Туристы во Вселенной: разбор полета Polaris Dawn
Заметным событием уходящего сентября стал орбитальный полет с первым выходом в открытый космос непрофессиональных астронавтов, иными словами туристов, выполненный в ходе частного проекта Polaris Dawn («Восход полярной звезды»). Что это было — этап в рекламной раскрутке космической «империи» Илона Маска или выход индустрии космического туризма на новый, гораздо более серьезный уровень? Разбор самого амбициозного проекта в космическом туризме — в нашем материале.
Миллиардер, пилот и две сотрудницы SpaceX
Проект Polaris Dawn, осуществленный 10-14 сентября — первый из трех полетов в рамках программы Polaris, организованной предпринимателем Джаредом Айзекманом и технически обеспеченной компанией Илона Маска. По планам, программа включает в себя два полета на корабле Crew Dragon и один — на перспективном корабле Starship. По сути такие космические полеты являются туристическими, то есть относятся к индустрии развлечений. Но сами их устроители не устают повторять, что цели программы — исследование воздействия условий космического полета на организм человека, демонстрация технологий SpaceX (кораблей, ракет, скафандров, связи через группировку Starlink), а также сбор средств на благотворительные цели.
Экипаж миссии Polaris Dawn состоял из четырех американцев:
Командир — Джаред Айзекман, 41 год, миллиардер (состояние на сентябрь 2024 года — $1.9 млрд). Предприниматель, основатель нескольких компаний (в частности, платежного сервиса Shift4 Payments), пилот (налет 7000 часов на самолетах различных типов, в том числе истребителях, например, на личном МиГ-29) ранее уже финансировал схожую инициативу Inspiration4. Этот проект, в который Айзекман вложил, по его словам, «менее двухсот миллионов долларов») был осуществлен 16-19 сентября 2021 года. Тогда туристы пробыли в космосе 2 суток 23 часа.
Пилот — Скотт "Кидд" Потит, 50 лет, бывший военный летчик, подполковник ВВС США в отставке. Налетал более 3200 часов на самолетах разных типов, таких как F-16, T-38 и Alpha Jet, в составе пилотажной группы ВВС США «Буревестники» (Thunderbirds). Выполнял демонстрационные полеты в Европе, США и Канаде. Участвовал в боевых действиях в Ираке, Югославии и Афганистане. Занимает высокие посты в нескольких компаниях Айзекмана, был руководителем полёта по программе Inspiration4.
Специалист полета — Сара Гиллис, 30 лет, ведущий инженер по космическим операциям компании SpaceX. Ранее участвовала в обеспечение полетов по программам Demo-2, Crew-1 и Inspiration4. Работала оператором связи с экипажем во время других полетов Crew Dragon, а также отвечала за навигацию во время полетов Cargo Dragon.
Врач экипажа — Энн Менон, 38 лет, инженер-биомедик, работала в NASA, где участвовала в медико-биологическом обеспечении полётов МКС (в частности, была руководителем медико-биологического обеспечения экспедиции МКС 47/48), затем перешла в компанию SpaceX на должность ведущего инженера по космическим операциям. Была руководителем полётных операций и оператором связи с экипажем во время полетов Crew Dragon, участвовала в обеспечении полетов Cargo Dragon и туристической Inspiration4 (технический помощник экипажа).
Гиллис и Менон стали первыми сотрудниками SpaceX, побывавшими в космосе.
Улетели дальше всех, не считая пилотируемых полетов на Луну
Многоразовый космический корабль Crew Dragon, имя собственное Resilience («Устойчивость»), бортовой номер 207, с участниками миссии Polaris Dawn должен был взлететь со стартового комплекса LC-39А Космического центра имени Кеннеди 27 августа, однако пуск пришлось два раза перенести — сначала из-за утечки гелия в наземном оборудовании кабель-заправочной мачты, потом из-за непогоды в местах, отведенных под аварийную посадку.
Метеоусловия для этого автономного полета были особенно важны: если бы корабль не смог вернуться в запланированный день, дольше расчетного времени находиться на орбите не позволяли малые запасы ресурсов системы жизнеобеспечения. Также нельзя было отправиться к МКС и «пересидеть» там. Помимо другой высоты орбиты, Resilience не имел стыковочного агрегата.
Старт состоялся 10 сентября 2024 года и стал 14-м пилотируемым полетом SpaceX, пятым туристическим проектом компании Илона Маска, третьим применением Resilience и вторым автономным полетом корабля.
Планировалось побить рекорд по высоте орбиты пилотируемых экспедиций, осуществить первый в истории выход в открытый космос непрофессиональных космонавтов, испытать новые скафандры для внекорабельной деятельности, созданные SpaceX, протестировать в космосе лазерную связь через спутники Starlink и провести научные исследования, в основном в области медицины.
