Наполеоновские планы NASA и ULA, или "обгоним Илона Маска на Марсе"

[prostopasha1914]

Mars Lander. Credit: Lockheed Martin
Амбициозные планы человечества по высадке на Марс придумываются из года в год, однако, NASA и ULA, видимо, решили показать, что "они лучшие" и с пафосом представили публике "наследницу Артемиды " - программу Mars Base Camp по глобальному освоению Марса.

(Не все знают, что официально у LOP-G есть ещё одно назначение, кроме перевалочного пункта для Орионов между Землёй и Луной - это орбитальная верфь, для постройки пилотируемых аппаратов исследования дальнего космоса. Но обо всё по порядку).

1. Орбитальная база у Марса




Схема Марсианской орбитальной станции - презентация Lockheed Martin

«Ядром» проекта должна стать станция на орбите Марса, играющая, по сути, ту же самую роль перевалочного пункта, что и LOP-G. Такая привязанность NASA к станциям не появилась из неоткуда. Это является прямым наследованием корней ранних программ покорения красной планеты, с «Блэкджеком» и ядерными планетолётами, созданными ещё в 60-е - 70-е годы прошлого века. В задачи орбитального фарпоста входит:

1. Обеспечение хранения продукции, расходников и иных ресурсов, в относительной доступности, на орбите Марса.
2. Обеспечение хранения Лендеров и топлива.
3. Обеспечение необходимых условий, для хранения и работы научного оборудования.

В составе базы есть:

1. Топливные склады. (х2)
2. Бытовое пространство (модуль для отдыха, личной гигиены и прочих нужд астронавтов на орбите красной планеты.
3. Обсерватория.
4. Научная лаборатория.
5. Электрическая система коррекции орбиты. (Похожая на ту, что используется в LOP-G)
6. Шелтер, для защиты экипажа от космической «непогоды» и гнева вездесущей радиации. (х2) Данный модуль является составной частью прилетающих Орионов, а потому покидает станцию вместе с ними и его численность в составе станции может быть разная, в зависимости от момента времени.

Вообщем-то, достаточно неплохая станция размером с МКС на орбите Марса, со всеми необходимыми удобствами (разве что гравитационного барабана не хватает), научным оборудованием и набором кораблей. Несмотря на то, что экипаж 1 Ориона не будет превышать 4-х человек, станция, судя по всему, сможет обеспечить всем необходимым минимум две группы (8 человек).

Правда, на данный момент абсолютно не решённым остаётся вопрос того, как достаточно тяжёлые и крупногабаритные модули станции будут доставляться на орбиту Марса. Сами представители Lockheed Martin рассказывают о необходимости участия в программе ракеты SLS, однако непонятно, должна она использоваться только для запуска Ориона либо ещё и для запуска модулей станции. Возможно, модули станции будут запускаться с Луны, при помощи ионных двигателей или чего-то аналогичного - но у ULA это пока "только предположение".

2. Система доставки экипажа


Orion с криогенной двигательной установкой (для транспорта от Луны до Марса и экспедиций вокруг Деймоса и Фобоса) - Lockheed Martin
Для доставки экипажа на станцию предполагается использование корабля Орион с криогенной ступенью, а также с небольшим модулем - складом, который опустошается экипажем по мере полёта и после стыковки играет роль «укрытия», находясь в секции между топливных баков, где защита от радиации должна быть максимальной. Подобные системы защиты экипажа не новость, но стоит отметить, что Орион, даже с маленьким модулем склада/шелтером (только в составе станции), является, явно, не самым удобным средством путешествия 4-х астронавтов, которое продлится несколько месяцев. Очевидно, что данная система со временем будет пересмотрена, в следствии явной невозможности адекватного путешествия в подобных условиях, в столь продолжительный срок. Конечно, если только NASA не планирует вернуться к проектам ядерных двигателей.



Прототип модуля «переходника», который в полёте к Марсу будет являться складом и «укрытием» (в составе станции). Как тебе такое, Илон Маск? Starship просто меркнет в сравнении со здешней свободой и объёмом (данный модуль также будет включён в состав станции «Gateway» - NASA
Стоит отметить, что станция на орбите Марса позволяет осуществить полёт более безопасно, т.к. не ясно, с какими именно проблемами может встретиться пилотируемый корабль, летящий к другой планете. К примеру, в случае повреждения термозащиты корабль типа Старшип не сможет войти в атмосферу Марса, но при этом у него уже не будет топлива на обратный полёт. А станция позволяет не только провести обслуживание корабля, но и в случае необходимости использовать командный модуль станции (Орион с криогенной ступень, что находится в составе станции), для возврата астронавтов домой. А потому, несмотря на то, что данный подход кажется более примитивным, он является одним из наиболее безопасных.

3. Лендер


Mars Lander - Lockheed Martin
Lockheed Martin не поскупилось на рисовку концепта своего аппарата. Самый настоящий гибрид Space Shuttle и Starship! Судя по схемам, Lockheed Martin носовая часть корабля будет обладать минимальными отличиями от системы Space Shuttle. Главным образом, отличия вызваны необходимостью использования иной схемы стыковки со станцией (У Шаттла это производилось отдельным модулем, устанавливаемым в грузовом отсеке аппарата), а также адаптацией общей структуры под вертикальное нахождение на поверхности планеты. Стоит отметить, что данный посадочный аппарат не несёт серьёзной нагрузки, обитаемая его часть отводится под живое пространство экипажа и небольшой склад, рассчитанный на припасы для 4-х человек, в 2-х недельной миссии на поверхности. Остальное же пространство занято топливными баками. Однако, снизу всей системы, прям между двигателями находится небольшой ангар, предназначенный для 1-2 небольших машин, по схеме аналогичным тем, что использовались на Луне. Открытые машины для Марса - достаточно странный выбор. Но тем не менее, это концепт.

Предполагается, что «Марсианский Шаттл» будет использовать в качестве топлива составляющие компоненты воды - кислород и водород, которые планируется получать с поверхности Марса, либо в качестве внешних поставок топлива. Исходя из этого можно предположить, что ангар также служит и для размещения аппаратуры, для переработки льда в топливо. Хотя, с учётом достаточно монструозных размеров топливных баков, есть вероятность, что данный посадочный аппарат, в теории, способен взлетать на привезённом с орбиты топливе, которое осталось в его баках после посадки.

Конструкционно аппарат не предусматривает никаких аэродинамических поверхностей, для маневрирования в атмосфере, таковое производится только при помощи RCS системы и отклонения вектора тяги 6 основных двигателей.

Для высадки экипажа на поверхность небольшой складной мини-лифт, который выдвигается после посадки, а после убирается обратно под обшивку, для уменьшения аэродинамического сопротивления аппарата, ну и что бы не остаться на Марсе. Подобное решение использует и система Starship, однако, там это единственный способ выгрузить достаточно большую полезную нагрузку на поверхность планеты. Тут же данный лифт будет работать только для входа/выхода астронавтов.

На данном этапе многие, наверняка, задумались о том, а зачем же нам тогда в данной схеме Орион, когда у нас есть практически Старшип?

Во-первых, нет никакой информации о средствах доставки данного аппарата к Марсу. Учитывая, что все его основные двигатели используются для посадки, они являются атмосферными и не предназначены для эффективной работы на орбите, что означает, что к самостоятельному полёту к или от Марса данный орбитер не способен и является именно Шаттлом, для сообщения между орбитальной станцией и Марсианской поверхностью.

Во-вторых, данный аппарат достаточно сложный и в концепцию «безопасного хаба» NASA, в случае подобной самостоятельности и автономности от инфраструктуры станции, не вписывается. К тому же, судя по всему, к полёту дальше НОО Марса он не способен.

В-третьих стоит отметить, что мы ничего не знаем о средстве выведения данного аппарата, на НОО Земли. Исходя из габаритов аппарата, данный аппарат, в теории, сможет уместиться на SLS. С учётом того, что каких-то работ по аналогу Super Heavy для данного аппарата не предусмотрено и в ближайшем будущем не предвидится. Есть вариант, что данный аппарат будет выводиться на НОО сверхтяжёлой ракетой SLS. А далее доставляться на Марс некой орбитальной ступенью. Возможно, также выводимой на НОО Земли, при помощи SLS. (Внимание! В местах запуска ожидается дождь из зелёных бумажек, с лицами Американских Президентов! Просьба оставить их на Земле - это собственность ULA!)


Сравнение размеров - Reddit

4. Возможно-ли получить на основе MADV аналог системы Starship?

Чисто теоретически, конечно, возможно. Более того, для Lockheed Martin это будет приоритетной задачей (если только они когда-нибудь решатся сделать данный проект и он не будет заброшен в архивы Lokcheed Martin на глубину этажа №666).

Как же сделать аппарат более приспособленным, для полётов между орбитами? Скажем, от НОО Земли к поверхности Луны или с Лунной базы на поверхность Марса?

Для этого аппарат может использовать дополнительную ступень, как это делает сама система Starship.

В случае старта с НОО, эта ступень может выводиться второй SLS, а после осуществления орбитальной стыковки аппарат уже может направляться к точке назначения.

В случае старта с поверхности или орбиты Луны, общая схема не меняется, но ступень уже может быть подготовлена на месте. Такой вариант будет неплохим, если аппарат будет использоваться для обслуживания каких-либо объектов на Луне или исследовательских миссий.

Но самое смешное, что, несмотря на то, что данная схема позволяет найти ещё одно оправдание существования SLS, выбрасывание огромных средств в такую систему все равно не сможет конкурировать с аналогами в виде системы Starship.  И потому не особо в интересах Lockheed Martin. Ведь данная корпорация является самым крупной оборонопромышленной корпорацией в истории человечества, а потому деньги они считать умеют. Для Lockheed’а сейчас куда перспективнее выглядит развитие системы Orion, которую уже точно будут использовать для полётов на Луну.

5. Итог

Данный концепт Марсианских экспедиций, конечно, заслуживает право на жизнь, а также - теоретически - является осуществимым в ближайшие 10-15 лет. Правда, о суммах, необходимых на его реализацию, лучше не думать. Но жизнеспособность самой идеи это не отменяет.
Другое дело, что система, являясь концептом, не способна качественно конкурировать с гораздо более реальным аппаратом от конкурентов - системой Starship. Попытка обеспечить безопасность и увеличить количество пусков у себя в кармане, путём усложнения конструкции и разделения ролей, стоит данному концепту права на жизнь. Да, орбитальная станция позволит увеличить общую безопасность экипажа, участвующего в операции, однако, ничто не мешает тому же экипажу Starship произвести диагностику и ремонт системы ещё в полёте, перед посадкой на Марс. К тому же, максимальное разделение ролей привело только к тому, что проект стал действительно космический и, вероятно, будет ещё не один год сниться тому бухгалтеру Lockheed Martin, что решит посчитать во сколько всё это веселье выйдет, особенно с использованием SLS для каждого запуска.

Что ж, концепт является очень интересным, в особенности интересной выглядит попытка использовать наработки системы Space Shuttle. Однако что-то мне подсказывает, что увидеть этот проект в металле, скорее всего, мы никогда не сможем.

_____________________________________________

По материалу Владимира Х.