Проекти колонізації Місяця: ТОП-3

П’ятдесят років тому людство переживало ейфорію від успіхів американських астронавтів та програми «Аполлон». Не тільки фантасти та обивателі, а й багато фахівців були впевнені, що до кінця 1970-х років на Місяці з’явиться база, потім розвинена колонія, а за нею цілі міста. Очікування не виправдалися: 1975 року Сполучені Штати закрили програму, а СРСР обмежився запуском телекерованих станцій та місяцеходів. Природний супутник землі залишився неприступним. Однак у новому столітті за освоєння Місяця збираються взятися всерйоз.

Закрите «Сузір’я»

У лютому 2003 року, повертаючись із чергової орбітальної місії, загинув американський шатл «Колумбія» із сімома членами екіпажу. Трагедія змусила уряд США призупинити пілотовані польоти та замислитися над тим, щоб змінити стратегію космічної експансії.

14 січня 2004 року президент Буш-молодший виступив у штаб-квартирі NASA із програмною промовою. Він поставив за мету: до 2008 року створити новий космічний корабель, який літатиме на орбіту і до Місяця, до 2014-го — висадитися на поверхню супутника, а до 2020-го — побудувати там науково-дослідну базу, що постійно діє. Щоб реалізувати такий амбітний план, адміністрація президента попросила Конгрес збільшити фінансування космічних розробок на мільярд доларів на рік.

Програму назвали «Сузір’я» (Constellation). Щоб заощадити час і гроші, фахівці NASA збиралися максимально задіяти технічні рішення, що вже існують. На основі стартових прискорювачів системи «Спейс Шаттл» та двигунів старої ракети «Сатурн-5» вони розробили два нові носії: важкий «Арес-1» вантажопідйомністю 25 тонн та надважкий «Арес-5» вантажопідйомністю до 188 тонн.

До Місяця хотіли відправити пілотований дослідницький корабель «Оріон». Для проекту розроблено двопускову схему. Спочатку мав стартувати “Арес-5” з місячним посадковим модулем “Альтаїр” та розгінним блоком EDS (Earth Departure Stage), що забезпечує досягнення другої космічної швидкості. Потім, у разі успіху, протягом місяця запустився б «Арес-1» із кораблем «Оріон» та його екіпажем. Після стикування частин корабля розгінний блок вивів би його до Місяця.

Важливо розуміти, що новий корабель міг здійснити м’яку посадку на будь-якій цікавій ділянці Місяця, а ось технічні параметри кораблів «Аполлон» дозволяли прилунати лише в екваторіальних районах. І ще одна примітна деталь: за словами конструкторів, під час проектування корабля та ракет-носіїв вони орієнтувалися на вимоги до транспорту для майбутньої експедиції на Марс. Сценарій польоту на Місяць складали за проміжними результатами марсіанської програми. Саме тому головні двигуни «Оріона» та підйомного ступеня місячного модуля «Альтаїр» мали працювати на рідкому метані. У ракетобудуванні використовувати для палива метан не прийнято, проте на той час розроблялися проекти щодо синтезу метану з атмосфери Марса — цим і було продиктовано вибір.

NASA планувало, що наступного року після закінчення програми «Спейс Шаттл», 2011-го, вже вдасться провести перший пробний пуск ракети «Арес-1», а потім, до кінця 2016 року, після серії безпілотних польотів «Оріона» відправити до МКС цілий екіпаж та чотири вантажні кораблі. На 2018 рік намітили перший старт «Ареса-5» — він доставив би на орбіту розгінний блок і корабель «Оріон» без екіпажу. Вдруге планували використовувати обидві ракети, «Арес-1» та «Арес-5». Під час цієї місії фахівці хотіли відпрацювати стикування «Оріона» із модулем «Альтаїр» на навколоземній орбіті. Третій пуск мав стати “заліковим” – з ним збиралися здійснити посадку безпілотного модуля на поверхню Місяця.

Перша пілотована експедиція мала відбутися у грудні 2019 року. Планувалося, що астронавти проведуть на поверхні супутника не більше тижня, а потім за допомогою підйомного ступеня місячного модуля «Альтаїр» повернуться на орбіту, де на них чекатиме «Оріон». Корабель мав приземлитися на сушу в західній частині США за допомогою парашутної системи та надувних амортизаторів, розташованих під одноразовим теплозахисним щитом. Тривалість польотів мали намір постійно збільшувати. NASA передбачало, що колись екіпажі зможуть працювати на Місяці до півроку, після чого замінятимуться, як зараз на МКС.

У таких тривалих експедиціях важливо було розраховувати на місцеві ресурси. Тому для майбутньої бази вибрали вал кратера Шеклтон, розташованого неподалік південного полюса Місяця. Там виявлена так звана холодна пастка — місце, куди ніколи не проникають сонячні промені, і там знаходиться місячне «озеро» — брила водного льоду, що утворилася в результаті падіння комети. Воду, що видобувається, можна було б використовувати в системі життєзабезпечення і для виробництва воднево-кисневого палива.

