Artemis 1: как эта лунная миссия 2022 года проложит путь для возвращения человека на Луну
19 декабря 1972 года астронавты Юджин Сернан, Харрисон Шмитт и Рональд Эванс благополучно приводнились в Тихом океане, завершив лунную миссию Аполлон-17. Они были последними людьми, которые путешествовали за пределами низкой околоземной орбиты, обычно определяемой как менее 1000 км над поверхностью Земли.
Примерно 49 лет спустя мы приближаемся к запуску лунной миссии NASA Artemis 1. «Артемида» — последний из длинной серии проектов, в течение многих десятилетий пытавшихся вернуть людей на Луну. Это, безусловно, самый близкий к реализации вариант, а самые ранние попытки запуска в настоящее время запланированы на март 2022 года. Artemis 1 не будет перевозить астронавтов, но запустит первый за почти 50 лет космический корабль, способный совершить путешествие на лунную орбиту. С конечной целью установить долгосрочное присутствие человека на Луне и вокруг нее, «Артемида» является первой в серии все более сложных миссий с экипажем в дальнем космосе, запланированных на ближайшие годы.
Фото: https://sci-news.ru/
«Артемида-1» состоит из космического корабля «Орион», который будет запущен с помощью новой системы космического запуска — в настоящее время это самая мощная действующая ракета в мире. «Орион» включает в себя модуль экипажа, коническую капсулу, в которой могут разместиться до шести астронавтов в течение 21 дня в открытом космосе, и европейский служебный модуль, содержащий основной ракетный двигатель «Ориона». Европейский служебный модуль вырабатывает электроэнергию с помощью характерных солнечных панелей типа «крестокрыл» и несет запасы воды, воздуха для дыхания и топлива. Он также контролирует тепловую среду внутри модуля экипажа, поддерживая астронавтов и электрические системы в безопасных пределах температуры.
Две критически важные проблемы
Две самые сложные части любой космической миссии — это запуск и посадка. Давайте сначала посмотрим, как будет запускаться Artemis 1. Космическая система запуска состоит из огромной жидкостной основной ступени, приводимой в действие двигателями эпохи космических шаттлов, и двух мощных твердотопливных ракет-носителей, установленных сбоку, которые вместе производят почти девять миллионов фунтов тяги при запуске.
На основной ступени находится промежуточная криогенная двигательная ступень, меньший по размеру двигатель на жидком топливе, который вытолкнет «Орион» с околоземной орбиты к Луне. Космический корабль «Орион» в настоящее время подключен к системе космического запуска в Космическом центре Кеннеди во Флориде для серии предпусковых испытаний и репетиций. Это включает в себя заправку системы космического запуска и отработку выкатывания всех элементов ракеты на стартовую площадку.
Хотя система космического запуска никогда ранее не запускалась, космический корабль «Орион» был испытан в космосе один раз. Это тоже было без космонавтов, еще в 2014 году. Хотя этот испытательный полет успешно прошел за пределы низкой околоземной орбиты, он не прошел весь путь до Луны. Объекты, возвращающиеся на Землю с Луны, движутся значительно быстрее, когда сталкиваются с нашей атмосферой, чем объекты, падающие с низкой околоземной орбиты. Это создает очень высокие температуры. Таким образом, одной из ключевых задач Артемиды-1 является обеспечение того, чтобы теплозащита Ориона могла выдержать этот свирепый жар при входе в атмосферу Земли.
По возвращении домой Orion будет двигаться со скоростью 25 000 миль в час, когда достигнет верхней части земной атмосферы и должен выдерживать температуру 2760 ℃. Для сравнения, космический корабль, возвращающийся на Землю с Международной космической станции на низкой околоземной орбите, обычно движется со скоростью 17 000 миль в час и сталкивается с температурой примерно 1900 ℃.
Что происходит после взлета?
Artemis 1 запустится из Космического центра Кеннеди на околоземную орбиту, после чего основная ступень системы космического запуска будет отделена, а промежуточная криогенная двигательная ступень загорится, отправив «Орион» к Луне. После путешествия продолжительностью в несколько дней «Артемида-1» спустится на высоту всего 100 км над лунной поверхностью, запустит свои бортовые двигатели и выйдет на дальнюю ретроградную орбиту вокруг Луны, что позволит ей пройти на максимальное расстояние от Земли около 430 000 км. С такого расстояния Земля покажется астронавту размером примерно с ноготь вашего мизинца на вытянутой руке.
Это будет самое большое расстояние от Земли, когда-либо достигнутое космическим кораблем, пригодным для человека. Нынешним рекордсменом является миссия «Аполлон-13» 1970 года, которая была вынуждена прервать посадку на Луну из-за взрыва в одном из кислородных баллонов космического корабля.
В течение этого периода инженеры будут тестировать системы «Ориона», такие как его способность удерживать давление воздуха и уровни радиации внутри капсулы экипажа. В то время как Artemis 1 в первую очередь предназначен для определения жизнеспособности «Ориона» для будущих миссий с экипажем, камеры на концах солнечных панелей европейского служебного модуля должны обеспечивать захватывающие дух изображения «Ориона» в космосе на фоне Земли и Луны.
После шести дней пребывания на лунной орбите «Орион» выполнит еще несколько запусков двигателей и еще один близкий облет Луны, прежде чем отправиться домой. Точное время полета будет зависеть от того, когда будет запущен Artemis 1. Необходимо принять во внимание множество соображений относительно окон запуска, таких как обеспечение того, чтобы Земля не блокировала попадание солнечного света на солнечные панели европейского служебного модуля во время полетов на Луну и обратно, а также чтобы вход в атмосферу и приводнение происходило днем.
Фото: https://ria.ru/
Ожидается, что примерно через 26 дней после запуска «Орион» отсоединит европейский служебный модуль, а затем направит плоское основание конического боевого отсека, покрытого теплозащитой, на Землю для безопасного входа в атмосферу и приводнения с помощью парашюта. Многое зависит от успеха этой миссии. Если все будет хорошо, мы можем надеяться, что «Артемида-2» с астронавтами взлетит в ближайшие годы.
Авторы:
Гарет Дорриан, постдокторский научный сотрудник в области космических наук, Бирмингемский университет;
Ян Уиттакер, старший преподаватель физики Ноттингемского Трентского университета.