Космический корабль Orion: как устроен и работает «Аполлон» на стероидах
Космический корабль Orion — один из ключевых элементов американской лунной программы «Артемида», пришедшей на смену «Аполлону». В рамках миссии Artemis II, которую NASA пытается осуществить с февраля 2026 года, но постоянно откладывает запуск, «Ориону» с четырьмя астронавтами на борту предстоит облететь Луну и вернуться на Землю. Как устроен корабль, чем он отличается от «Аполлона» и какие его системы проверят в ходе Artemis II.
Миссия Artemis II снова откладывается. Пока устраняют проблемы в ракете-носителе SLS, эксперт Pro Космоса Игорь Афанасьев предлагает подробнее рассмотреть «Орион», который впервые доставит экипаж в космос. Космический корабль Orion — это самая большая пилотируемая капсула — бескрылый космический аппарат, обладающий возможностями маневрирования при спуске в атмосфере — за всю историю.
Чем корабль Orion отличается от Apollo и Crew Dragon
Американские специалисты считают Orion, созданный для программы Artemis, новым этапом в освоении космоса. Он унаследовал форму командного модуля Apollo, но значительно превзошел исторический корабль по всем параметрам.
Отличие Orion от Apollo
Сравнение демонстрирует значительный прогресс. Orion обеспечивает более комфортные условия для экипажа: есть система утилизации отходов и кухня для приготовления пищи, что важно для длительных миссий. Жилой объем увеличился на 30%: у Apollo он был около 6 м³, а у Orion — 9 м³. Вместимость также возросла: Apollo вмещал трех астронавтов, а Orion может взять четырех к Луне и шестерых на низкую околоземную орбиту.
Вычислительная мощность Orion выросла многократно: его бортовые компьютеры в 200000 раз мощнее, чем у Apollo, а система управления имеет пятикратное резервирование. Внешне произошли изменения: механические переключатели заменены на «стеклянную кабину» с дисплеями, но сохранены физические кнопки для сложных сценариев работы экипажа в космосе.
Источник энергии также изменился: Apollo использовал топливные элементы, а Orion оснащен четырьмя большими солнечными батареями. Это повышает автономность и соответствует современным подходам. В 2022 году во время миссии Artemis I беспилотный Orion побил рекорд по дальности полета: он удалился от Земли на 401798 км, опередив Apollo 13 с его 400171 км.
Интересно, что если Apollo был полностью американским проектом, то Orion создан при участии международного сообщества. Служебный модуль для корабля разработан Европейским космическим агентством (ЕКА).
Отличие Orion от Crew Dragon
Сравнивая Orion с другим современным кораблем — Crew Dragon от SpaceX — можно увидеть четкое разделение задач. Crew Dragon выступает в роли высокотехнологичного «такси» для доставки экипажей на низкую околоземную орбиту, например к МКС, тогда как Orion спроектирован для куда более амбициозных целей: полетов к Луне и в дальний космос, включая потенциальные миссии к Марсу.
Разница в назначении отражается во многих характеристиках. Orion может обеспечивать жизнь и работу экипажа в течение 21 дня в свободном полете и до полугода в составе станции, тогда как ресурс Crew Dragon без стыковки с МКС обычно ограничен примерно одной неделей. Стартовая масса Orion вместе со служебным модулем составляет около 26 т — почти вдвое больше, чем у Crew Dragon (12,5 т), а внутренний объем также заметно превосходит конкурента.
Особые требования к миссиям дальнего космоса повлияли и на систему теплозащиты: экран Orion рассчитан на вход в атмосферу со второй космической скоростью (около 11 км/с) при возвращении от Луны. Это создает гораздо более высокие термодинамические нагрузки, чем при спуске с орбиты МКС (около 8 км/с), для которого оптимизирован Crew Dragon.
Различаются и системы спасения: Crew Dragon использует встроенные жидкостные двигатели SuperDraco для увода капсулы от ракеты при аварии, а Orion полагается на классическую твердотопливную двигательную установку системы аварийного спасения, вынесенную над командным модулем и отстреливаемую после успешного выхода на траекторию.
Наконец, стоимость тоже говорит о разном масштабе задач: эксперты оценивают цену места на корабле Orion более чем в $250 млн (в рамках миссии), тогда как у Crew Dragon этот показатель составляет около $55 млн.