Фахівці NASA навіть розробили план будівництва бази – його представили у грудні 2006 року. У 2019-му в районі майбутньої бази мав сісти безпілотний варіант модуля «Альтаїр», який несе на собі енергоустановку із сонячними батареями та планетохід із тривалим терміном експлуатації. Перший корабель з екіпажем доставив би герметичний модуль бази — циліндричну «бочку», яка б стала домом для наступних астронавтів. Дуже важливим був третій політ, намічений на червень 2020 року, — до бази додалися б дві мобільні енергоустановки, другий планетохід і колісний кран. Кран хотіли використовувати під час четвертого польоту, коли на Місяць прибуде другий герметичний модуль. Обидві «бочки» збиралися зняти з посадкових апаратів і з’єднати один з одним. База із замкнутим циклом життєзабезпечення дозволяла б зміні з чотирьох астронавтів працювати на Місяці протягом 180 діб.

Вартість одинадцятирічної програми оцінювали у 230 мільярдів доларів. У порівнянні з вартістю перших восьми років програми «Сатурн-Аполлон», переведеної в сучасні ціни, «Сузір’я» виходило вдвічі дешевше.

Напевно, іншим часом Сполучені Штати цілком потягнули б такі витрати, але в 2007 році виникла світова економічна криза. Уряд США переглянув фінансову політику країни та почав гарячково шукати можливості скоротити бюджетні витрати. Президенту Бараку Обамі, який заступив на пост глави держави в січні 2009-го, довелося взяти на себе роль кризового менеджера, і, зрозуміло, він звернув увагу на запити NASA. На його доручення комісія незалежних експертів на чолі з колишнім директором компанії Lockheed Martin Норманом Огустіном проаналізувала програму «Сузір’я» і дійшла висновку, що без збільшення фінансування космічні плани Буша-молодшого реалізувати не вийде.

У тому ж році відбувся перший випробувальний запуск ракети “Арес IX” у спрощеній модифікації. Інженери хотіли перевірити, чи взагалі можна використовувати твердопаливні прискорювачі системи «Спейс Шаттл» як окремий носій. Старт 28 жовтня 2009 року та шестихвилинний суборбітальний політ пройшли успішно, проте після поділу сходів не розкрилися рятувальні парашути — перший щабель врізався у воду та отримав пошкодження. І на це пішло аж 400 мільйонів доларів! Під враженням від такої демонстрації Барак Обама вирішив закрити всю програму «Сузір’я».

План «Артеміда»

Втім, у Конгресі знайшлися затяті захисники «Сузір’я», і Обамі довелося витримати справжній бій із опонентами. У результаті президент пішов на поступки.

Фінансування NASA було збільшено. Вцілів проект корабля «Оріон» — він став багатоцільовим. Ракету “Арес-1” замінили ракетою “Дельта-4”, а замість розвитку “Ареса-5” інженерам запропонували зайнятися розробкою перспективного надважкого носія SLS (Space Launch System) вантажопідйомністю до 130 тонн.

Перший випробувальний політ корабля «Оріон» (Exploration Flight Test 1, EFT-1) відбувся, хоч і зі значним зсувом термінів. 5 грудня 2014 року ракета вивела на високоеліптичну орбіту тестову версію, що складалася з робочого модуля екіпажу та макетного службового відсіку. Завдання полягало у випробуванні основних систем корабля, а й у тому, щоб заміряти рівень радіації у відсіках (благо корабель у польоті перетинав внутрішній радіаційний пояс Землі). Це було потрібно для розробки рекомендацій щодо захисту екіпажів під час тривалих міжпланетних перельотів. Після другого витка модуль екіпажу увійшов в атмосферу на швидкості 8,89 км/с та успішно приводнився.

Фахівці NASA заявили, що успіх першого польоту дозволить створити повноцінний варіант судна. Його запуск на ракеті SLS запланували на 2018 рік, а 2021-го мав відбутися перший пілотований політ. Як ми бачимо сьогодні, NASA не виконало обіцянок; при цьому на створення «Оріону» та супутньої інфраструктури вже витрачено 18,6 мільярда доларів.

Вирішувати проблеми довелося президенту Дональду Трампу. 11 грудня 2017 року, після тривалих консультацій, він підписав директиву з космічної політики, яка офіційно змінює довгострокові цілі американської пілотованої космічної програми. У ній скасовано становище, за яким головною метою був Марс. Тепер Сполучені Штати мають намір у найближчому майбутньому якнайшвидше повернутися на Місяць і надовго там влаштуватися, створивши передумови для розширення космічної експансії. Цікаво, що на церемонії підписання директиви були присутні ветерани програми «Аполлон» — Базз Олдрін і Харрісон Шмітт.

Оновлена програма незабаром отримала гарну назву Артеміда. Вона об’єднала у собі всі існуючі розробки у сфері освоєння Місяця. Її перший великий етап – будівництво станції Gateway (Lunar Orbital Platform-Gateway) на навколомісячній орбіті.

