятилетие, если использовать современные технологии и гравитационные маневры. Однако временами деньги важнее времени: так, орбитальный аппарат НАСА Europa Clipper с высокой долей вероятности будет выведен на орбиту с помощью SpaceX Falcon Heavy, стоимость запуска которого в разы меньше, чем у SLS, и позволит сэкономить на миссии не менее 700 миллионов долларов.
Нойфельд указал, что у Сатурн-5 также были задержки запуска, хотя и не такие драматичные, как у SLS. НАСА тогда запланировала первый испытательный полет на 1965 год, но он был совершен лишь в ноябре 1967 года.
Правда, тогда задержки были вызваны не только долгим созданием ракеты. «В принципе, это не имело значения, потому что сам космический корабль создавался дольше ожидаемого», — сказал Нойфельд. При создании как командного, так и лунного модулей Аполлона инженеры постоянно сталкивались с проблемами, что и вызвало в итоге перенос сроков. По словам Нойфельда, НАСА первоначально планировало высадку на Луну в 1967 году, но ряд неудач с ракетами и модулями Аполлона перенес реальную дату на июль 1969 года.
Отличия внутри
Если вы поставите рядом Сатурн-5 и SLS — что-то типа такой огромной музейной экспозиции, по словам Блевинса, он надеется увидеть в будущем — то вы не обнаружите особых различия.
Первая ступень SLS имеет такой же диаметр, что и первая ступень Сатурн-5, и включает в себя четыре двигателя RS-25. Они были разработаны для программы космических шаттлов, и первые несколько полетов SLS будет опираться на восстановленные двигатели космических челноков. По словам Блевинса, конструкция RS-25 является «самой эффективной и мощной из когда-либо созданных», превосходя кислородно-керосиновые массивные двигатели F-1 в первой ступени Saturn V.
Слева направо — Сатурн-5, SLS, Falcon Heavy, BFR и Falcon 9.
Рядом с этой основной ступенью будут использоваться твердотопливные ускорители для увеличения тяги при запуске SLS — в отличие от Сатурн-5, у которого вообще не было дополнительных ускорителей. По словам Блевинса, эти ускорители схожи с теми, которые использовались при запуске шаттлов, но в версии для SLS они будут примерно в два раза выше.
Оба ракета-носителя, SLS и Сатурн-5, используют три ступени, чтобы вывести космический корабль с экипажем в космос.
Взглянув на верхнюю часть SLS, вы увидите схожую с Аполлонами конфигурацию — капсулу, в которой будут путешествовать космонавты, и систему экстренного спасения, которая может спасти экипаж в случае чрезвычайной ситуации во время старта. «Капсула для экипажа будет больше, но при взгляде с Земли этого не скажешь», — говорит Блевинс.
Но не дайте себя одурачить — внешнее сходство этих ракет не обязательно отражает внутреннее. SLS имеет различия в своей структуре, топливе и авионике по сравнению с Сатурн-5. Большая часть изменений связаны с технологическими достижениями в области вычислительной техники и топлива с конца 1950-х годов, когда впервые появился Сатурн.
Другие изменения вытекают из постепенных эволюционных изменений в промышленной базе НАСА в течение последних 60 лет: например, компании, участвующие в постройке SLS, во многих случаях являются разными подрядчиками, которые предпочитают использовать иные компоненты ракеты, чем те, из которых собирали Сатурн-5, сказал Блевинс.
Одно из основных отличий SLS от Сатурн-5 состоит в том, что новая ракета-носитель не использует керосин. Так как новая ракета опирается на наследие программы шаттлов, а также на последующее развитие эффективности используемого топлива, то во всех ступенях — кроме ускорителей — используется комбинация жидкого водорода и жидкого кислорода.
Используемые материалы также различаются, хотя Блевинс не решается сказать, что они более продвинуты, чем в случае с Сатурн-5. Скорее, некоторые компоненты намеренно «перестроены», чтобы позволить SLS при необходимости летать не только к Луне, но и к куда более отдаленным местам в Солнечной системе.
Авионика — «мозги» ракеты — также существенно отличается от используемой в Сатурн-5, сказал Блевинс. Одним из основных отличий является то, что SLS может связываться со спутниками слежения и ретрансляции данных (TDRS), которые обеспечивают превосходное покрытие всего мира и позволяют постоянно иметь высококачественную связь с астронавтами во время всего полета. TDRS были впервые использованы в эпоху космических шаттлов в 1980-х годах, так что Сатурн-5 просто физически не мог работать с ними. Точно так же навигационная система использует наработки авиационной промышленности (в частности, Boeing 777 и 787), которые опять же стали летать позже Сатурна.
Но есть одна ключевая область, где авионика SLS совпадает с таковой у Сатурн-5: ее размеры. Несмотря на то, что современные компьютеры гораздо более компактные и мощные, чем доступные в 1960-х годах, инженеры не могут воспользоваться этой миниатюризацией.
«Мы потратили 40 лет на то, чтобы сделать электронику как можно меньше», — сказал Блевинс. «А потом мы помещаем ее в ракета-носитель и она разрушается от вибраций при старте, так что мы вынуждены делать для нее защиту». В итоге бортовой компьютер SLS, конечно, существенно быстрее, однако по размерам он схож с таковым в Сатурн-5, так как он «укутан» в специальные изоляторы, призванные снизить вибрации.
Заглядывая в будущее
По словам Блевинса, он уверен, что SLS сможет уложиться в дату запуска, назначенную на ноябрь 2020 года, если разработка будет продолжаться быстрыми темпами. Однако некоторые СМИ предполагают, что возникнуть еще большие задержки, и первый полет перенесут на 2021 год.
В течение следующих шести месяцев команда SLS доставит первую ступень ракеты в Космический центр Стеннис в Миссисипи для оценки и проведения тестов. В начале 2020 года инженеры установят ступень на испытательный стенд и запустят двигатели, чтобы проверить их работоспособность. Одним из возможных источников задержек является то, что даже для такого простого теста требуются большие краны, специальное оборудование и складские помещения, поскольку ступени SLS намного больше, чем у челноков.
К тому же, по словам Блевинса, стартовое окно будет еще уже, чем при старте шаттлов, поскольку Земля и Луна выгодно расположены только в определенные дни каждого месяца.
При этом выбор стартового окна дополнительно ограничен тем фактом, что команда SLS предпочла бы посадить космический корабль обратно на Землю при дневном свете, чтобы лучше наблюдать за развертыванием парашютов. Если первый полет SLS не получится провести в ноябре 2020 года, инженеры предпочтут отложить полет до марта, поскольку координировать дневную посадку в короткие зимние дни сложно, сказал Блевинс.
Блевинс также говорит, что команда SLS в этом году планировала ускорить график, пропустив некоторые тесты. Но НАСА — вплоть до администратора Джима Бриденстайна — предпочло более медленный и скурпулезный подход, чтобы убедиться в том, что каждый компонент системы работает как надо.
По словам Блевинса, когда SLS наконец полетит, все надежды будут на то, чтобы использовать эти ракета-носители ближайшие лет 40, поскольку НАСА планирует расширять свою деятельность по всей Солнечной системе. Будь то полет астронавтов на Марс или роботизированный корабль на астероиды, SLS станет первым этапом путешествия — до тех пор, что его мощные возможности будут оправдывать затраты на него.
