Всем привет! Это Саша Березин, научный журналист и автор команды спецпроектов МТС Диджитал. В прошлом посте я рассказывал про пятый полет Starship, а сегодня предлагаю разобраться, возможны ли прогулки по Луне в этом десятилетии.

Дональд Трамп требовал от NASA высадить людей на Луну в 2024 году и увеличил финансирование агентства. Но сроки все время сдвигались вправо. Сейчас даже 2027 год под вопросом — отраслевые специалисты сомневаются в возможностях Axiom создать скафандр для лунных условий.

Параллельно Илон Маск заявил: «Мы полетим прямо к Марсу, Луна — отвлечение внимания». Критики миллиардера предположили, что у него ничего не выходит с посадочным модулем и он хочет выйти из лунного проекта, сохранив лицо. А тут еще и СМИ раскопали, что новое руководство NASA планирует отказаться от ракеты SLS и корабля Orion. То есть, кроме отказавшегося от Луны Маска, у агентства просто не будет другого извозчика, способного доставить людей на спутник Земли.

Со стороны американская лунная программа «Артемида III» выглядит как малоуправляемый хаос. Значит ли это, что высадиться на Луне в ближайшие годы не получится?

На фото астронавт на Луне в ходе миссии «Артемида III». Картинка не просто фантазия художника — она показывает размах амбиций планировщиков новой миссии. Скафандры времен первых полетов на Селену в принципе не позволяли ничего подобного: нормально согнуть ноги на 90 градусов и встать в них было нереально, астронавты передвигались еле сгибая ноги, а иногда и вовсе прыгали. Теперь человечество знает о Луне куда больше и в теории должно быть способно там на новые достижения. Включая исследование южного полюса Луны, богатого льдом и вечной мерзлотой, и обеспечения работы астронавтов принципиально новыми техническими средствами.

Представим, что нас пригласили руководить долгим и сложным проектом, все тонкости которого иногда и разработчики не до конца понимают. Ведь и их когда-то позвали, чтобы исправить косяки тех, кто был до них. Именно такая ситуация сложилась с проектом «Артемида III» — возвратом астронавтов на Луну то ли в 2027 году, то ли позже. Текущие решения проекта кажутся тупиковыми. Но что пошло не так и как могут развернуться события?

Проблемы «Артемиды» до Трампа

Проект Constellation был запущен в 2005-м с целью «возврата на Луну не позже 2020 года». 15 лет тогда казались вполне достаточным периодом: предыдущий лунный проект в 1961–1969 годах уложился во вдвое меньший срок. И это на «дедовском железе» и ПО.

Тогда, двадцать лет назад, NASA рассчитывало лететь к Луне, садиться и возвращаться полностью самостоятельно, как при фон Брауне, выдавая подрядчикам общий технический облик изделия и контролируя то, как они его строят. Ключевых компонентов в лунных программах четыре: сверхтяжелая ракета-носитель, космический корабль, посадочный модуль и скафандр.

Казалось бы, успех неизбежен. Ведь планировщики программы изначально сообщили, что для экономии времени и средств максимально используют двигатели, оставшиеся от программы Space Shuttle. Через четыре года стало понятно: перерасходы по разработке так велики, что без резкого роста общих затрат программа нереализуема. Ее отменили, но NASA не сдавалось и ребрендировало сверхтяжелую ракету для Луны «Арес» в SLS. Корабль Orion переименовывать не стали. Благо там был минимум изменений в проекте, а лунный посадочный модуль Altair решили отложить до лучших времен.

«Лучшие времена» для возврата на Луну сложились при первом сроке Трампа: в 2018 году он наконец с этой целью санкционировал программу «Артемида». Но к началу 2020-х стало ясно, что доделать все четыре компонента лунной программы своими силами для агентства — утопия. Доводка ракет SLS и Orion шла уже второй десяток лет, и финал не просматривался. Разработать скафандр у NASA не получилось вовсе. Затевать в таких условиях и модуль было рискованно.

Тогда в агентстве решили избавиться от критики за проколы в разработке и сделать ее будущими мишенями частных разработчиков. Лунный посадочный модуль доверили SpaceX — по сути получился Starship с посадочными ногами. Скафандры наняли делать сразу две частные компании: Collins и Axiom.

