Артемида (космическая программа)

Миссия Артемида будет использовать системы посадки для людей, предоставленные компаниями SpaceX и Blue Origin, с целью безопасного прилунения экипажа на поверхность Луны и их возвращения, готовясь к будущим пилотируемым экспедициям на Марс. Когда посадочные аппараты будут приземляться и взлетать с Луны, пламя ракетного выхлопа окажет влияние на верхний слой лунного «грунта», известного как реголит. При активации двигателей посадочного аппарата для замедления перед приземлением могут образовываться кратеры и нестабильные участки под аппаратом, а частицы реголита будут выбрасываться с высокой скоростью в различных направлениях.

Для более глубокого понимания физики взаимодействия выхлопа от коммерческих систем посадки с лунной поверхностью инженеры и ученые Центра космических полетов имени Маршалла NASA в Хантсвилле, штат Алабама, недавно провели более 30 испытательных запусков 14-дюймового гибридного ракетного двигателя. Этот 3D-печатный гибридный ракетный двигатель, разработанный в Государственном университете Юты в Логане, штат Юта, использует как твердое топливо, так и поток газообразного кислорода для создания мощного потока ракетного выхлопа.

«Artemis основывается на том, что мы узнали в ходе миссий Apollo на Луну. NASA по-прежнему необходимо больше узнать о том, как реголит и поверхность будут реагировать, когда космический аппарат, значительно превосходящий лунный посадочный модуль Apollo, приземлится, будь то на Луне в рамках Artemis или на Марсе в будущих миссиях», — отметил Маниш Мехта, главный инженер по дисциплине «Пламени и аэродинамические среды» системы посадки для людей.

«Запуск гибридного ракетного двигателя в смоделированное поле лунного реголита в вакуумной камере не проводился десятилетиями. NASA сможет использовать данные из испытаний и адаптировать их к условиям полета, чтобы лучше понять физику, уточнить наши модели данных и, в конечном итоге, сделать посадку на Луну более безопасной для астронавтов Артемиды».

Из 30 проведенных испытательных запусков в Центре разработки компонентов Маршалла 28 были осуществлены в условиях вакуума, а два — при атмосферном давлении. Испытания в Маршалле обеспечивают надежное зажигание двигателя во время тестирования взаимодействия струи с поверхностью в 60-футовой вакуумной камере в Научно-исследовательском центре Лэнгли NASA в Хэмптоне, штат Вирджиния, которое запланировано на конец этого года.

По завершении испытаний в NASA Маршалла двигатель будет отправлен в NASA Лэнгли. Испытательные группы в NASA Лэнгли снова запустят гибридный двигатель, но на этот раз в смоделированном лунном реголите, известном как Black Point-1, в 60-футовой вакуумной камере. Запуская двигатель с различных высот, инженеры будут измерять размеры и форму кратеров, образуемых ракетным выхлопом, а также скорость и направление движения частиц смоделированного лунного реголита под воздействием выхлопа ракетного двигателя.

«Мы восстанавливаем возможность характеризовать эффекты взаимодействия ракетных двигателей с лунной поверхностью через наземные испытания в большой вакуумной камере — последний раз это проводилось в данном комплексе для программ Аполлона и Викинга. Посадочные аппараты, отправляющиеся на Луну в рамках Артемиды, значительно больше и мощнее, поэтому нам нужны новые данные для понимания сложной физики посадки и взлета», — подчеркнула Эшли Корзун, главный исследователь тестов взаимодействия струи с поверхностью в NASA Лэнгли.

«Во втором этапе испытаний мы будем использовать гибридный двигатель для получения данных в условиях, максимально приближенных к реальным условиям работы ракетного двигателя. Наши исследования помогут снизить риски для экипажа, посадочного аппарата, грузов и наземных объектов».

В рамках кампании Артемида NASA отправит астронавтов для изучения Луны с целью научных открытий, получения экономических преимуществ и создания основы для первых пилотируемых миссий на Марс — на благо всего человечества.

Возвращённые с Луны образцы почвы и горных пород с обратной стороны Луны свидетельствуют о том, что эта сторона может быть более сухой, чем та, что постоянно обращена к Земле, сообщили китайские учёные.

Однако они предостерегли, что для более ясной картины необходимо собрать больше образцов.

Углублённое понимание наличия воды в лунном мантии может помочь объяснить эволюцию Луны, отметили исследователи. В то же время это может стать дополнительной причиной для астронавтов оставаться поближе к видимой стороне Луны, как это планируется в настоящее время.

Китай стал первой страной, которая высадилась на обратной стороне Луны в прошлом году. Космический аппарат Chang'e 6 собрал базальтовые породы и грунт из древнего, обширного бассейна Южного полюса — Эйткен, одного из крупнейших ударных кратеров в солнечной системе.

Сен Ху из Китайской академии наук сообщил, что его команда получила 5 граммов образцов почвы и выбрала 578 частиц для детального анализа с использованием электронных микроскопов.

Они оценили содержание воды на уровне менее 1,5 микрограммов на грамм, что находится на сухом конце диапазона, обнаруженного в образцах, собранных за последние десятилетия с видимой стороны Луны. Измерения образцов с видимой стороны варьировались от 1 до 200 микрограммов на грамм.

Учитывая ограниченное количество образцов, учёные отметили, что неясно, насколько широко распространено это сухое состояние, в своём исследовании, опубликованном в журнале Nature.

«Необходимо больше образцов с обратной стороны для тестирования и дальнейшего выяснения», — сказал Ху в электронном письме.

Существует вероятность, что удар, создавший этот бассейн, мог выбросить водные элементы на видимую сторону, оставив обратную сторону обеднённой. Другая возможность заключается в том, что вертикальное распределение воды может различаться между двумя полушариями.

Даже если эти находки будут подтверждены, они не должны существенно изменить планы NASA по отправке астронавтов в южный полярный регион Луны, где, как предполагается, находятся постоянно затенённые кратеры с огромными запасами льда. Этот замороженный водный ресурс может быть использован для питья, приготовления пищи и производства ракетного топлива.

NASA планирует отправить четырёх астронавтов вокруг Луны в следующем году в рамках программы Artemis, преемницы программы Apollo, которая отправила 12 человек на Луну с 1969 по 1972 год. За этим последует высадка вблизи южного полюса Луны не ранее 2027 года. Китай стремится осуществить свою собственную высадку астронавтов на Луну к 2030 году.

Что находится на звезде и внутри неё? Что происходит в активном галактическом ядре? Ответы на эти вопросы являются целью предложенного гигантского интерферометра на Луне, который называется Artemis-enabled Stellar Imager (AeSI). Он будет развернут в виде серии из 15–30 телескопов, чувствительных к оптическому и ультрафиолетовому излучению, в эллиптическом массиве длиной 1 км на поверхности Луны.

Команда ученых и инженеров из США под руководством доктора Кеннета Картера из Центра космических полетов имени Годдарда NASA, работая в сотрудничестве с Интегрированным проектным центром Годдарда, завершила 9-месячное исследование целесообразности AeSI и опубликовала свои выводы.

AeSI основан на более ранней концепции свободно летающего ультрафиолетового/оптического космического интерферометра под названием Stellar Imager (SI). По словам Картера, они наблюдали за стабильным прогрессом, достигнутым в рамках кампании NASA Artemis по созданию жилых модулей и поддерживающей инфраструктуры на поверхности Луны. Идея создания лунного объекта начала выглядеть гораздо более осуществимой и конкурентоспособной по сравнению со свободно летающим вариантом.

"Мы предложили программе NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) разработать вариант концепции SI, названный Artemis-enabled Stellar Imager (AeSI), который потенциально можно было бы построить, развернуть, эксплуатировать и обслуживать в сотрудничестве с кампанией Artemis", — сказал он.

Возможности Artemis и интерферометр
Предложенное NASA возвращение на Луну в рамках миссий Artemis предоставляет астрономам возможность развернуть интерферометр и другие телескопы. Это позволит воспользоваться средой, поддерживаемой инфраструктурой Artemis, и избежать некоторых ограничений, с которыми могут столкнуться наземные или космические массивы.

