Дырявый щит и другие los problemas: почему откладывается возвращение людей на Луну
Космический центр Кеннеди во Флориде ждет продолжения программы исследования Луны «Артемида». На днях специалисты по наземным системам НАСА и главный строительный подрядчик - компания Bechtel National начали перемещение базовой конструкции мобильной пусковой установки ML-2, которая будет использоваться на этапах лунной программы начиная с «Артемиды-4». Между тем, перспективы возвращения людей на Луну все более туманны. Отложенный на год пилотируемый полет к Луне в рамках "Артемиды-2" может быть перенесен еще на более поздний срок. Основная проблема - опасность разрушения теплозащитного экрана корабля "Орион", что грозит гибелью экипажа при возвращении на Землю.
Причины гораздо серьезнее...
Пусковая установка ML-2 служит для сборки и подготовки к пуску более мощного варианта лунной ракеты SLS Block 1B с кораблем «Орион» в здании сборки носителей VAB (Vehicle Assembly Building). Неделю назад ML-2 перенесли с места первоначальной сборки на шесть постоянных опор, где будет собираться остальные элементы конструкции высотой 108 метров. Внутри основания монтируются трубопроводы и электрическое оборудование, которые служат интерфейсами между наземными системами, ракетой SLS и кораблем «Орион».
Ракета SLS Block 1B с усовершенствованной верхней ступенью способна отправить к Луне более тяжелый груз, чем предшественница — 42 тонны вместо 27 тонн у SLS Block 1. И, хотя объявленная цель «Артемиды» (высадка людей на Луну после более чем полувекового перерыва) остается, о долгосрочных исследованиях, научных открытиях и подготовке к пилотируемому полету на Марс в НАСА уже говорят с осторожностью:
Дело в том, что до сих пор не решены los problemas, как говорят в преимущественно испаноязычной Флориде. Проблемы обнаружились в ходе первого испытательного полета в беспилотном режиме системы SLS/Orion в ноябре — декабре 2022 года. Но только сейчас стали известны подробности расследования НАСА: технические дефекты лунной транспортной системы не только заставляют переносить сроки программы "Артемида", но и могут угрожать жизни астронавтов.
В отчете генерального инспектора НАСА, опубликованном в начале мая, подчеркиваются опасения по поводу готовности корабля «Орион» к пилотируемому запуску даже в 2025 году. Как известно, НАСА перенесло страт "Артемиды-2" с этого года на сентябрь 2025-го. Однако, отвечая недавно на вопросы конгрессменов по поводу причин задержек, администратор НАСА Билл Нельсон по сути признал, что речь в прямом смысле идет о жизни и смерти.
«Мы собираемся убедиться, что теплозащитный экран работает как должен, потому что спуск [в атмосфере] очень быстрый и жаркий. [Корабль] движется со скоростью 32 Маха, а это 5000 градусов [по Фаренгейту]», - сказал глава НАСА
Первоначально объявлялось, что причиной отсрочки первого более чем за полвека полета человека вокруг Луны стали небольшие проблемы с теплозащитным экраном и электросистемами «Ориона». Теперь, после проверки Управления генерального инспектора НАСА ясно, что причины гораздо серьезнее...
Дырявый экран
Отчет генерального инспектора подробно рассказывает о проблемах, выявленных после полета к луне «Артемиды-1». Основное беспокойство вызывает тепловой щит «Ориона», на сотне участков которого есть следы разрушения теплозащиты и большие каверны. Удивительно, что в предыдущем летном испытании — миссии EFT-1, проведенной еще в декабре 2014 года с использованием ракеты-носителя Delta IV Heavy и полумакетного командного отсека — донный экран выдержал проверку без проблем. Хотя тогда скорость входа в атмосферу Земли была ниже — чуть больше 8 км/с против 11 км/с сейчас.
Напомним: командный модуль (кабина экипажа) «Ориона» имеет донную и боковую теплозащиту. Днище диаметром 5 метров прикрывает самый большой из когда-либо созданных абляционных экранов, а боковую поверхность конуса — 1300 керамических плиток типа тех, что защищали верх и бока кораблей Space Shuttle. Для защиты при выведении и в космическом полете плитки покрыты слоем алюминиевой фольги, придающей капсуле серебристый вид перед запуском.
Донный теплозащитный экран состоит из 186 блоков материала Avcoat (стеклопластиковые соты, заполненные эпоксидной смолой) на базе теплозащиты корабля «Аполлон», прикрепленных к титановой конструкции в форме круглого щита. Теплозащита производится на сборочном заводе в Мишу (Новый Орлеан) компанией Lockheed Martin по лицензии Textron. При входе в атмосферу под воздействием набегающего потока с температурой 2760° C смола из сот испаряется, унося с собой значительную часть тепла.
Речь идет о материале, свойства которого изучены вдоль и поперек. Тем не менее, судя по фото из отчета, повреждения теплового щита «Ориона» после входа в атмосферу во время миссии «Артемида-1» в 2022 году выглядят как рытвины на дороге. НАСА заявляет, что до сих пор не выяснило, что привело к растрескиванию и повреждениям щита.