Таким образом, по мнению представителей NASA, «Orion не просто продолжает традиции Apollo, но и закладывает основы для новой эры космических исследований, сочетая проверенные решения с передовыми технологиями и международным сотрудничеством».
Устройство космического корабля Orion для Artemis II
Миссия Artemis II — важный этап программы NASA по возвращению человека на Луну. Это первый пилотируемый полет корабля Orion, направленный на проверку всех его систем в реальных условиях. Особое внимание уделят системам жизнеобеспечения — в том числе новому туалету UWMS, блокам очистки воздуха, контролю давления, кухне и тренажеру.
Экипаж удалится от Земли примерно на 400 тысяч километров — дальше, чем кто‑либо из людей за последние десятилетия. Астронавты отработают траекторию свободного возвращения с облетом вокруг Луны. При этом предстоит оценить надежность и интуитивность новых систем навигации и управления — то есть работу бортового радиоэлектронного оборудования и взаимодействие человека с компьютерами. Последние, кстати, с тройным резервированием устойчивы к радиации и космическим лучам и управляют всеми системами корабля.
Еще одна важная задача — проверить теплозащитный экран. Во время предыдущей миссии Artemis I на нем появились серьезные дефекты, и теперь нужно подтвердить, что проблему устранили: экран должен выдержать вход в атмосферу на высокой скорости. Собранные в ходе полета данные — о работе систем, самочувствии экипажа и условиях полета — помогут подготовить высадку на Луну в рамках следующей миссии, Artemis III.
Миссия подчеркивает политический характер программы: в составе экипажа — астронавты из США и Канады. Командир — Рид Уайзман (Reid Wiseman), пилот — Виктор Гловер (Victor Glover), специалисты миссии — Кристина Кук (Christina Koch) и канадский астронавт Джереми Хансен (Jeremy Hansen). Последний станет первым канадцем, который облетит Луну. Специалисты NASA считают, что успех миссии приблизит создание лунной станции и баз, а также поможет отработать технологии для будущих полетов к Марсу.
Командный отсек «Ориона» — герметичная кабина для четырех человек. По размеру обитаемый отсек примерно равен салону внедорожника: его диаметр составляет около 5 м, а объем — 90 м³. Внутри он организован максимально функционально.
В передней (носовой) части расположены кресла командира и пилота; за ними — места для двух других членов экипажа. После выхода на орбиту кресла задних членов экипажа можно убрать, чтобы освободить пространство для передвижения астронавтов и гигиенических процедур.
Перед креслами пилотов — многофункциональные дисплеи, органы управления кораблем, системы связи и навигации: вся информация выводится на экраны и дублируется голосовыми оповещениями. Для связи и общения с Центром управления полетами имеются гарнитуры, микрофоны и динамики, а также планшеты. Они используются не только для загрузки заданий, но и для развлечений.
Отдельных кают в отсеке экипажа нет: астронавты спят в спальных мешках, которые крепятся к стенам в разных зонах — так, чтобы не мешать работе остальных.
Небольшая зона с подогревателем пищи, контейнерами для обезвоженных продуктов и системой подачи воды выполняет роль кухни: здесь астронавты готовят и принимают пищу.
Бортовая аптечка содержит базовые средства первой помощи и диагностические инструменты (стетоскоп, электрокардиограф), данные с которых можно передавать на Землю.
Для физических упражнений предусмотрен компактный тренажер — маховик на тросе EFS (Exercise Equipment). Устройство занимает объем не больше обувной коробки, но дает нагрузку до 180 кг: это помогает бороться с атрофией мышц в невесомости. В Artemis II не будет стыковки со станцией, где есть большие тренажеры, поэтому такое компактное решение особенно важно.
Система жизнеобеспечения включает фильтры очистки воздуха с нерасходными картриджами, регуляторы давления и температуры, датчики контроля атмосферы. В отличие от «Аполлона», где картриджи нужно было менять вручную, здесь используются многоразовые патроны для поглощения углекислого газа — они регенерируются автоматически.
Туалет в космосе: тогда и сейчас
«Есть ли на корабле туалет?» — этот вопрос неизменно звучит в зале, едва речь заходит о космических полетах. А следом возникает еще один: «Как это вообще работает в невесомости?» И правда — каково это, когда вокруг бескрайний космос, а ты находишься в тесной кабине корабля с коллегами? Можно ли уединиться или все происходит у всех на виду?