Исследование сосредоточено на ряде научных целей. В научной статье говорится: "Эта миссия позволит осуществить революционные научные открытия, включая: излучение поверхностей ближайших (~4 парсека) солнечных звезд и более удаленных (>2 килопарсека) сверхгигантов для изучения магнитной активности (факелы, звездные пятна, конвекция), излучение аккреционных дисков вокруг формирующихся звезд и разрешение областей вокруг центральных ядер активных галактических ядер (AGN)." Отчет опубликован на сервере предварительных публикаций arXiv.

Имитирование поверхностей звезд дает подсказки о процессах, происходящих в глубине. Если эти звезды похожи на Солнце (т.е. звезды главной последовательности), это даст более глубокое понимание того, что происходит с нашей ближайшей звездой. Наблюдения AeSI также помогут ученым понять деятельность динамо, которая управляет магнитной активностью Солнца и других звезд, по словам Картера.

"Наше предложение о первичном исследовании солнечных звезд использует комбинацию высокоразрешающего звездного излучения для наблюдения за циклической эволюцией поверхности магнитной активности и высокоразрешающей астросейсмологии для изучения внутренней структуры звезды, чтобы получить информацию, необходимую для создания действительно предсказательных моделей солнечной/звездной магнитной активности", — сказал он.

Давайте рассмотрим краткое содержание возможных целей AeSI. Она может исследовать такие звезды главной последовательности, как Альфа Центавра A, Процион A, Сириус A и Эпсилон Эридана, чтобы собрать данные о их поверхностной активности и магнитной активности, которая их управляет. Эти интерферометрические данные затем могут быть объединены с пространственно разрешенными астросейсмологическими исследованиями, чтобы дать более точное представление о том, что происходит внутри этих звезд. Кроме того, это может помочь ученым понять, как звездная активность влияет на существование и обитаемость их планет.

Помимо понимания того, что происходит с этими звездами (и последствий для Солнца), исследования интерферометрии также будут иметь непосредственное применение для прогнозирования солнечной активности и ее воздействия на Землю. AeSI предоставит возможности высокоразрешающего пространственного и временного излучения, что позволит нам увидеть поверхности звезд и то, как они меняются в течение магнитного цикла.

Ученые смогут "видеть" магнитно управляемую активность, такую как звездные пятна (аналогичные солнечным пятнам), горячие факельные поля и конвекционные процессы. Активные области на Солнце и других звездах очень яркие. На Солнце они доминируют в длинах волн света, наиболее важных для прогнозирования воздействия солнечной активности на окружающие планеты, включая Землю.
Установка AeSI на Луне также обеспечит возможность получения сверх четких изображений аккреционных дисков вокруг других звезд. Эти области могут быть сложными для наблюдения в высоком разрешении, поскольку их часто трудно отделить от самой звезды. Суперновые также являются известной целью, особенно выбросы из катастрофических взрывов, которые заканчивают жизнь сверхмассивных звезд. AeSI может помочь астрономам обнаружить расширяющиеся облака обломков на самых ранних стадиях выброса суперновой.

AeSI также должна иметь возможность обнаруживать сложные события, происходящие в активных галактических ядрах (AGN). В частности, AGN-ветры, похоже, существуют вокруг большинства из этих объектов. Их скорости и количество теряемой массы несут подсказки о структуре объекта в центре галактики. Измерения AeSI в этих областях также могут способствовать более точным измерениям расстояний до таких объектов (квазаров) и помочь в измерении космологической постоянной.

Для таких исследований потребуется возможность расширенного массива AeSI, сказал Карпентер.

"Из-за расстояния даже до самых ярких AGN нам понадобятся большие диаметры внешнего массива, чтобы разрешить регионы вокруг центральных двигателей, которые, вероятно, являются единственными участками, достаточно яркими, чтобы их можно было успешно обнаружить с помощью AeSI," объяснил он.

"Мы исследуем способы увеличения УФ-чувствительности AeSI, потенциально используя покрытия зеркал с более высокой УФ-отражательной способностью, чем это возможно в настоящее время, улучшенные УФ-детекторы и, возможно, более крупные зеркальные элементы. Эти улучшения значительно увеличат нашу способность изучать более широкий спектр AGN и большее количество отдельных объектов."

Основной план миссии для AeSI зависит от развертывания с помощью астронавтов и/или роботов во время предстоящих миссий Artemis. Каждый элемент массива будет представлять собой метровый телескоп, установленный на небольшом ровере. Массив будет расширяться или сжиматься в зависимости от конкретных наблюдений. Данные из массива будут собираться центральным "узлом" для комбинирования лучей и реконструироваться для создания изображений целевых звезд или других объектов.