Зрозуміло, перед початком складання станції фахівці NASA таки випробувать і ракету SLS, і корабель «Оріон». Місія «Артеміда-1» – обліт Місяця безпілотним кораблем – стартує не раніше квітня 2021 року. Якщо все пройде без аварій, через рік-півтора відбудеться пілотований політ «Оріона» в місії «Артеміда-2». Екіпаж із чотирьох астронавтів проведе в космосі 21 день і здійснить кілька маневрів поблизу Місяця.

На 2024 рік призначено старт місії «Артеміда-3». На той час до Місяця планується відправити як мінімум два блоки станції Gateway: електродвигунний (Power and Propulsion Element, PPE) та малий житловий (Habitation and Logistics Outpost, HALO), в якому екіпаж із чотирьох осіб зможе жити протягом 30 діб. Корабель «Оріон» пристикується до станції, після чого двоє членів екіпажу оселяться на ній, а двоє перейдуть у місячний модуль та здійснять посадку в районі південного полюса Місяця. Передбачається, що серед них буде жінка – перша астронавтка, яка ступить на поверхню супутника. Астронавти пробудуть там тиждень, вивчаючи місцевість та збираючи зразки.

Після успішної висадки будівництво навколомісячної станції та бази на поверхні продовжиться. Для цього до 2028 року NASA запустить ще кілька надважких ракет SLS і більше десятка інших ракет-носіїв. На Місяць висадиться чотири екіпажі, а на орбітальній станції буде організовано постійне чергування астронавтів.

Подальші плани поки що туманні, і керівництво NASA не конкретизує їх, оскільки не впевнене, що вдасться вкластися в контрольні терміни, які визначені сьогодні. Потрібно щонайменше дочекатися першого польоту корабля «Оріон» до Місяця.

Місячні мільярдери

Зміна пріоритетів у космічній стратегії США вплинула і на плани приватних космічних компаній, тим більше, що NASA збирається активно залучати їх до реалізації програми Артеміда.

У вересні 2018 року Ілон Маск, великий шанувальник ідеї колонізувати Марс, оголосив про перший контракт із космічним туристом. Юсаку Маедзава — підприємець-мільярдер, колекціонер та аматор мистецтва — разом із групою художників та музикантів збирається облетіти Місяць на кораблі, розробленому SpaceX. Суму угоди тримають у таємниці, але Маедзава визнав, що вона є достатньо великою, щоб суттєво вплинути на темпи будівництва.

Система, яка літатиме до Місяця, складається з двох частин: ракети-бустера Super Heavy та пасажирського корабля Starship, оснащеного двигунами Raptor — вони працюють на кисні та метані. Її проектують так, щоб обидві частини могли повернутися на Землю та використовуватися багаторазово. У джерелах всю систему називають Starship (раніше її називали BFS – Big Falcon Spaceship).

Маск повідомив, що перші суборбітальні польоти корабля розпочнуться 2020 року, орбітальні — не пізніше 2022-го, а політ туриста-мільярдера до Місяця відбудеться 2023 року. Однак до цього SpaceX має не тільки побудувати сам корабель, а й освоїти пілотовані польоти на орбіті.

Компанія вже продемонструвала перші напрацювання – апарат Starhopper, забезпечений посадковими опорами та одним двигуном Raptor. 25 липня та 27 серпня 2019 року його успішно протестували на новому космодромі компанії в Бока-Чіка (Техас); під час другого польоту він досяг висоти 150 метрів.

У вересні 2019 року SpaceX представила повнорозмірний прототип Starship Mk1, який має підніматися на висоту 200 метрів, а потім здійснювати м’яку посадку. Втім, до запуску справа не дійшла: 20 листопада, під час випробувань на максимальне заповнення кисневого бака, Mk1 зірвало верхню частину, що призвело до повного руйнування конструкції. Компанія прийняла рішення залишити розробку Mk1 і Mk2, що створювався паралельно, і зосередитися на підготовці до польоту покращеного прототипу під кодовою назвою SN. Остання версія прототипу SN15 успішно злетіла на висоту 10 км. у травні цього року. Політ Starship SN20 та ракети Super Heavy B4 на висоту 250 км планується восени 2021 року. А у квітні 2021-го NASA уклало контракт із SpaceX на розробку місячного модуля на суму майже 3 млрд доларів.

* * *

Новий наступ на Місяць розпочався. Не варто очікувати, що все пройде гладко, — напевно, будуть і проблеми, і аварії, і зриви термінів. Головне, що люди намагаються залишити «гравітаційний колодязь» Землі і нарешті закріпитися в сусідньому світі. Місяць стане не лише полігоном для випробування міжпланетних технологій, а й першим форпостом у галактичній історії людства.

Цікаві статті на цю тему:

• Вірші, сюжети, код, контекст та віртуальний світ: що вміє нейромережа ChatGPT
• Як встановити контакт із інопланетянами
• Підводні міста майбутнього. Як і навіщо нам заселяти океан
• Промені смерті: шалені проекти та улюблена зброя шахраїв
• Термоядерний синтез: енергія майбутнього?