С внекорабельными скафандрами пока получилось не очень. Collins просто вышел из разработки, сообщив, что это слишком сложная задача. А Axiom даже на публичных показах демонстрирует создаваемые модели без систем жизнеобеспечения. К тому же на фото одного из последних показов почти клон опытного скафандра NASA из 2019 года, зато с цветными дизайнерским вставками от Prada. Кстати, в реальной лунной высадке больших вставок по техническим причинам почти наверняка не будет.

Как будто скафандров было мало! Ситуацию одновременно усугубили и Маск, и его политические противники. Сет Абрамсон, например, считает, что тот сошел с ума. Кстати, он называет себя «биографом Илона Маска», хотя существующую биографию вообще-то создал Уолтер Айзексон. Как бы то ни было, 7 января Абрамсон предложил администрации Байдена разорвать с Илоном все контракты и начать судебное преследование. Вот только без контрактов с Маском не то что «Артемида», но даже банальное возвращение американских астронавтов с МКС затруднительно. По сути речь идет о предложении лишить Америку пилотируемых космических полетов.

Владелец SpaceX тоже не дает скучать. Как я писал выше, в начале года он заявил: «Мы полетим прямо к Марсу. Луна — отвлечение внимания». СМИ, как обычно, подали это максимально хайпово: мол, важнейший человек в американской космической программе не хочет лететь на Луну. Тут же нашлись «свидетели заговора»: у SpaceX не ладится с лунным модулем, за который NASA заплатило компании 2,89 млрд $. Вот он и пытается найти предлог не следовать контрактам!

На самом деле Маск написал эти слова в ответ на вопрос другого энтузиаста космоса. Тот поинтересовался, не стоит ли дозаправлять лунным кислородом Starship, отправляющиеся к Марсу. Вопрос, на первый взгляд, разумный: 69% массы топлива такого корабля — это кислород. Отвечая, глава SpaceX имел в виду, что дозаправка на Луне в условиях многоразовых носителей не несет экономического смысла. Проще доставить кислород с Земли, чем возводить на Селене мини-город для добычи О₂.

Пусть это хайп, но все равно у «Артемиды III» к 2025 году накопились достаточно серьезные проблемы: вернувшийся после облета Луны тепловой щит Orion был с трещинами. То есть нужен еще один испытательный полет корабля. Но на него нет денег: проект «Артемида» породил настолько дорогую ракету (SLS), что один ее пуск с кораблем стоит 4,1 млрд $.

Все это подытожил недавно глава SpaceX: «Архитектура "Артемиды" предельно неэффективна. Это программа по увеличению занятости, а не по достижению результата. Нужно что-то принципиально новое».

Вернемся на место приглашенного в проект руководителя и зададим себе вопрос: а что предложили бы мы сами?

Уже решенные элементы управления

Часто можно услышать: зачем «Артемиде» вообще лунный модуль и корабль по отдельности? Мы наблюдаем уже седьмой испытательный полет Starship. Да, есть недочеты, но очевидно, что к 2027 году он будет летать регулярно. Вряд ли возникнут и проблемы с системой жизнеобеспечения, ведь SpaceX уже сделало одну такую для кораблей Dragon. Почему бы не отвезти астронавтов к Луне, высадить их прямо на Starship HLS, а потом вернуться на Землю на нем же?

Этот подход к управлению проектом можно условно назвать «новая метла». Часто новый руководитель хочет все радикально изменить, смести ненужные костыли, оставшиеся от предшественников. А потом «сделать все нормально и быстро».

На практике такой подход неприменим. Во-первых, для старта с Земли на корабле без очень большой статистики безаварийных полетов желательно иметь систему аварийного спасения. Технически это набор небольших двигателей для отделения корабля от ракеты, если она неисправна. Ну и конечно, система парашютов для торможения в атмосфере.

На Starship всего этого нет и не будет. Иначе корабль пришлось бы радикально переделывать, а это куча времени. Да и разработчик не хочет, отмечая, что на авиалайнерах не бывает парашютов. А Илон Маск собирается сделать именно авиалайнер для космоса (массовый и дешевый перевозчик), а не простой экспериментальный самолет с парашютом.