Начальная орбита корабля после отделения от последней ступени ракеты-носителя имела очень высокий апогей (190 х 1200 км) и наклонение 51,6 градуса — то же, что и у МКС. В течение первого часа пребывания в космосе экипаж тщательно проверил работу систем на наличие повреждений, которые могли возникнуть при запуске.
Затем высоту апогея орбиты подняли до 1400 км. Это самая большая высота околоземного полета в истории пилотируемой космонавтики. Побит рекорд, установленный Чарльзом Конрадом и Ричардом Гордоном на Gemini 11 в сентябре 1966 года. Кроме того, это самая дальняя точка, до которой дотянулись земляне, после полета корабля Apollo 17 в декабре 1972 года. Поскольку в предыдущих «высотных» полетах участвовали только мужчины, Менон и Гиллис побили все рекорды в женском разряде.
Полет проходил через радиационные пояса (безопасность накопленной дозы радиации гарантировал быстрый пролет зоны из-за низкого перигея орбиты) и использовался для изучения воздействия космической радиации на организм человека. Сочетание параметров орбиты выбиралось так, чтобы максимально избежать воздействия энергичных частиц, вызванного прохождением Южно-Атлантической магнитной аномалии.
Как и в случае с Gemini 11, Resilience находился на рекордной высокой орбите около десяти часов.
В первые сутки полета экипаж провел тест связи с использованием Starlink, который длился три с половиной часа, а затем корабль снизил высоту орбиты до 190 х 700 км и оставался в таком положении, пока экипаж готовил скафандры и проводил эксперименты.
11 сентября, после запуска российского «Союза МС-26» был установлен рекорд по количеству людей (19), одновременно находящихся на орбите: три космонавта в стартовавшем корабле, три представителя Китая (экипаж «Шэньчжоу-17») — на станции «Тяньгун», четверо космотуристов в автономно летящем Resilience, и девять человек на борту МКС.
Космический стендап
Выход в открытый космос состоялся на третий день полета, хотя почти сразу же после запуска экипаж приступил к «дыханию по протоколу»: в течение трех суток давление в кабине постепенно снижалось от 100 до 59 кПа, а процентное содержание кислорода повышалось. Это делалось для вымывания из крови растворенного азота и предотвращения возникновения декомпрессионной болезни в преддверии внекорабельной деятельности (ВКД). На третьи сутки полета четверо астронавтов облачились в скафандры и начали дышать чистым кислородом.
Впервые за полвека предстояло полностью разгерметизировать кабину для выхода экипажа в открытый космос. До этого в последний раз так поступали американские астронавты корабля Apollo, доставившего экипаж к поврежденной при запуске станции Skylab: тогда в мае 1973 года Пол Вейц наполовину вылез из разгерметизированного командного модуля. Нечто подобное предстояло проделать и сейчас.
В отличие от МКС и китайской станции, в которых есть специальные шлюзовые отсеки, у Crew Dragon шлюзовой камеры нет, и кабина разгерметизировалась полностью. Раньше, во времена Gemini и Apollo, так обычно и поступали, но тогда в американских кораблях была чисто кислородная атмосферы с пониженным давлением. У «Союза» и «Шэньчжоу» на случай ВКД в качестве шлюзовой камеры используется бытовой (орбитальный) отсек, а спускаемый (возвращаемый) аппарат остается загерметизирован.
Сейчас же нужно было «открыть» корабль с по сути земной азотно-кислородной атмосферой и обычным давлением. Это делалось впервые. Одновременному воздействию космического вакуума предстояло подвергнуть четырех членов экипажа Polaris Dawn (предыдущий рекорд — три человека в «Аполлонах»).
12 сентября ВКД началась на рекордно высокой околоземной орбите, превзойдя ту, на которой в феврале 1997 года осуществляли выходы астронавты шаттла экспедиции STS-82 для ремонта телескопа «Хаббл».
Джаред Айзекман открыл верхний люк и высунулся наружу. В отличие от штатного «выхода» EVA (extravehicular activity), когда человек полностью пребывает за бортом космического аппарата, такую операцию еще со времен Gemini американцы именуют SEVA (stand-up extravehicular activity) или коротко «стендап»: астронавт открывает люк, встает со своего кресла и высовывается в открытый космос, притом что часть его тела (например, ноги) остается внутри корабля.
В течение восьми минут командир «наслаждался видами Индийского океана» с высоты апогея в 740 км, прежде чем корабль пересек линию терминатора. Затем Айзекман спустился в кабину, а наружу вылезла Гиллис. Она выполняла стендап семь минут, но ее ВКД проходила на меньшей высоте, между 550 и 600 км.