Наблюдатели отмечают, что Управление столкнулось с неизвестным поведением материала Avcoat в хорошо известных условиях. Реакция НАСА предсказуема: «НАСА изучает возможность изменения конструкции теплозащитного экрана или применения другой траектории входа в атмосферу с меньшей тепловой нагрузкой». Оба решения (особенно первое) отнимают много времени, учитывая предстоящую пилотируемую миссию. Если изменения будут слишком значительны, систему теплозащиты, возможно, придется заново сертифицировать. НАСА полагает, что сможет найти решение этой проблемы до июля.
Расплавленные винты, утонувшие парашюты и стертые данные
Еще один тревожный момент из отчета заключается в том, что три из четырех винтов (ими командный отсек крепится к служебному модулю) во время входа в атмосферу получили гораздо большие повреждения, чем ожидалось — они расплавились больше, чем рассчитывалось.
Соединяя две части корабля, винты не имеют защиты от высоких температур, как остальная часть днища, что делает их критическими зонами. Если горячему воздуху при входе в атмосферу удастся проникнуть через зазор в резьбе, результатом может стать гибель экипажа.
Наблюдатели вновь подчеркивают, что это неожиданный результат, который не удалось смоделировать перед полетом. Для «Артемиды-2» НАСА думает добавить дополнительную теплозащиту вокруг винтов и изменить их конструкцию.
Также весьма удивительно, что после приводнения "Ориона" в Тихом океане не удалось спасти парашюты корабля, что не позволило проверить их состояние после спуска в атмосфере. Несколько часов телеметрических записей, хранившихся на борту «Ориона», также были потеряны - данные находились в памяти бортовых компьютеров, но, как ни странно, их не удалось восстановить.
Пропадающее электричество
Помимо всего прочего, во время полета зафиксировано 24 аномалии в работе системы электроснабжения "Ориона". Сбои затронули блоки управления подачей электроэнергии — по сути, два элемента, отвечающие за контроль и распределение электрического тока на корабле. В результате некоторые бортовые системы временами не получали питания.
НАСА пришло к выводу, что причина аномалий — космическая радиация, и для смягчения проблемы разработало изменения в программном обеспечении и процедурах полета. Однако аудиторы опасаются, что сбои могут привести к отсутствию резервирования или, что еще хуже, к недостатку электроснабжения жизненно важных систем в ответственные периоды, отказу двигательных установок или потере герметичности кабины. В очередной раз возникает вопрос о тестирования всех изменений, внесенных после «Артемиды-1» для пилотируемого полета.
К этому можно добавить проблемы с аккумуляторами, выявленные в ходе наземных испытаний: обнаружилось, что батареи и силовая кабельная сеть «Ориона» могут не работать должным образом во время аварийного прерывания запуска из-за сильных вибраций. НАСА пытается что-то сделать, но в случае с батареями не находит причину, а что касается проводки, то на собранном корабле трудно получить доступ к определенным участкам командного модуля, чтобы изменить или проверить состоянии кабелей. В результате работы идут медленно.
Поврежденная пусковая платформа и потеря связи
В отчете также упоминаются повреждения, нанесенные при пуске некоторым частям мобильной стартовой платформы ML-1, с которой уходила в полет первая ракета SLS. В частности, значительный ущерб получили лифты, пневмосистемы и некоторые двери оборудования, и на ремонт пришлось потратить $26 млн вместо запланированных $5 млн .
Здесь отчет весьма резок, поскольку «некоторые элементы ML-1, которые должны были выдерживать интенсивную ударную волну, на самом деле оказались простыми "фибропанелями или обычными дверьми". В любом случае, эта причина не могла бы слишком повлиять на безопасность «Артемиды-2».
Гораздо более удивительна потеря связи — на четыре с половиной часа! — произошедшая во время полета 2022 года из-за отказа одной из антенн сети дальней космической связи в Голдстоуне, Калифорния, объекта, который должен был работать безупречно. И решения этой проблемы нет: никто не собирается дорабатывать сеть дальней связи в краткосрочной или среднесрочной перспективе.
Стоит отметить, что ракета SLS, которую резко критиковали в прошлом, превосходно показала себя в ходе «Артемиды-1», как и европейский служебный отсек корабля «Орион».
Наблюдатели отмечают, что аудиторский отчет Управления генерального инспектора весьма разочаровывает и подчеркивает ряд трудностей в управлении и развитии программы, особенно в части корабля, которые осложняют способность НАСА осуществить проект «Артемида-2» даже в 2025 году. Вероятен перенос полета на 2026 год, но и в случае, если изменения, которые НАСА и Lockheed Martin — главный подрядчик «Ориона» — должны внести, чтобы гарантировать безопасность «Артемиды-2», окажутся слишком радикальными, сертифицировать машину на соответствие требованиям пилотируемого полета будет сложно. Поэтому, учитывая увиденное, не исключена возможность запуска «Артемиды-2» без экипажа.