Тут же возникает соблазн взять другой готовый элемент космической техники — пилотируемый SpaceX Dragon. Вывести на нем астронавтов на орбиту, состыковать со Starship и затем запустить его к Луне для выполнения миссии по высадке людей. Это решило бы проблему с системой спасения: на Dragon она есть. Но при всей привлекательности этого варианта он довольно сложен в реализации. У существующих версий Starship просто не хватит топлива, чтобы после подъема астронавтов долететь обратно до Земли с Луны. В отличие от корабля типа Orion, Starship очень массивен.

Конечно, можно дозаправить Starship на окололунной орбите и потом вернуть на нашу планету. Но для этого потребуется множество дополнительных полетов Starship-танкеров. Чтобы отправить один танкер c топливом к Луне, его придется дозаправлять на околоземной орбите.

Что, если при посадке или взлете корабль-танкер повредит стартовое оборудование одной площадки, скажем, Старбэйз в Техасе? Это явно заблокирует следующие полеты оттуда. Ожидание дозаправки может затянуться. А если другой танкер повредит стартовую «табуретку» и на втором космодроме для Starship, строящемся во Флориде? Астронавты будут ждать месяцами на орбите, наслаждаясь великолепными видами?

Вариант Кейси Хэндмера

Физик Кейси Хэндмер, который раньше работал с NASA, еще три года назад предложил другое решение. Да, для полноценного Starship со 100-тонной полезной нагрузкой возврат с Луны реален только после сложной дозаправки на низкой окололунной орбите. Но что, если снизить нагрузку корабля в первом полете?

Хэндмер подсчитал, что при 25 тоннах полезной нагрузки 12 дозаправок на низкой околоземной орбите вполне позволят кораблю слетать на Луну и вернуться. Теоретически возможна дозаправка на более высоких орбитах. Она даст Starship доставить на Луну 200+ тонн полезной нагрузки и потом вернуть экипаж и тонны лунного грунта. Но внутри корабля просто не хватит места для 200 тонн грузов. Разве что вы захотите смонтировать внутри олимпийский бассейн и запустить туда китов, отмечает физик.

Если кто-то сомневается в расчетах ученого, их несложно проверить и самому. Дельта-V, энергетический бюджет для достижения тех или иных точек Солнечной системы (проще говоря, на сколько надо изменить скорость корабля), хорошо известен. Сперва отметим, что все расчеты по этому показателю для Starship даются уже после вывода на низкую околоземную орбиту. Там в любом случае состоится дозаправка — баки будут полны, а отсчет дельта-V надо начинать заново.

Чтобы от низкой околоземной орбиты (200 км) достичь геопереходной (примерно от 200 км в перигее до 36 000 км в апогее), нужна дельта в 2,44 км/с. Чтобы с этой орбиты отправиться к Луне, потребуется 0,68 км/с дополнительной скорости. Для выхода на низкую окололунную орбиту (100 км над Луной) — еще 0,82 км/с.

Сесть на Луну уже труднее: здесь нет атмосферы, о которую можно погасить скорость. Поэтому при посадке мы потратим 1,72 км/с дельта-V на торможение, а через несколько дней — еще 1,72 км/с для взлета. Для отправки к Земле нужны еще 0,82 км/с. То есть общая дельта-V (после выхода на низкую околоземную орбиту, где состоится дозаправка) в целом около 8,2 км/с. Что вполне по силам Starship c теми параметрами двигателей (380 секунд импульса в вакууме), что планируются SpaceX.

Точно ли 25 тонн хватит на всех?

25 тонн для троих астронавтов могут выглядеть суровым ограничением. Ведь в эту нагрузку нужно как-то запихнуть не только их с внутрикорабельными и внекорабельными скафандрами, но и оборудование для поездок по Луне. Без луномобилей передвижение в лунной тени при -190 и ниже — не то чтобы легкая прогулка.

Тут стоит напомнить, что масса лунных модулей аполлоновской эры — неполезная нагрузка. А именно — общая масса была всего полтора десятка тонн. Конечно, на пути к Луне астронавты использовали воздух, воду и еду командного модуля, который в эти 15 тонн не входил. Но общая их масса не достигала даже тонны. Так что возможно, астронавтам в 2027 году и придется ужаться — но им точно не придется спать сидя, как их коллегам из 1960-х.