Гиллис стала самым молодым человеком, совершившим выход в открытый космос. Когда в марте 1965 года пилот «Восхода-2» Алексей Леонов совершал первый в истории выход в открытый космос, ему тоже было 30 лет, но Гиллис на несколько недель моложе тогдашнего Алексея Архиповича.
Каждый выход от открытия до закрытия люка длился около 26 минут, чуть меньше запланированных получаса. Если считать с момента начала подачи в скафандры кислорода, операция продолжалась 1 час 46 минут. В это время давление в кабине равнялось забортному (0 кПа), в то время как в скафандрах поддерживалось 35 кПа. В трансляции можно было видеть, как настенные панели в кабине выгибаются наружу, распираемые находящимся под ними газом. Вместе с панелями наружу выгибаются такие элементы, как туалет, находящийся «на потолке», и задние поверхности пульта управления. После закрытия люков давление в корабле было восстановлено до исходного атмосферного в 100 кПа.
Неудобные скафандры
Во время стендапа Айзекман и Гиллис по очереди высовывались из переднего люка, проводя, как и планировалось, «проверку гибкости новых скафандров Made in SpaceX» и держась при этом за металлический поручень с киношным названием «Скайуокер». Нос корабля направлялся к Земле для наилучшего обзора, а передняя полусферическая крышка-колпак, закрывающая люк, служила щитом от микрометеороидов.
Во время выхода непрофессиональные астронавты крепились к кораблю с помощью фала длиной 3,5 м, в котором проходят шланги подачи сжатого кислорода и «информационный» кабель. Фал (который в репортажах SpaceX именовался «пуповиной» или «шлангом») присоединялся к разъему на правом бедре скафандра.
Выходной скафандр миссии Polaris Dawn представлял собой модернизированный вариант аварийно-спасательного скафандра SpaceX. Официально изменения сводятся только к внутреннему дисплею шлема для отображения информации, «золотому козырьку» — светофильтру, покрытому слоем меди и оксида индия и олова для смягчения воздействия прямых солнечных лучей, новым уплотнениям, более толстым перчаткам и ботинкам, а также к дополнительной защитной оболочке с токопроводящим слоем (во избежание возникновения электростатики). Тело охлаждается за счет усиленного потока вентилирующего кислорода, подводимого к рукам, ногам и спине.
Трудности в создании «выходного» скафандра стали одной из причин задержки миссии Polaris Dawn почти на год, хотя SpaceX утверждала, что «разработка прошла в рекордно короткие сроки, а полет продемонстрировал жизнеспособность концепции. Эта модель пригодится для других миссий, таких, например, как ремонт телескопа Хаббл во время Polaris II или возможных ВКД в пилотируемых полетах Starship».
Специалисты со скепсисом воспринимают подобные заявления: слишком уж много «особенностей» у новых «пустолазных костюмов». В частности, нет автономной системы жизнеобеспечения, позволяющей астронавтам отдаляться от корабля на значительное расстояние, есть сомнения в возможностях терморегулирования, противометеорной защиты и, главное, большие вопросы к подвижности.
Известные блогеры типа Тима Додда провели независимый анализ ВКД на основе имеющихся видеокадров. Они обратили внимание на то, что уже во время испытаний на Земле новые скафандры (которые совмещают функции как выходных, так и аварийно-спасательных) отличались от старых: «Когда Джаред надевал скафандр перед тем, как войти в капсулу, можно было видеть, как он проверяет молнии на животе, которые идут по спирали и позволяют одеваться по-другому, — замечает Додд. — В предыдущих скафандрах SpaceX «застежка-молния» проходила по внутреннему брючному шву».
Способ одевания и герметизации изменился, по-видимому, из-за того, что разработчики добавили шарниры в области коленей для увеличения подвижности ног, из-за чего старый способ надевания уже не годился. Конечно же, все заметили «порт» для крепления шланга подачи кислорода на правом бедре.
Поскольку выходной скафандр делался на базе аварийно-спасательного, оптимизированного на позу сидения в кресле корабля и ограничивающего подвижность астронавта в стоячем положении, еще при посадке в корабль обращает на себя неестественное положение членов Polaris Dawn, пытающихся перед заходом в башню обслуживания взглянуть на верхушку ракеты. «Почти также неестественно изгибают тело [в подобных ситуациях] члены других миссий SpaceX — поскольку у них нет возможности запрокинуть голову, им приходится наклоняться назад и опираться на ноги. Посему я думаю, что скафандры не сильно изменились, в том числе в плане обеспечения жизнедеятельности. По видимому, вентиляция и терморегулирование по-прежнему полностью зависят от бортовых систем корабля, которые подают смеси газов, необходимых для полета», - отмечает Тим Додд.