Перенесемся в прошлое. Миссия Artemis II продлится 10 дней — примерно как лунные экспедиции «Аполлонов». Но представьте: у астронавтов тех миссий не было туалета! Им приходилось пользоваться «средствами для сбора отходов» — по сути, обычными пластиковыми пакетами с клейким ободком. Сама процедура их использования была крайне трудной и… неприятной.
В те годы добиться герметичности было невероятно сложно. После использования в пакет нужно было добавить антибактериальный состав, затем практически вручную перемешать содержимое — и только потом запечатать. Неудивительно, что, когда на шаттлах появились настоящие туалеты, в полетных заданиях четко прописали: если туалет сломается, миссию прекратят. Никто не хотел возвращаться к этим неудобным пакетам.
В условиях невесомости вода не стекает вниз, поэтому туалет работает на принципе пылесоса. Для жидких отходов используется персональная воронка со шлангом и вакуумным насосом. Твердые отходы собираются с помощью сиденья с отверстием, куда мощным потоком воздуха затягиваются в специальный сетчатый мешок. Чтобы удержаться «на рабочем месте», астронавты держались за поручни и фиксировали ноги ремнями.
На Международной космической станции установлены три туалета: в российских модулях «Звезда» и «Наука», и американском модуле Tranquility. Туалеты на шаттлах были громоздкими, требовали времени на подготовку к использованию и на последующую «заморозку» отходов, что приводило к очередям. Современные системы на МКС компактны и подходят для обоих полов.
На шаттлах мочу просто выбрасывали в космос, на МКС очищают, превращая в воду. Твердые отходы на шаттлах прессовали, замораживали и хранили до посадки, на МКС собирают в контейнеры, а затем отправляют на грузовых кораблях и сжигают в атмосфере Земли.
С 2014 года инженеры NASA вместе со специалистами компании Collins Aerospace трудились над созданием «универсальной системы утилизации отходов» UWMS (Universal Waste Management System). Цель была четкой и амбициозной: создать компактный, надежный и удобный туалет для полетов за пределы Луны.
Инженерам предстояло решить целый ряд сложнейших задач, в том числе сделать систему максимально легкой и компактной (места в корабле Orion гораздо меньше, чем на шаттле или в американском сегменте МКС), обеспечить работу в условиях невесомости и при разной гравитации (с прицелом на будущие миссии), исключить запахи и риск утечек, упростить использование (астронавтам не должно требоваться много времени и усилий) и предусмотреть возможность ремонта в полёте.
При разработке системы UWMS инженеры учитывали множество факторов. Они создали универсальный дизайн, подходящий для всех членов экипажа, включая женщин-астронавтов. Использовали материалы, устойчивые к агрессивной среде, чтобы обеспечить долговечность системы. Интегрировали туалет с модулями регенерации воды для эффективного ресурсосбережения. Также уделяли внимание шумоизоляции и разработали интуитивно понятный дизайн для психологического комфорта экипажа.
Новый туалет на 65% меньше и на 40% легче, чем санитарно‑гигиенический отсек МКС. Некоторые обозреватели считают его «настоящим чудом инженерной мысли, где каждая деталь продумана до мелочей».
Как работает туалет на космической корабле Orion
Гигиенический отсек «Ориона» — это «каморка под лестницей»: компактная зона кабины экипажа, отделенная от основного пространства герметично закрывающейся дверцей с надежной защелкой. Здесь все устроено так, чтобы можно было уединиться и не мешать остальным астронавтам.
Внутри имеется сиденье, спроектированное с учетом анатомических особенностей человека. Инженеры долго тестировали разные варианты, добиваясь идеального баланса: поток воздуха должен надежно уносить отходы, но при этом конструкции предстояло оставаться удобной. Рядом расположены крепления для шланга сбора мочи, а над сиденьем — панель с индикаторами состояния системы и кнопками экстренной остановки.
Система по прежнему работает по принципу пылесоса. В ней два вентилятора‑сепаратора: один для жидких, другой для твердых отходов. Они создают поток воздуха, проходящий из кабины через унитаз, и направляющий отходы по разным каналам — словно невидимая рука аккуратно сортирует их.