Луна представляет собой очень хорошую, стабильную среду для AeSI. У нее нет атмосферы, которая могла бы затруднять видимость для телескопов, что означает, что адаптивная оптика не требуется для коррекции движений воздуха. Это также позволяет интерферометру работать на гораздо более коротких длинах волн, чем любой наземный массив. Два вызова, которые необходимо учесть (помимо доставки телескопов и вспомогательного оборудования и самого процесса строительства), — это пыль и сейсмическое движение во время лунных землетрясений. Однако с ними можно справиться.

Если этот концепт миссии будет выбран для реализации NASA, самым большим вопросом будет: когда и где он будет развернут? Всё зависит от хода кампании Artemis и возможностей, которые она может предоставить для соседних обсерваторий. В настоящее время первая пилотируемая миссия не состоится раньше весны 2026 года. Последующие полеты будут развивать инфраструктуру, и частота этих полетов остается неизвестной. Таким образом, грубо говоря, самое раннее, когда AeSI может быть реализована, — это конец 2030-х или начало 2040-х годов.

Что касается места развертывания интерферометра, команда предлагает несколько мест в южном полюсе Луны, предпочтительно рядом с уже построенной инфраструктурой Artemis, чтобы обеспечить легкий доступ для астронавтов или роботов Artemis. Однако также интересует возможность размещения на более удаленных, низких широтах, если Artemis сможет это поддержать, так как это позволит наблюдать большую часть неба.

Следующие шаги для команды AeSI заключаются в проведении дополнительных исследований и разработок технологий, необходимых для интерферометра, а также в продолжении изучения дополнительных научных исследований, которые он мог бы поддерживать.

С набором научных и технологических средств NASA на борту, компания Firefly Aerospace планирует посадку лунного модуля Blue Ghost на Луну не ранее 3:45 по восточному времени (EST) в воскресенье, 2 марта. Blue Ghost должен приземлиться рядом с Морем Кризисов, равниной в северо-восточном квадранте на видимой стороне Луны, в рамках инициативы NASA CLPS (Коммерческие лунные грузовые услуги) и компании Artemis по созданию долгосрочного присутствия на Луне.

Прямая трансляция посадки, совместно организованная NASA и Firefly, начнется в 2:30 по восточному времени (EST), примерно за 75 минут до приземления на поверхность Луны. Узнайте, как смотреть контент NASA через различные платформы, включая социальные сети. Трансляция также будет доступна на канале Firefly в YouTube. В трансляцию войдут прямые эфиры и обновления блога по мере достижения этапов спуска.

Аккредитованные СМИ, заинтересованные в посещении личного мероприятия по приземлению, организованного Firefly в районе Остина, штат Техас, могут запросить аккредитацию через эту форму до понедельника, 24 февраля.

После приземления NASA и Firefly проведут пресс-конференцию, чтобы обсудить миссию и научные возможности, которые открываются впереди, когда начнутся операции на поверхности Луны. Время брифинга будет объявлено после приземления.

Blue Ghost был запущен 15 января в 1:11 по восточному времени (EST) на ракете SpaceX Falcon 9 с космодрома 39A в Космическом центре Кеннеди во Флориде. Модуль несет набор из 10 научных исследований и технологических демонстраций NASA, которые предоставят информацию о среде Луны и протестируют технологии, чтобы поддержать безопасную посадку будущих астронавтов на поверхность Луны, а также на Марс.

NASA продолжает работать с несколькими американскими компаниями для доставки науки и технологий на поверхность Луны в рамках инициативы CLPS. Эти компании могут участвовать в тендерах на контракты на полный цикл услуг по доставке на Луну, включая интеграцию и операции с грузами, запуск с Земли и посадку на поверхность Луны. Контракты NASA по программе CLPS являются контрактами с неопределенной поставкой/неопределенным количеством с максимальной совокупной стоимостью 2,6 миллиарда долларов до 2028 года. В феврале 2021 года агентство присудило Firefly контракт на доставку 10 научных исследований и технологических демонстраций NASA на Луну с использованием его лунного модуля, спроектированного и произведенного в США, на сумму примерно 93,3 миллиона долларов (изменено на 101,5 миллиона долларов).