Думаю, пока нам не стоит сочувствовать астронавтам по поводу стесненности. Маск, применяющий собственную манеру управления проектами, за последние три года сильно пересмотрел финальный облик своего детища. Starship V3 должен иметь полезную нагрузку уже в 200 тонн, а не в 100, как в расчетах Хэндмера. При этом масса топлива — 2 300 тонн. То есть полная дозаправка на орбите потребует примерно тех же 12 полетов танкеров, что и раньше. Считая с теми же пропорциями сухой массы, мы получаем полезную нагрузку более 25 тонн.

Что в расчетах Хэндмера выглядит проблемным? Он считает, что Starship HLS рационально сажать на Землю непосредственно с людьми внутри. Это сомнительно по двум причинам. Во-первых, тогда ему нужна и теплозащита, как обычному Starship, и посадочные ноги, как его внеземной версии — Мехазиллы на Луне ведь пока нет. А это снизит его полезную нагрузку на Луне.

Во-вторых, посадку с астронавтами можно делать только после нескольких тестов без людей. Корабль-то новый, опыта его эксплуатации пока просто нет. И если грузовые полеты Starship у нас скоро будут в избытке, то про посадки пилотируемых версий этого не скажешь.

К тому же если сначала отправить один Starship на Луну с грузом, но без задачи взлететь обратно, то у него образуется «избыток» дельта-V в размере как минимум 2,54 км/с. Значит, он сможет доставить на спутник Земли буквально сотни тонн оборудования. Среди которого можно не то что луномобили разместить, но даже и минибуровую, небесполезную для исследования южного полюса Луны.

Подведем итоги: самый реалистичный сценарий перестройки лунной программы при новой администрации — это вариант Хэндмера. Только слегка модифицированный, при котором люди попадут на борт Starship на околоземной орбите c предварительно запущенного Dragon. И он же после возврата с Луны вернет их на Землю.

Такой пуск выкинет из программы полета два запуска Orion на SLS: первый — для испытания обновленного теплового щита, и второй — с людьми на борту. В сумме это экономит 9 млрд $.

Что планируют реальные игроки

В американской прессе наблюдаются утечки, которые, похоже, говорят, что вариант Хэндмера уже принят.

В декабре 2024 года известный журналист Эрик Бергер представил данные от своих источников в отрасли: новое руководство NASA планирует отказ от Orion и SLS. Технически это возможно только если новый глава NASA Джаред Айзекман, командир первого в истории частного космического экипажа, планирует опираться в полетах на Луну исключительно на технику SpaceX. Ведь никаких других ракет и кораблей такого класса ни у кого больше нет.

Разумеется, Билл Нельсон, текущий глава NASA, уже попытался опровергнуть эту утечку. Он дал интервью тому же Эрику Бергеру и заявил, что Трамп не рискнет сворачивать Orion и SLS. Чтобы не проиграть гонку китайцам и точно успеть увидеть астронавтов на Луне до конца своего срока.

Но я напомню, что астронавты NASA не просто так ласково прозвали Билла Нельсона «балластом». У прозвища есть основание: политик не очень хорошо разбирается в космических вопросах. Не так давно, например, он заявил, что одна сторона Луны все время темная. Конечно, это лучше, чем если бы он считал ее плоской. Но общий уровень понимания им вопросов «Артемиды» все равно трудно назвать чрезмерно высоким.

Позиция Нельсона и других политиков, чья карьера связана с SLS и Orion, объяснима. Им не нравится перспектива свертывания «программ по увеличению занятости». На их поддержание они потратили много усилий и связывали свое имя с их успехом. Вот только ни Трамп, ни Маск в этом не участвуют — и перетряска лунной программы по Хэндмеру вполне может стать реальностью.

Это не значит, что на пути к Луне астронавтов ждет легкая прогулка. Вопрос скафандров пока не закрыт. Если радикально не ускориться, то и к 2027 году рабочего «железа» может не быть.

Испытания Starship — другая неочевидная история. С одной стороны, они продвигаются быстро. С другой — это многоразовая система. Чтобы убедиться в ее надежности, нужно больше полетов, чем с одноразовой. Лично я жду больше десятка стартов Starship в этом году и несколько десятков — в 2026-м. Причем в следующем они в основном будут уже не столько испытательными, сколько ориентированными на вывод спутников. Пожалуй, это самое надежное звено американской лунной программы XXI века. Поэтому решение ставить на него и ссадить с дилижанса таких дорогих пассажиров, как Orion и SLS, выглядит по-настоящему логичным.