Resilience оснастили дополнительными баллонами с кислородом и азотом, а к переднему люку добавили новые краны подачи азота (газ идет после повторной герметизации кабины, подача кислорода в атмосферу корабля в это время идет из системы вентиляции скафандров) и дополнительные ручки для облегчения открытия люка в наддутых перчатках. Некоторые материалы, склонные к выделению газов после воздействия вакуума, пришлось заменить, как и другие, но уже из-за большего риска возгорания в кислородной атмосфере перед началом ВКД.
После подключения шлангов скафандры экипажа подвергались проверке герметичности: тело астронавта раздувалось от избыточного внутреннего давления, а руки отрывались и зависали в положении перед грудью. «Это естественное положение, которое принимает скафандр при надувании, — замечает Додд. — Если бы оболочка была наддута и в ней никого не было, она приняла бы именно такое положение. И это — ответ на вопрос, который интересует многих: что Джаред делал левой рукой, когда находился в открытом космосе? И ответ заключается в том, что положение руки приходится изменять с силой; когда [человек] расслаблялся, штанины и рукава принимали «естественное» положение. Но полноценного плечевого сустава нет, поэтому это положение выглядит неестественно».
В телетрансляции видно, как во время ВКД Айзекман проверяет подвижность скафандра: он поднимает одну руку вверх, чтобы она не мешала двигать другой рукой, и определяет, насколько свободны движения. Видно, что руки сгибаются медленно и с усилиями, а после возвращаются в исходное положение. Это происходит из-за давления, распирающего герметичную оболочку изнутри.
На видео и фотоматериалах Polaris Dawn заметно, что шланги подачи газов в выходные скафандры длиннее обычных, используются во время запуска и посадки, и покрыты белым, а не черным материалом. Предполагается, что они имеют более надежную систему крепления, позволяющую манипулировать ими в перчатках в условиях вакуума.
Наблюдатели также отметили отличия кресел, которые стояли в этот раз в корабле, что было видно при пересаживание астронавтов со своих мест перед выходом, а также наличие нашлемных видеокамер, чтобы зритель смотрел на всё происходящее глазами участников полета.
Космический туризм взял новую высоту
В течение четвертого дня проверялась лазерная связь, предназначенная, среди прочего, для проведения медицинских телеконференций. Посредством лазера Resilience связался со спутниками Starlink, которые летели на 200 км ниже корабля. Хотя эта операция проводилась ниже начальной орбиты, она превзошла рекорд экспедиции STS-31 к "Хабблу" — самую высокую из программы шаттла (621 км) и высоту полета Inspiration4 (585 км).
На борту Polaris Dawn, согласно официальному отчету, проведено 36 научных экспериментов. Однако, их детали не сообщались и научная ценность неизвестна. Зато известно, что на борту были сувениры, в том числе серебряный слиток, из которого планируется отлить медали для Олимпийских игр 2028 года в Лос-Анджелесе, закуски, предоставленные фирмой Doritos в качестве рекламной акции, и четыре комплекта роскошных швейцарских часов от IWC Schaffhausen, которые будут проданы на аукционе для сбора пожертвований на детскую больницу Святого Иуды в Теннесси.
Вторая автономная миссия корабля Crew Dragon продолжалось 4 суток 22 часа 14 минут, вдвое больше, чем у Inspiration4. Корабль совершил 75 витков вокруг Земли и 15 сентября 2024 года приводнился у островов Драй-Тортугас у побережье Флориды. Это рекорд продолжительности полета корабля компании SpaceX без стыковки с МКС и рекордный по продолжительности полет туристов.
Главным достижением миссии Polaris Dawn, несомненно, является первый в истории выход в открытый космос непрофессиональных астронавтов. При этом сами цели стендапа - любование Землей - говорят о том, что все это понадобилось для создания элементов будущей индустрии космических развлечений.
Этот успех дополняется рекордом, установленным 11 сентября — достижением апогея орбиты в 1408,1 км, а также тем, что Гиллис и Менон стали первыми женщинами, которые на сегодня улетели дальше всех от Земли. Да, Гиллис еще сыграла на скрипке в невесомости с эффектно вставшими дыбом волосами.
Медийный эффект слегка подпортили не столь яркие виды ВКД. Выяснилось, что скафандры SpaceX далеки от совершенства и нуждаются в доработке для того, чтобы использоваться даже для развлекательных выходов в открытый космос.