В рамках кампании Artemis коммерческие роботизированные доставки будут проводить научные эксперименты, тестировать технологии и демонстрировать возможности на Луне и в её окрестностях, чтобы помочь NASA в подготовке к будущим миссиям астронавтов миссии Artemis на поверхность Луны и, в конечном итоге, к пилотируемым миссиям на Марс.

Gateway, небольшая космическая станция, предназначенная для выхода на окололунную орбиту, является неотъемлемой частью программы НАСА Artemis по возвращению астронавтов на поверхность Луны и созданию постоянного присутствия на Луне. Однако становится всё более очевидным, что «Ворота» — это неэффективное использование наших ограниченных ресурсов для освоения космоса. В этой статье рассматриваются причины, по которым программу Gateway следует отменить, а финансирование Gateway перенаправить на программу Artemis и высадку первых людей на Марс.

Нам нужно развивать программы по освоению дальнего космоса, которые будут вдохновлять общественность и следующее поколение учёных и инженеров, а также принесут наибольшую научную пользу.

Gateway — это ненужная и дорогостоящая затея, которую следует незамедлительно отправить на свалку истории.

Программа НАСА Artemis на годы отстает от графика, ее затраты вышли из-под контроля, а архитектура слишком сложна. Решение проблемы заключается в устранении дорогостоящих частей архитектуры Artemis, которые являются ненужными, а именно Системы космического запуска (SLS), космического корабля Orion и Gateway. В моей недавней статье описано, как программы SLS и Orion могут быть свернуты и заменены архитектурой, основанной исключительно на Starship. В этой статье содержится призыв к немедленному прекращению программы Gateway.

Нам нужно реализовывать программы по освоению дальнего космоса, которые будут вдохновлять общественность и следующее поколение учёных и инженеров, а также принесут наибольшую научную пользу. Программа Artemis, целью которой является возвращение астронавтов на поверхность Луны и создание постоянного присутствия на Луне, хорошо подходит для этого. Как и новая инициатива по высадке первых людей на Марс, о которой президент Трамп объявил в своей второй инаугурационной речи. Но Gateway — нет. Gateway — это ненужная и дорогостоящая затея, которую следует незамедлительно отправить на свалку истории.

Учитывая текущую финансовую ситуацию, ожидать существенного увеличения бюджета НАСА нереалистично. На самом деле, учитывая продолжающееся сокращение расходов, он, скорее всего, уменьшится. Поэтому для достижения наших амбициозных целей мы должны уделять приоритетное внимание программе Artemis и программе по высадке первых людей на Марс. Эти инициативы потребуют значительного финансирования, и будет непросто найти баланс между ними и другими обязанностями НАСА, такими как научные миссии и аэронавтика. Однако, отказавшись от программ SLS, Orion и Gateway и перераспределив их средства, мы можем гарантировать, что наше внимание и ресурсы будут направлены туда, где они больше всего нужны.

Первые два модуля Gateway планируется запустить вместе на низкую околоземную орбиту на ракете Falcon Heavy в 2027 году. Затем эти два модуля будут использовать солнечно-электрическую двигательную установку Gateway в длительном полете на лунную орбиту. Другие модули и элементы шлюза будут запущены в более поздние годы.

Стоимость Gateway растёт. Согласно отчёту Управления правительственной отчётности за июль 2024 года, НАСА в настоящее время прогнозирует, что только первые два модуля Gateway обойдутся в 5,3 миллиарда долларов. Однако в этом отчёте говорится, что совокупная масса двух модулей превысила целевую массу, что может повлиять на их способность достичь нужной лунной орбиты. В отчёте также говорится, что Gateway не может поддерживать ориентацию, когда к нему прикреплены крупные транспортные средства, такие как лунный посадочный модуль Starship. Устранение этих проблем, несомненно, ещё больше увеличит стоимость. А логистические миссии по пополнению запасов на Gateway будут постоянно истощать бюджет НАСА.