Жидкие отходы сразу поступают в резервуар для предварительной очистки. В них автоматически добавляется специальное химическое вещество — оно предотвращает размножение микробов и засорение системы. Состав дозируется насосом, который контролирует датчик электропроводности.
Твердые отходы попадают в герметичный контейнер с одноразовым пакетом. Контейнер спроектирован так, чтобы исключить любые утечки — даже в условиях невесомости.
Центробежный сепаратор работает от того же двигателя, что и вентиляторы, и помогает эффективно разделять жидкие и твердые фракции. Представьте вращающийся механизм, который под действием центробежной силы отделяет одно от другого — точно и безотказно.
Многие детали UWMS напечатаны на 3D‑принтере из титана и инконеля — это легкие, прочные и коррозионностойкие сплавы. Они выдерживают агрессивную среду (например, высокую кислотность мочи) и служат долго.
Система включается автоматически — достаточно поднять крышку унитаза и взять шланг мочеприемника. Никаких внешних панелей и переключателей не требуется. Это экономит время и снижает риск ошибок.
До установки в «Орион» туалет UWMS протестировали на МКС. Его доставили в октябре 2020 года на грузовом корабле Cygnus. Астронавты использовали его 17 дней — за это время система была задействована 80 раз.
Испытания выявили несколько проблем, которые инженеры оперативно устранили. Например, сломался датчик давления — причина оказалась в неисправном конденсаторе (после этого усилили контроль за электроникой), были небольшие утечки запаха — улучшили герметичность контейнеров и соединений, доработали конструкцию мешков для сбора отходов, оптимизировали работу насоса подачи химического состава для обработки мочи.
Во время испытаний на МКС выяснилось, что система может работать слишком шумно. В UWMS добавили звукоизоляционные материалы — теперь уровень шума заметно снижен. По итогам тестов туалет стал надежнее и теперь готов к полетам за пределы Луны и, возможно, к ещё более далёким миссиям.
Что говорят астронавты NASA о туалете в космосе
Туалет в дальнем космическом полете — важная часть не только системы жизнеобеспечения, но и быта экипажа. Участники миссий относятся к этой теме серьезно и предпочитают не обсуждать ее открыто. Однако в СМИ и интервью можно встретить высказывания астронавтов о космическом туалете.
Пегги Уитсон, проведшая в космосе в общей сложности 665 суток, отмечает, что туалет на МКС не вызывает у нее ностальгии. Она сравнивает его использование с походами, где для справления нужды используются не кустики, а воронка с вентилятором. Однако «делать большие дела» в условиях невесомости сложнее: нужно точно попасть в маленькое отверстие контейнера, чтобы отходы засасывались внутрь и упаковывались в пакет. Иногда система дает сбой, и астронавты вынуждены ловить разлетающуюся неожиданность.
Джек Фишер перед полетом на МКС в 2017 году признавался, что больше всего его пугает использование туалета. Он отмечает, что система всасывания сложна и вызывает у него «трепет и здоровый ужас».
Сунита Уилльямс упоминает, что сиденье в космическом туалете маленькое, поэтому важно «как следует прицелиться». Она также отмечает, что российская туалетная бумага «несколько грубовата».
Крис Хэдфилд успокаивает, что в туалете есть специальный ремень, чтобы астронавт не улетел во время использования. Он шутит, что падающая звезда, на которую загадывают желания влюбленные на Земле, может быть сгорающим в атмосфере кораблем, содержащим контейнеры с отходами.
Есть и исторические случаи. Например, в 2018 году на американском сегменте МКС сломался туалет, из-за чего американским астронавтам пришлось какое-то время вежливо стучаться к русским коллегам, пользоваться памперсами и складировать отходы в запасной скафандр.
Эти высказывания показывают разные аспекты использования космического туалета — технические сложности, неудобства и юмор.
Такой вот он, космический туалет UWMS — не просто утилитарное устройство, а сложный механизм, воплотивший в себе лучшие достижения инженерной мысли. Он позволяет астронавтам сохранять достоинство и комфорт даже в самых экстремальных условиях, открывая новые горизонты для покорения космоса.
Подробнее о том, каковы цели, задачи и этапы миссии на Луну Artemis II, рассказывал в материале академик Российской академии космонавтики имени К.Э. Циолковского Игорь Маринин.
Читайте также:
