Миф Аполлонов как препятствие развитию пилотируемой космонавтики (часть 2)
Миф Аполлонов как препятствие развитию пилотируемой
космонавтики
Окончание. Начало
Если не Орион - то как возвращаться?
В случае нереализуемости возвращения на Землю собственно командного модуля, может быть рассмотрен другой вариант. Например, 30 лет назад был предложен вариант промежуточного этапа на пути к Луне и обратно [90-Day Report, 1989]. Предвидя экстремальные трудности, которые предстоит преодолеть для успешного возвращения капсулы с экипажем, было предложено использовать орбитальную станцию как связующую промежуточную платформу.
Рис. 2. Эта иллюстрация 1989 года демонстрирует глубокие размышления и более дальновидное решение, нежели чем текущие планы НАСА по возвращению из дальнего космоса.
В самом деле, имеет смысл рассмотреть другие варианты безопасного возвращения на Землю, имея в виду, что приземление капсулы Ориона по профилю с отскоком от атмосферы еще не опробовано, и до сих пор не ясно, насколько оно будет надежным с существующим теплозащитным экраном. Например, возможен вариант схемы возвращения из дальнего космоса с пересадкой на встречающий (транзитный) аппарат, как показано на Рис.3. Вполне возможно при возвращении корабля типа Орион с высокой эллиптической орбиты (ВЭО) устроить рандеву и выполнить стыковку с космическим кораблем, который был бы специально разработан для встречи экипажей, возвращающихся из дальнего космоса. В случае приемлемой радиационной защиты такого корабля, экипажи будут иметь возможность поэтапного растянутого во времени перехода к хорошо отработанной методике приземления с НОО.
Встречающий космический корабль выводится на ВЭО, скажем, от 60 до 80 тысяч километров высотой, и будет ожидать возвращающийся модуль, например, Орион, для сближения с ним за пределами радиационных поясов. Тогда они смогли бы совместить свои траектории, сблизиться и выполнить стыковку.
Экипаж со своим ценным грузом (образцы лунных пород, элементы некоторых важных систем, например, датчики солнечного ветра и т. д.) переходит во встречающий корабль. Орион затем отстыковывается и уходит в свободное падение на Землю (или на управляемую траекторию приземления без проблем, связанных с необходимостью избегать тяжелых перегрузок при возвращении с экипажем и т. д.).
Рис. 3. На схеме, взятой из [First Crewed, 2016], Орион на обратном пути из дальнего космоса (красная траектория) сближается и выполняет стыковку с транзитным космическим кораблем на ВЭО (зеленая траектория).
Для реализации такой схемы должны быть две предпосылки: во-первых, встречающий космический аппарат должен быть специально предназначен для этой цели, поэтому он должен обладать адекватной повышенной радиационной защитой, и, во-вторых, он должен иметь достаточный запас топлива, чтобы обеспечить безопасный плавный спуск с ВЭО (с несколькими суборбитами при необходимости) до относительно низкой квазикруговой, практически околоземной орбиты типа НОО. Тогда последующие вход в атмосферу и приземление сведутся к отработанной технической процедуре, которая хорошо зарекомендовала себя, например, на аппаратах Союз. Радиационная обстановка должна быть полностью изучена заранее - в первую очередь внутри и вокруг поясов Ван Аллена - гарантируя безопасность полета на транзитном корабле.
Преимущества такой схемы могут быть двоякими: 1) отсутствие потребности в какой-либо изощренной тепловой защите (которая пока не создана) и, что более важно, 2) для возвращающихся экипажей условия на борту транзитного корабля будут значительно более благоприятными без угрозы резких перегрузок 6 - 8 g или более, если приземление пойдет нештатно. Последнее обстоятельство критически важно для экипажа, который провел восемь и более дней в отсутствие гравитации. Также возможно предусмотреть отсек с искусственной гравитацией на транзитном корабле для подготовки экипажа к перегрузкам при приземлении - впрочем, это, конечно, будет возможно в более отдаленной перспективе.
Биомедицинские аспекты полетов за пределы НОО
Для специалистов НАСА очевидно, что объявленные лунные экспедиции в конце 1960-х и начале 70-х годов не являются убедительным свидетельством безопасных полетов за пределы НОО, и теперь им требуются достоверные данные для того, чтобы только начать анализировать опасность полетов на Луну. Ни пышущий здоровьем Базз Олдрин (который в возрасте 86 лет путешествует к Южному полюсу, см. Рис.4), ни Джек Шмитт в свой 81 год не рассматриваются как убедительные медицинские примеры, доказывающие то, что путешествия на Луну безвредны. Совсем наоборот, специалисты НАСА рассуждают о существенных неопределенностях и потенциальных опасностях дальних космических полетов, как будто до сих пор в этом не было получено никакого опыта.
Рис. 4. Базз Олдрин отправляется в свое антарктическое путешествие. НЗ Геральд, 2 декабря 2016 года (обратите внимание на российский самолет, используемый для полетов в Антарктиду из Крайстчерча, Новая Зеландия).
Что касается воздействия радиации на здоровье и самочувствие астронавтов, которым придется отправиться за пределы НОО, НАСА выражает обеспокоенность отсутствием каких-либо достоверных данных, которые все еще необходимо получить перед отправкой астронавтов в дальний космос. НАСА не утверждает, что пересечение поясов Ван Алена не является проблемой. Наоборот, специалисты НАСА по радиации выражают опасения, что при полетах за НОО придется пересекать радиационные пояса, и поэтому им необходимо больше знаний о реальном воздействии радиации поясов. (см. MB3)
Сегодня трудно поверить, что медицинские аспекты воздействия жесткой радиации глубокого космоса до сих пор не были изучены в достаточной мере, чтобы можно было выдавать практически существенные рекомендации. На самом деле никаких реальных знаний по радиационной защите не было наработано для защиты астронавтов Аполлонов. И, как результат, нынешние попытки начать реальные исследования сталкиваются с весьма серьезными затруднениями.
Нет никаких свидетельств того, что состояние здоровья тех, кто якобы летал на Луну, хоть как-то вообще изучалось. Важно отметить, что в авторитетном докладе о рисках для здоровья в космосе [Human Health, 2009] никаких таких исследований не упоминается. Есть всего несколько статей о малозначимых вопросах, таких как вспышки света в глазах некоторых астронавтов Аполлонов или их предпочтения в питании.
На сегодняшний день в планах подготовки нельзя полагаться на данные по радиационному излучению, якобы полученные в миссиях Аполлонов, и поскольку эти "данные" не отражают реальной картины в космическом пространстве - это не просто недостаточная информация - это подделка.
В реальном мире, если предположить на минуту, что полеты Аполлонов действительно имели место, в центре внимания были бы представлены всеобъемлющие и многогранные исследования с тщательным анализом, охватывающим все аспекты выполнения аполлоновских миссий. Сравнение здоровья астронавтов и контрольной группы на земле безусловно необходимо. Кроме того, наряду с этой крайне необходимой работой, очень важно сравнить физическое состояние астронавтов Аполлонов с 15-го по 17-й, которые находились на орбите Луны в командном модуле (это А. Уорден, Т. Маттингли, и Р. Эванс) и тех, кто провел более 20 часов на лунной поверхности (Д. Скотт, Дж. Ирвин, У. Янг, К. Дьюк, А. Сернан и Х. Шмитт). Но ничего подобного никогда не проводилось, и даже ныне здравствующие астронавты до сих пор не привлекают никакого внимания специалистов.
В одном из самых последних докладов авторитетного Института Медицины о здоровье астронавтов Аполлонов обсуждается их “высокая смертность” от сердечно-сосудистых заболеваний [Health Risks, 2016].
Рис. 5. Ссылка на статью о «высокой смертности» из Обзорного доклада НАСА по свидетельствам о рисках для здоровья человека, 2016.
На момент написания этой критической статьи шесть из 12-ти “лунных пешеходов” еще живы (из тех же, кто ушел из жизни, Пит Конрад скончался после аварии на мотоцикле, и на момент выпуска упомянутого доклада, Юджин Сернан был еще жив). Из 24-х объявленных лунных путешественников, 15 до сих пор живы, и все они уже в возрасте свыше 80-ти лет. Джек Свигерт и Стюарт Руза умерли от причин, не связанных с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Данные в отношении указанной причины могут быть далее проанализированы путем сравнения с группами того же возраста [Morbidity & Mortality, 2012]. Вообще говоря, здоровье лунных астронавтов в целом просто замечательно и заслуживало бы восхищения, если бы они действительно побывали на Луне.
На пути к Лунному форпосту
Еще одной из главных нерешенных проблем остается достаточно мощная ракета-носитель наряду с оборудованием для отправки как экипажей, так и грузов, по дальним космическим маршрутам. В 2005 - 09 гг. предпринималось несколько исследовательских проектов, которые можно назвать ретроспективными теоретическими попытками понять рабочие характеристики Сатурна-5. В частности, изучить серьезные акусто-вибрационные проблемы - пого-эффект (т.е. продольные колебания корпуса первой ступени - Прим. ред.). Скорее всего, этот эффект был вызван стремительным опустошением топливных баков первой ступени. После компьютерного моделирования этого акусто-вибрационного эффекта работы по Арес-5, ракете-аналогу Сатурна-5, были приостановлены, а вскоре после ограниченных летных испытаний Ареса-1 полностью прекращены. Даже сильнейшее политическое давление со стороны Конгресса в 2011 году не смогло подвигнуть специалистов НАСА принять план создания мощной ракеты к 2016 году. ( MB2) Сейчас, уже в 2017 году, до сих пор не ясно, как скоро и насколько надежная ракета будет представлена.
Недавний Президентский Указ о полномочиях НАСА [Act, 2017] во многом повторяет задачи, поставленные в аналогичном Указе от 2010 года, указывая опять на два ключевых элемента, Орион и Стартовую Систему. Указ обозначил долгосрочные цели разработки “марсианского спускаемого и взлетного модуля, средств для входа, спуска, посадки и взлета с Марса, а также средств передвижения по его поверхности ... и испытаний одного или более обитаемых модулей в окололунном пространстве для подготовки миссий на Марс.” [Act 2017, Section 432(3)], при этом ничего не говоря ни о лунном модуле, ни о высадке на Луну.
Идея “окололунного форпоста”, предполагающая “потенциальное его использование для обеспечения лунных высадок в первую очередь международными партнерами, но не НАСА”, носится в воздухе. [Cislunar Outpost, 2017] Примечательно, что Президентский Указ 2017 года [Act 2017] признает, что существует необходимость развивать пилотируемые космические программы в сотрудничестве с иностранными партнерами.
Что ждет впереди
В последние годы вдохновляющую идею лунной базы затмила другая мечта - полет на Марс. Но ни одно, ни другое предприятие не смогут быть осуществлены без обеспечения необходимых технических возможностей, которые стали бы их надежной основой. Необходимые элементы все еще только предстоит разработать, и сделать это возможно только последовательными предварительными шагами, каждый из которых нельзя проигнорировать без неприемлемого риска для экипажа. Надежное решение проблемы возвращения экипажей на Землю требует бескомпромиссной взаимной увязки целого набора биомедицинских условий.
Когда в 2005 - 09 годах было выявлено, что эти основные предварительные научно-исследовательские работы еще только предстоит выполнить, в частности, работы по радиационной защите и по разработке методики безопасного возвращения, стало очевидным, что продекларированные результаты Программы Аполлон были сфальсифицированы, и на них ни в коем случае полагаться нельзя.
“То, что 45 лет назад для успешной лунной миссии должно было быть закончено как параллельные разработки в сроки от 3 до 4 лет... сейчас происходит чрезвычайно медленными темпами путем последовательного создания отдельных элементов и согласно неопределенным, если не сказать вообще не имеющим временных рамок, планам. Действительно, то, что первоначально в Программе Созвездие планировалось выполнить в течение 15 лет, теперь превратилось в полностью открытую схему без каких-либо определенных сроков высадки человека на Луну.” ( MB2)
На этом фоне две последние заявки НАСА и SpaceX о скорых полетах к Луне, а также предъявление разработки капсулы Орион как транспортного средства для путешествия на Марс, вводят публику в полное заблуждение. На самом деле, оба эти предложения просто нежизнеспособны, и при этом тот же самый ряд известных технических проблем остается нерешенным. Эта беспредельная мешанина порождается необходимостью поддерживать миф Аполлонов любыми средствами.
НАСА узурпировало позицию мирового лидера в пилотируемой космонавтике и на десятилетия отодвинуло мечту человечества полететь в дальний космос. Агентство не имеет морального права продолжать утверждать, что оно когда-то осуществило высадки на Луну. Огромные финансовые ресурсы будут и далее тратиться впустую до тех пор, пока Агентство не прекратит поддерживать миф, рожденный в угоду политическим решениям времен "холодной войны", и полностью признает нерешенные технические проблемы.
Новые бескомпромиссные планы пилотируемых лунных миссий должны быть разработаны с нуля и потом должны строго соблюдаться в ходе реализации общей согласованной международной стратегии. Последовательные постепенные шаги в совместной работе всех космических агентств позволят, наконец, достичь того потенциала в пилотируемой космонавтике, которого человечество реально заслуживает.
Отныне НАСА может быть только одним из рядовых партнеров в этом предприятии.
Примечание
1. Автор написал серию статей про Лунную Базу в журнале Nexus 21/05, 22/03, и 23/04, которые опубликованы также на сайте Aulis.com/moonbase2014, 2015 и 2016 - они цитируются здесь как MB1, MB2, MB3.
Эти статьи имеются также в русском переводе по следующим ссылкам (Прим. ред.):
MB1: Лунная база. Есть ли надежда построить, наконец, лунную базу?
http://www.ffke1975.narod.ru/s/s8/s84/moon_base.htm
MB2: К созданию лунной базы: есть ли что взять из Аполло-наследия?
http://www.ffke1975.narod.ru/s/s8/s84/moon_base-2.htm
MB3: К созданию лунной базы: оставляя наследие Аполлонов позади.
http://www.ffke1975.narod.ru/s/s8/s84/moon_base-3.htm
Благодарность
Автор благодарен редакторам издательства Aulis за полезные обсуждения и помощь при подготовке статьи к публикации.
Ссылки
[R. Reagan, 1984]: Address Before a Joint Session of the Congress on the State of the Union. January 25, 1984
http://www.presidency.ucsb.edu/ws/?pid=40205
[90-Day Report, 1989]: Aaron Cohen, et al., Report of the 90-Day Study on Human Exploration of Moon and Mars. NASA-TM-102999, November 1989, 159pp
[Zubrin, 2011]: Robert Zubrin with Richard Wagner, The Case for Mars: the plan to settle the red planet and why we must. Free Press, New York, 2011, 384pp
[GAO on Orion, 2016]: Orion Multi-Purpose Crew Vehicle: Action Needed to Improve Visibility into Cost, Schedule, and Capacity to Resolve Technical Challenges. Government Accountability Office, Report GAO-16-620, July 2016.
http://gao.gov/assets/680/678704.pdf
[GAO on HSE, 2016]: NASA Human Space Exploration: Opportunity Nears to Reassess Launch Vehicle and Ground Systems Cost and Schedule. Government Accountability Office, Report GAO-16-612, July 2016
http://gao.gov/assets/680/678694.pdf
[Inspector General, 2016]: NASA Office of Inspector General, NASA’s Commercial Crew Program: Update on Development and Certification Efforts. Report No. IG-16-028, Sept 2016
https://oig.nasa.gov/audits/reports/FY16/IG-16-028.pdf
[ЕМ-1 Crewed, 2017]: Brian Dunbar, NASA to Study Adding Crew to First Flight of SLS and Orion. February 16, 2017
https://www.nasa.gov/feature/nasa-to-study-adding-crew-to-first-flight-of-sls-and-orion
[SpaceX, 2017]: SpaceX to Send Privately Crewed Dragon Spacecraft Beyond the Moon Next Year. Press release February 27, 2017
http://www.spacex.com/news/2017/02/27/spacex-send-privately-crewed-dragon-spacecraft-beyond-moon-next-year
[Stardust, 2007]: D.O. Revelle & W.N. Edwards, Stardust: An artificial, low-velocity “meteor” fall and recovery. 15 January 2006, Meteoritics & Planetary Science Vol.42, No. 3, 2007, pp.271-299
http://adsabs.harvard.edu/full/2007M&PS...42..271R
[Stardust, 2013]: PICA Heat Shield. SpaceX press release, April 4, 2013
http://www.spacex.com/news/2013/04/04/pica-heat-shield
[Phil Kouts, 2017]: Empty Claims on Moon Flights. Letter to the Editor, Nexus Vol. 24, No.4, p.4, June-July 2017
http://aulis.com/news290.htm
[NASA HQ, 2017]: Robert Lightfoot, NASA Decision on Crewed EM-1 Feasibility. Status Report from NASA HQ, 12 May 2017
http://www.spaceref.com/news/viewsr.html?pid=50118
[Earthrise, 2008]: Robert Poole, Earthrise: How Man First Saw the Earth. Yale University Press, 2008, 236pp
[Arch. Study, 2005]: NASA's Exploration Systems Architecture Study. Final Report, NASA-TM-214062, November 2005 (750pp)
http://tinyurl.com/kd33me7
[First Crewed, 2016]: Jeff Foust, NASA considers shorter first crewed SLS/Orion mission. December 2, 2016
http://spacenews.com/nasa-considers-shorter-first-crewed-slsorion-mission/
[Human Health, 2009]: Human Health and Performance Risks of Space Exploration Missions. Editors Jancy C. Mcphee and John B. Charles, NASA SP-2009-3405, Houston, TX. 2009, 389pp
[Health Risks, 2016]: Review of NASA's Evidence Reports on Human Health Risks. Institute of Health, The National Academic Press, Washington, 2016
https://www.nap.edu/read/23678/chapter/2
[Morbidity & Mortality, 2012]: Morbidity & Mortality, 2012 Chart Book on Cardiovascular, Lung and Blood Diseases, For Administrative Use. National Heart, Lung, and Blood Institute, National Institute of Health, February 2012, 107pp
[Act, 2017]: NASA Transition Authorization Act of 2017. Enacted by the Senate and House of Representatives of the USA, January 3, 2017
https://www.congress.gov/bill/115th-congress/senate-bill/442
[Cislunar Outpost, 2017]: Jeff Foust, NASA moving ahead with plans for cislunar human outpost. March 10, 2017
http://spacenews.com/nasa-moving-ahead-with-plans-for-cislunar-human-outpost/
ПРИЛОЖЕНИЕ Изъяны программы Аполлон
Ракеты / Двигатели
Вскоре после того, как новая упрощенная программа была запущена в 2010 году вместо ПС, НАСА сразу призналось, что не сможет завершить разработку тяжелой ракеты-носителя к концу 2016 г., как это требуется согласно Президентскому Указу от 2010 года, адресованному НАСА [Prelim. Report, 2011]. Это признание вызвало негодование в правительстве США не столько из-за откровенного отрицания, но, скорее всего, из-за того, что новая Лунная программа НАСА не смогла найти ничего лучше, чем полагаться на российские двигатели. ( MB2)
Далее. Американский аналог “двигателя с поэтапным циклом горения”, как ожидается, должен быть реплицирован с РД-180 к 2018 году, в то же время обновленная версия двигателя класса J-2X, унаследованная со времен Аполлонов, с более низким уровнем тяги - ожидается где-то к 2025 году [Prelim. Report, 2011, p. 9].
Взлет с Луны
Конструкция Лунного модуля (ЛМ), у которого край сопла стартового двигателя находится в непосредственной близости от верхней палубы посадочной ступени, препятствующей истечению газов, должна быть отвергнута сразу же при ее рождении. ( MB2)
Хотя дизайн и технические характеристики аппарата, который бы приземлился на поверхность Луны и затем с нее взлетел, направляясь на стыковку с КМ на лунной орбите, были рассмотрены в начале ПС очень подробно [Arch. Study, 2005, p.158], теперь идеи такого рода испарились из планов НАСА. ( MB2)
В настоящее время отсутствие инициативы изнутри НАСА в вопросе разработки ЛМ совершенно очевидно. Кроме того, нет и давления со стороны правительства, так что легко допустить, что где-то на стратегическом уровне планирования было сознательно принято решение оставить большую дыру в планах полетов на Луну как извиняющий фактор для откладывания лунных высадок в дальнейшем еще на какой-то неопределенный срок после 2021 года, когда, казалось бы, будут готовы и Пусковая Система и капсула Орион. ( MB2)
Радиация
Кумулятивнная поглощенная доза радиации, измеренная во время полета EFT-1 Ориона в декабре 2014 г., была примерно на 3 порядка (или в 1000 раз) больше, чем совокупная поглощенная доза, измеренная за такой же период времени на борту МКС. ( MB3)
НАСА регулярно напоминает своей аудитории о миссии Аполлон-11, когда астронавты, согласно отчетам, пробыли на лунной поверхности только 2 часа, но хранит молчание о подробностях миссий с 15-й по 17-ю, которые должны были бы представить решающие доказательства в пользу безопасности полетов на Луну. ( MB1)
Что касается воздействия радиации на человека, Комитет Августина пришел к следующему выводу: "Радиационные эффекты недостаточно хорошо изучены и остаются главным фактором неопределенности в физиологических и инженерных аспектах пилотируемых исследовательских программ за пределами низкой околоземной орбиты" [Augustine, 2009, p.100]. Комитет ничего не сказал конкретно о потенциальных радиационных проблемах на самой лунной поверхности. А тема радиационной опасности во время высадки экипажей на Луну в миссиях Аполлон вообще никак не рассматривалась. Не может ли оказаться так, что решение Комитета не упоминать про Аполлон вызвано прежде всего тем, что медицинских данных о воздействии радиации на здоровье человека за пределами околоземной орбиты вообще пока нет? ( MB1)
Конечно, эти [Orion, 2014] "данные дают предварительное представление о радиационной обстановке, с которой придется иметь дело экипажам при пересечении зоны радиационных поясов во время будущих исследовательских полетов". [Radiation Report, 2015, p.3], цитата по MB3.
Отсутствие анализа данных прошлого и их сравнения с современными радиационными исследованиями указывает на то, что сегодняшние специалисты НАСА дистанцируются от сомнительного наследия Аполлонов. Аполлоновские дозы перемешаны внутри данных для околоземных экспедиций [Radiation Carcinogenesis, 2009, p.141]. Неудивительно, что они рассматриваются специалистами как сомнительные. ( MB3)
Орион / Возвращение на Землю
КМ CEV, как и КМ Аполлона, может быть бистабилен и иметь второе устойчивое положение, в котором вершина конуса спускаемого аппарата будет направлена по направлению вектора скорости. Такая ориентация, очевидно, недопустима, так как аппарат (CEV) будет неспособен противостоять интенсивному нагреву при входе в атмосферу. [Arch. Study, 2005, p. 231], цитата по MB3.
...фактические параметры, необходимые для лунного возвращения по схеме типа Аполлон, еще пока не опробованы. Все выглядит так, как будто специалисты НАСА осторожно тестируют условия, которые только приближаются по сложности к тем, что якобы были уверенно освоены при спуске КМ Аполлонов. Методика скользящего спуска теперь признается как обязательное требование для безопасного возвращения с лунных траекторий в современных конфигурациях и сценариях. Такой подход, по существу, имеет решающее значение для целостности капсулы КМ, а также для сохранения здоровья экипажа, если вообще не для его выживания. ( MB2)
Ключевым аспектом здесь является то, что типичные заявленные комбинации входных параметров Аполлонов находятся за пределами разумного и, как набор требований для будущих миссий, больше не считаются эталоном. ( MB2)
Таким образом, нет ничего, чему стоило бы поучиться из истории приземлений КМ Аполлонов, за исключением того, что мы не должны больше так делать, иначе приземление, скорее всего, пройдет в виде фатальной катастрофы. ( MB2)
Окончание. Начало
Если не Орион - то как возвращаться?
В случае нереализуемости возвращения на Землю собственно командного модуля, может быть рассмотрен другой вариант. Например, 30 лет назад был предложен вариант промежуточного этапа на пути к Луне и обратно [90-Day Report, 1989]. Предвидя экстремальные трудности, которые предстоит преодолеть для успешного возвращения капсулы с экипажем, было предложено использовать орбитальную станцию как связующую промежуточную платформу.
Рис. 2. Эта иллюстрация 1989 года демонстрирует глубокие размышления и более дальновидное решение, нежели чем текущие планы НАСА по возвращению из дальнего космоса.
В самом деле, имеет смысл рассмотреть другие варианты безопасного возвращения на Землю, имея в виду, что приземление капсулы Ориона по профилю с отскоком от атмосферы еще не опробовано, и до сих пор не ясно, насколько оно будет надежным с существующим теплозащитным экраном. Например, возможен вариант схемы возвращения из дальнего космоса с пересадкой на встречающий (транзитный) аппарат, как показано на Рис.3. Вполне возможно при возвращении корабля типа Орион с высокой эллиптической орбиты (ВЭО) устроить рандеву и выполнить стыковку с космическим кораблем, который был бы специально разработан для встречи экипажей, возвращающихся из дальнего космоса. В случае приемлемой радиационной защиты такого корабля, экипажи будут иметь возможность поэтапного растянутого во времени перехода к хорошо отработанной методике приземления с НОО.
Встречающий космический корабль выводится на ВЭО, скажем, от 60 до 80 тысяч километров высотой, и будет ожидать возвращающийся модуль, например, Орион, для сближения с ним за пределами радиационных поясов. Тогда они смогли бы совместить свои траектории, сблизиться и выполнить стыковку.
Экипаж со своим ценным грузом (образцы лунных пород, элементы некоторых важных систем, например, датчики солнечного ветра и т. д.) переходит во встречающий корабль. Орион затем отстыковывается и уходит в свободное падение на Землю (или на управляемую траекторию приземления без проблем, связанных с необходимостью избегать тяжелых перегрузок при возвращении с экипажем и т. д.).
Рис. 3. На схеме, взятой из [First Crewed, 2016], Орион на обратном пути из дальнего космоса (красная траектория) сближается и выполняет стыковку с транзитным космическим кораблем на ВЭО (зеленая траектория).
Для реализации такой схемы должны быть две предпосылки: во-первых, встречающий космический аппарат должен быть специально предназначен для этой цели, поэтому он должен обладать адекватной повышенной радиационной защитой, и, во-вторых, он должен иметь достаточный запас топлива, чтобы обеспечить безопасный плавный спуск с ВЭО (с несколькими суборбитами при необходимости) до относительно низкой квазикруговой, практически околоземной орбиты типа НОО. Тогда последующие вход в атмосферу и приземление сведутся к отработанной технической процедуре, которая хорошо зарекомендовала себя, например, на аппаратах Союз. Радиационная обстановка должна быть полностью изучена заранее - в первую очередь внутри и вокруг поясов Ван Аллена - гарантируя безопасность полета на транзитном корабле.
Преимущества такой схемы могут быть двоякими: 1) отсутствие потребности в какой-либо изощренной тепловой защите (которая пока не создана) и, что более важно, 2) для возвращающихся экипажей условия на борту транзитного корабля будут значительно более благоприятными без угрозы резких перегрузок 6 - 8 g или более, если приземление пойдет нештатно. Последнее обстоятельство критически важно для экипажа, который провел восемь и более дней в отсутствие гравитации. Также возможно предусмотреть отсек с искусственной гравитацией на транзитном корабле для подготовки экипажа к перегрузкам при приземлении - впрочем, это, конечно, будет возможно в более отдаленной перспективе.
Биомедицинские аспекты полетов за пределы НОО
Для специалистов НАСА очевидно, что объявленные лунные экспедиции в конце 1960-х и начале 70-х годов не являются убедительным свидетельством безопасных полетов за пределы НОО, и теперь им требуются достоверные данные для того, чтобы только начать анализировать опасность полетов на Луну. Ни пышущий здоровьем Базз Олдрин (который в возрасте 86 лет путешествует к Южному полюсу, см. Рис.4), ни Джек Шмитт в свой 81 год не рассматриваются как убедительные медицинские примеры, доказывающие то, что путешествия на Луну безвредны. Совсем наоборот, специалисты НАСА рассуждают о существенных неопределенностях и потенциальных опасностях дальних космических полетов, как будто до сих пор в этом не было получено никакого опыта.
Рис. 4. Базз Олдрин отправляется в свое антарктическое путешествие. НЗ Геральд, 2 декабря 2016 года (обратите внимание на российский самолет, используемый для полетов в Антарктиду из Крайстчерча, Новая Зеландия).
Что касается воздействия радиации на здоровье и самочувствие астронавтов, которым придется отправиться за пределы НОО, НАСА выражает обеспокоенность отсутствием каких-либо достоверных данных, которые все еще необходимо получить перед отправкой астронавтов в дальний космос. НАСА не утверждает, что пересечение поясов Ван Алена не является проблемой. Наоборот, специалисты НАСА по радиации выражают опасения, что при полетах за НОО придется пересекать радиационные пояса, и поэтому им необходимо больше знаний о реальном воздействии радиации поясов. (см. MB3)
Сегодня трудно поверить, что медицинские аспекты воздействия жесткой радиации глубокого космоса до сих пор не были изучены в достаточной мере, чтобы можно было выдавать практически существенные рекомендации. На самом деле никаких реальных знаний по радиационной защите не было наработано для защиты астронавтов Аполлонов. И, как результат, нынешние попытки начать реальные исследования сталкиваются с весьма серьезными затруднениями.
Нет никаких свидетельств того, что состояние здоровья тех, кто якобы летал на Луну, хоть как-то вообще изучалось. Важно отметить, что в авторитетном докладе о рисках для здоровья в космосе [Human Health, 2009] никаких таких исследований не упоминается. Есть всего несколько статей о малозначимых вопросах, таких как вспышки света в глазах некоторых астронавтов Аполлонов или их предпочтения в питании.
На сегодняшний день в планах подготовки нельзя полагаться на данные по радиационному излучению, якобы полученные в миссиях Аполлонов, и поскольку эти "данные" не отражают реальной картины в космическом пространстве - это не просто недостаточная информация - это подделка.
В реальном мире, если предположить на минуту, что полеты Аполлонов действительно имели место, в центре внимания были бы представлены всеобъемлющие и многогранные исследования с тщательным анализом, охватывающим все аспекты выполнения аполлоновских миссий. Сравнение здоровья астронавтов и контрольной группы на земле безусловно необходимо. Кроме того, наряду с этой крайне необходимой работой, очень важно сравнить физическое состояние астронавтов Аполлонов с 15-го по 17-й, которые находились на орбите Луны в командном модуле (это А. Уорден, Т. Маттингли, и Р. Эванс) и тех, кто провел более 20 часов на лунной поверхности (Д. Скотт, Дж. Ирвин, У. Янг, К. Дьюк, А. Сернан и Х. Шмитт). Но ничего подобного никогда не проводилось, и даже ныне здравствующие астронавты до сих пор не привлекают никакого внимания специалистов.
В одном из самых последних докладов авторитетного Института Медицины о здоровье астронавтов Аполлонов обсуждается их “высокая смертность” от сердечно-сосудистых заболеваний [Health Risks, 2016].
Рис. 5. Ссылка на статью о «высокой смертности» из Обзорного доклада НАСА по свидетельствам о рисках для здоровья человека, 2016.
На момент написания этой критической статьи шесть из 12-ти “лунных пешеходов” еще живы (из тех же, кто ушел из жизни, Пит Конрад скончался после аварии на мотоцикле, и на момент выпуска упомянутого доклада, Юджин Сернан был еще жив). Из 24-х объявленных лунных путешественников, 15 до сих пор живы, и все они уже в возрасте свыше 80-ти лет. Джек Свигерт и Стюарт Руза умерли от причин, не связанных с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Данные в отношении указанной причины могут быть далее проанализированы путем сравнения с группами того же возраста [Morbidity & Mortality, 2012]. Вообще говоря, здоровье лунных астронавтов в целом просто замечательно и заслуживало бы восхищения, если бы они действительно побывали на Луне.
На пути к Лунному форпосту
Еще одной из главных нерешенных проблем остается достаточно мощная ракета-носитель наряду с оборудованием для отправки как экипажей, так и грузов, по дальним космическим маршрутам. В 2005 - 09 гг. предпринималось несколько исследовательских проектов, которые можно назвать ретроспективными теоретическими попытками понять рабочие характеристики Сатурна-5. В частности, изучить серьезные акусто-вибрационные проблемы - пого-эффект (т.е. продольные колебания корпуса первой ступени - Прим. ред.). Скорее всего, этот эффект был вызван стремительным опустошением топливных баков первой ступени. После компьютерного моделирования этого акусто-вибрационного эффекта работы по Арес-5, ракете-аналогу Сатурна-5, были приостановлены, а вскоре после ограниченных летных испытаний Ареса-1 полностью прекращены. Даже сильнейшее политическое давление со стороны Конгресса в 2011 году не смогло подвигнуть специалистов НАСА принять план создания мощной ракеты к 2016 году. ( MB2) Сейчас, уже в 2017 году, до сих пор не ясно, как скоро и насколько надежная ракета будет представлена.
Недавний Президентский Указ о полномочиях НАСА [Act, 2017] во многом повторяет задачи, поставленные в аналогичном Указе от 2010 года, указывая опять на два ключевых элемента, Орион и Стартовую Систему. Указ обозначил долгосрочные цели разработки “марсианского спускаемого и взлетного модуля, средств для входа, спуска, посадки и взлета с Марса, а также средств передвижения по его поверхности ... и испытаний одного или более обитаемых модулей в окололунном пространстве для подготовки миссий на Марс.” [Act 2017, Section 432(3)], при этом ничего не говоря ни о лунном модуле, ни о высадке на Луну.
Идея “окололунного форпоста”, предполагающая “потенциальное его использование для обеспечения лунных высадок в первую очередь международными партнерами, но не НАСА”, носится в воздухе. [Cislunar Outpost, 2017] Примечательно, что Президентский Указ 2017 года [Act 2017] признает, что существует необходимость развивать пилотируемые космические программы в сотрудничестве с иностранными партнерами.
Что ждет впереди
В последние годы вдохновляющую идею лунной базы затмила другая мечта - полет на Марс. Но ни одно, ни другое предприятие не смогут быть осуществлены без обеспечения необходимых технических возможностей, которые стали бы их надежной основой. Необходимые элементы все еще только предстоит разработать, и сделать это возможно только последовательными предварительными шагами, каждый из которых нельзя проигнорировать без неприемлемого риска для экипажа. Надежное решение проблемы возвращения экипажей на Землю требует бескомпромиссной взаимной увязки целого набора биомедицинских условий.
Когда в 2005 - 09 годах было выявлено, что эти основные предварительные научно-исследовательские работы еще только предстоит выполнить, в частности, работы по радиационной защите и по разработке методики безопасного возвращения, стало очевидным, что продекларированные результаты Программы Аполлон были сфальсифицированы, и на них ни в коем случае полагаться нельзя.
“То, что 45 лет назад для успешной лунной миссии должно было быть закончено как параллельные разработки в сроки от 3 до 4 лет... сейчас происходит чрезвычайно медленными темпами путем последовательного создания отдельных элементов и согласно неопределенным, если не сказать вообще не имеющим временных рамок, планам. Действительно, то, что первоначально в Программе Созвездие планировалось выполнить в течение 15 лет, теперь превратилось в полностью открытую схему без каких-либо определенных сроков высадки человека на Луну.” ( MB2)
На этом фоне две последние заявки НАСА и SpaceX о скорых полетах к Луне, а также предъявление разработки капсулы Орион как транспортного средства для путешествия на Марс, вводят публику в полное заблуждение. На самом деле, оба эти предложения просто нежизнеспособны, и при этом тот же самый ряд известных технических проблем остается нерешенным. Эта беспредельная мешанина порождается необходимостью поддерживать миф Аполлонов любыми средствами.
НАСА узурпировало позицию мирового лидера в пилотируемой космонавтике и на десятилетия отодвинуло мечту человечества полететь в дальний космос. Агентство не имеет морального права продолжать утверждать, что оно когда-то осуществило высадки на Луну. Огромные финансовые ресурсы будут и далее тратиться впустую до тех пор, пока Агентство не прекратит поддерживать миф, рожденный в угоду политическим решениям времен "холодной войны", и полностью признает нерешенные технические проблемы.
Новые бескомпромиссные планы пилотируемых лунных миссий должны быть разработаны с нуля и потом должны строго соблюдаться в ходе реализации общей согласованной международной стратегии. Последовательные постепенные шаги в совместной работе всех космических агентств позволят, наконец, достичь того потенциала в пилотируемой космонавтике, которого человечество реально заслуживает.
Отныне НАСА может быть только одним из рядовых партнеров в этом предприятии.
Примечание
1. Автор написал серию статей про Лунную Базу в журнале Nexus 21/05, 22/03, и 23/04, которые опубликованы также на сайте Aulis.com/moonbase2014, 2015 и 2016 - они цитируются здесь как MB1, MB2, MB3.
Эти статьи имеются также в русском переводе по следующим ссылкам (Прим. ред.):
MB1: Лунная база. Есть ли надежда построить, наконец, лунную базу?
http://www.ffke1975.narod.ru/s/s8/s84/moon_base.htm
MB2: К созданию лунной базы: есть ли что взять из Аполло-наследия?
http://www.ffke1975.narod.ru/s/s8/s84/moon_base-2.htm
MB3: К созданию лунной базы: оставляя наследие Аполлонов позади.
http://www.ffke1975.narod.ru/s/s8/s84/moon_base-3.htm
Благодарность
Автор благодарен редакторам издательства Aulis за полезные обсуждения и помощь при подготовке статьи к публикации.
Ссылки
[R. Reagan, 1984]: Address Before a Joint Session of the Congress on the State of the Union. January 25, 1984
http://www.presidency.ucsb.edu/ws/?pid=40205
[90-Day Report, 1989]: Aaron Cohen, et al., Report of the 90-Day Study on Human Exploration of Moon and Mars. NASA-TM-102999, November 1989, 159pp
[Zubrin, 2011]: Robert Zubrin with Richard Wagner, The Case for Mars: the plan to settle the red planet and why we must. Free Press, New York, 2011, 384pp
[GAO on Orion, 2016]: Orion Multi-Purpose Crew Vehicle: Action Needed to Improve Visibility into Cost, Schedule, and Capacity to Resolve Technical Challenges. Government Accountability Office, Report GAO-16-620, July 2016.
http://gao.gov/assets/680/678704.pdf
[GAO on HSE, 2016]: NASA Human Space Exploration: Opportunity Nears to Reassess Launch Vehicle and Ground Systems Cost and Schedule. Government Accountability Office, Report GAO-16-612, July 2016
http://gao.gov/assets/680/678694.pdf
[Inspector General, 2016]: NASA Office of Inspector General, NASA’s Commercial Crew Program: Update on Development and Certification Efforts. Report No. IG-16-028, Sept 2016
https://oig.nasa.gov/audits/reports/FY16/IG-16-028.pdf
[ЕМ-1 Crewed, 2017]: Brian Dunbar, NASA to Study Adding Crew to First Flight of SLS and Orion. February 16, 2017
https://www.nasa.gov/feature/nasa-to-study-adding-crew-to-first-flight-of-sls-and-orion
[SpaceX, 2017]: SpaceX to Send Privately Crewed Dragon Spacecraft Beyond the Moon Next Year. Press release February 27, 2017
http://www.spacex.com/news/2017/02/27/spacex-send-privately-crewed-dragon-spacecraft-beyond-moon-next-year
[Stardust, 2007]: D.O. Revelle & W.N. Edwards, Stardust: An artificial, low-velocity “meteor” fall and recovery. 15 January 2006, Meteoritics & Planetary Science Vol.42, No. 3, 2007, pp.271-299
http://adsabs.harvard.edu/full/2007M&PS...42..271R
[Stardust, 2013]: PICA Heat Shield. SpaceX press release, April 4, 2013
http://www.spacex.com/news/2013/04/04/pica-heat-shield
[Phil Kouts, 2017]: Empty Claims on Moon Flights. Letter to the Editor, Nexus Vol. 24, No.4, p.4, June-July 2017
http://aulis.com/news290.htm
[NASA HQ, 2017]: Robert Lightfoot, NASA Decision on Crewed EM-1 Feasibility. Status Report from NASA HQ, 12 May 2017
http://www.spaceref.com/news/viewsr.html?pid=50118
[Earthrise, 2008]: Robert Poole, Earthrise: How Man First Saw the Earth. Yale University Press, 2008, 236pp
[Arch. Study, 2005]: NASA's Exploration Systems Architecture Study. Final Report, NASA-TM-214062, November 2005 (750pp)
http://tinyurl.com/kd33me7
[First Crewed, 2016]: Jeff Foust, NASA considers shorter first crewed SLS/Orion mission. December 2, 2016
http://spacenews.com/nasa-considers-shorter-first-crewed-slsorion-mission/
[Human Health, 2009]: Human Health and Performance Risks of Space Exploration Missions. Editors Jancy C. Mcphee and John B. Charles, NASA SP-2009-3405, Houston, TX. 2009, 389pp
[Health Risks, 2016]: Review of NASA's Evidence Reports on Human Health Risks. Institute of Health, The National Academic Press, Washington, 2016
https://www.nap.edu/read/23678/chapter/2
[Morbidity & Mortality, 2012]: Morbidity & Mortality, 2012 Chart Book on Cardiovascular, Lung and Blood Diseases, For Administrative Use. National Heart, Lung, and Blood Institute, National Institute of Health, February 2012, 107pp
[Act, 2017]: NASA Transition Authorization Act of 2017. Enacted by the Senate and House of Representatives of the USA, January 3, 2017
https://www.congress.gov/bill/115th-congress/senate-bill/442
[Cislunar Outpost, 2017]: Jeff Foust, NASA moving ahead with plans for cislunar human outpost. March 10, 2017
http://spacenews.com/nasa-moving-ahead-with-plans-for-cislunar-human-outpost/
ПРИЛОЖЕНИЕ Изъяны программы Аполлон
Ракеты / Двигатели
Вскоре после того, как новая упрощенная программа была запущена в 2010 году вместо ПС, НАСА сразу призналось, что не сможет завершить разработку тяжелой ракеты-носителя к концу 2016 г., как это требуется согласно Президентскому Указу от 2010 года, адресованному НАСА [Prelim. Report, 2011]. Это признание вызвало негодование в правительстве США не столько из-за откровенного отрицания, но, скорее всего, из-за того, что новая Лунная программа НАСА не смогла найти ничего лучше, чем полагаться на российские двигатели. ( MB2)
Далее. Американский аналог “двигателя с поэтапным циклом горения”, как ожидается, должен быть реплицирован с РД-180 к 2018 году, в то же время обновленная версия двигателя класса J-2X, унаследованная со времен Аполлонов, с более низким уровнем тяги - ожидается где-то к 2025 году [Prelim. Report, 2011, p. 9].
Взлет с Луны
Конструкция Лунного модуля (ЛМ), у которого край сопла стартового двигателя находится в непосредственной близости от верхней палубы посадочной ступени, препятствующей истечению газов, должна быть отвергнута сразу же при ее рождении. ( MB2)
Хотя дизайн и технические характеристики аппарата, который бы приземлился на поверхность Луны и затем с нее взлетел, направляясь на стыковку с КМ на лунной орбите, были рассмотрены в начале ПС очень подробно [Arch. Study, 2005, p.158], теперь идеи такого рода испарились из планов НАСА. ( MB2)
В настоящее время отсутствие инициативы изнутри НАСА в вопросе разработки ЛМ совершенно очевидно. Кроме того, нет и давления со стороны правительства, так что легко допустить, что где-то на стратегическом уровне планирования было сознательно принято решение оставить большую дыру в планах полетов на Луну как извиняющий фактор для откладывания лунных высадок в дальнейшем еще на какой-то неопределенный срок после 2021 года, когда, казалось бы, будут готовы и Пусковая Система и капсула Орион. ( MB2)
Радиация
Кумулятивнная поглощенная доза радиации, измеренная во время полета EFT-1 Ориона в декабре 2014 г., была примерно на 3 порядка (или в 1000 раз) больше, чем совокупная поглощенная доза, измеренная за такой же период времени на борту МКС. ( MB3)
НАСА регулярно напоминает своей аудитории о миссии Аполлон-11, когда астронавты, согласно отчетам, пробыли на лунной поверхности только 2 часа, но хранит молчание о подробностях миссий с 15-й по 17-ю, которые должны были бы представить решающие доказательства в пользу безопасности полетов на Луну. ( MB1)
Что касается воздействия радиации на человека, Комитет Августина пришел к следующему выводу: "Радиационные эффекты недостаточно хорошо изучены и остаются главным фактором неопределенности в физиологических и инженерных аспектах пилотируемых исследовательских программ за пределами низкой околоземной орбиты" [Augustine, 2009, p.100]. Комитет ничего не сказал конкретно о потенциальных радиационных проблемах на самой лунной поверхности. А тема радиационной опасности во время высадки экипажей на Луну в миссиях Аполлон вообще никак не рассматривалась. Не может ли оказаться так, что решение Комитета не упоминать про Аполлон вызвано прежде всего тем, что медицинских данных о воздействии радиации на здоровье человека за пределами околоземной орбиты вообще пока нет? ( MB1)
Конечно, эти [Orion, 2014] "данные дают предварительное представление о радиационной обстановке, с которой придется иметь дело экипажам при пересечении зоны радиационных поясов во время будущих исследовательских полетов". [Radiation Report, 2015, p.3], цитата по MB3.
Отсутствие анализа данных прошлого и их сравнения с современными радиационными исследованиями указывает на то, что сегодняшние специалисты НАСА дистанцируются от сомнительного наследия Аполлонов. Аполлоновские дозы перемешаны внутри данных для околоземных экспедиций [Radiation Carcinogenesis, 2009, p.141]. Неудивительно, что они рассматриваются специалистами как сомнительные. ( MB3)
Орион / Возвращение на Землю
КМ CEV, как и КМ Аполлона, может быть бистабилен и иметь второе устойчивое положение, в котором вершина конуса спускаемого аппарата будет направлена по направлению вектора скорости. Такая ориентация, очевидно, недопустима, так как аппарат (CEV) будет неспособен противостоять интенсивному нагреву при входе в атмосферу. [Arch. Study, 2005, p. 231], цитата по MB3.
...фактические параметры, необходимые для лунного возвращения по схеме типа Аполлон, еще пока не опробованы. Все выглядит так, как будто специалисты НАСА осторожно тестируют условия, которые только приближаются по сложности к тем, что якобы были уверенно освоены при спуске КМ Аполлонов. Методика скользящего спуска теперь признается как обязательное требование для безопасного возвращения с лунных траекторий в современных конфигурациях и сценариях. Такой подход, по существу, имеет решающее значение для целостности капсулы КМ, а также для сохранения здоровья экипажа, если вообще не для его выживания. ( MB2)
Ключевым аспектом здесь является то, что типичные заявленные комбинации входных параметров Аполлонов находятся за пределами разумного и, как набор требований для будущих миссий, больше не считаются эталоном. ( MB2)
Таким образом, нет ничего, чему стоило бы поучиться из истории приземлений КМ Аполлонов, за исключением того, что мы не должны больше так делать, иначе приземление, скорее всего, пройдет в виде фатальной катастрофы. ( MB2)