Некоторые из наших международных партнёров согласились предоставить модули и другие элементы для Gateway. Но другие страны предпочли бы, чтобы их астронавты ходили по Луне, а не просто летали над ней. НАСА было бы лучше, если бы наши международные партнёры разрабатывали лунные базы, энергетические системы, герметичные марсоходы, луноходы для логистических целей и другую необходимую инфраструктуру на поверхности Луны.

Изначально предполагалось, что Gateway нужны для того, чтобы служить перевалочным пунктом для полётов на Луну и на Марс. Но эффективнее просто доставлять астронавтов и грузы непосредственно на Луну и обратно, а не делать крюк до Gateway без видимой причины. Крюк до Gateway вреден, так как требует дополнительного топлива. Чтобы компенсировать это, лунному посадочному модулю Starship потребуется больше рейсов для дозаправки, что увеличит стоимость пилотируемых полётов на Луну. Роберт Зубрин в этой статье, критикующей Gateway, называет их «Луноходом».

Gateway также не пригоден для полетов человека на Марс. Просто более эффективно дозаправляться на околоземной орбите и доставлять экипажи непосредственно на Марс, минуя лунную орбиту. Это маршрут, который SpaceX предложила для полетов на Марс с использованием космического корабля Starship.

Создание постоянного присутствия на Луне и высадка людей на Марсе — это амбициозные цели, которые в конечном итоге принесут огромную пользу людям на Земле.

Но для успешной реализации этих проектов потребуется достаточное финансирование.

Вместо низкой лунной орбиты Gateway использует почти прямолинейную гало-орбиту (NRHO). Эта орбита была выбрана главным образом потому, что маломощная двигательная установка служебного модуля Orion не способна транспортировать Orion на низкую лунную орбиту и обратно. Но у NRHO есть недостатки, в том числе тот факт, что для прерывания полета с поверхности Луны может потребоваться до 3,6 дней, чтобы добраться до безопасного Gateway. Обсуждение недостатков NRHO смотрите в этом выступлении бывшего администратора НАСА Майкла Гриффина.

Gateway предназначен для поддержки экипажа в течение нескольких месяцев или дольше, но с какой целью? Эксперименты в условиях микрогравитации легче проводить на низкой околоземной орбите, а лунные исследования можно проводить гораздо дешевле с помощью роботизированных лунных орбитальных аппаратов. Конечно, экипаж мог бы выполнять более полезную работу, если бы находился на поверхности Луны.

На лунной орбите экипаж подвергся бы пагубному воздействию радиации (вдвое большему, чем на низкой околоземной орбите) и микрогравитации. В этих условиях разумной является частая смена экипажа. Но длительное пребывание экипажа на поверхности Луны - меньшая проблема. Они были бы защищены от радиации средой обитания, покрытой лунным реголитом, а лунная гравитация (16% от земной) может быть менее вредной, чем микрогравитация.

В будущем вполне может оказаться полезным иметь склад топлива на лунной орбите или в точке Лагранжа L1 Земля-Луна. Склад топлива можно было бы использовать для хранения топлива, произведенного на Луне. Но склад топлива не обязательно должен быть объектом с экипажем, таким как Gateway.

Установление постоянного присутствия на Луне и высадка людей на Марс - это высокие цели, которые в конечном итоге принесут неисчислимые выгоды людям на Земле. Но для успеха этих проектов потребуется адекватное финансирование. Мы должны сосредоточить наши усилия на этих целях, а не на расточительных побочных проектах, которые не приносят никакой пользы, кроме создания рабочих мест и набивания карманов подрядчиков.

Джеральд Блэк — инженер-аэрокосмонавт на пенсии, проработавший в аэрокосмической отрасли более 40 лет. На своей первой работе в Bell Aerosystems он тестировал различные ракетные двигатели, в том числе двигатель для ступени подъёма лунного модуля «Аполлон». Позже он 39 лет проработал в GE Aviation.

Как это не странно отмена SLS может сильно сказаться на SpaceX, проектируемый ими сейчас вариант Starship для посадки на луну (HLS) не имеет тепловой защиты и не может вернутся на землю, это если не считать вопроса сколько же ему для этого нужно топлива (заправок).

В случае же отмены SLS это повлечет автоматическую отмену Ориона, который должен доставить астронавтов на HLS и вернуть их на землю и тогда вариант Blue origin может вырваться в лидеры.