Тяжелый пилотируемый луноход и 14-модульная база на третьем этапе развития.

31 декабря российские и даже некоторые зарубежные информационные ресурсы опубликовали информацию о проекте «Луна Семь», который был предложен «Лин Индастриал» – небольшой российской фирмой, специализирующейся на ракетах-носителях сверхлегкого класса. Многие специалисты и любители космонавтики восприняли идею негативно либо просто не восприняли всерьез, однако мало кто попытался разобраться в предложенной концепции. Скорее всего, «Луна Семь» никогда не появится в действительности, и, возможно, для ее реализации в проект пришлось бы внести изменения, но она проработана достаточно хорошо, чтобы показать: создание человеческого поселения на Луне возможно без вложения громадных средств, и уж точно дешевле Чемпионата мира по футболу или Олимпийских игр.

Прежде чем говорить о стоимости, давайте для начала разберемся, как выглядит база на Луне в представлении «Лин Индастриал».

Предполагается, что транспортная инфраструктура Земля-Луна будет состоять из четырех элементов. Первые два – это ракета-носитель на базе «Ангары-А5» с тяжелой кислородно-водородной верхней ступенью вместо УРМ-2 и разгонного блока и универсальный посадочный аппарат «Фрегат-Л». Его предлагается создать на базе разгонного блока «Фрегат» НПО им. Лавочкина, модифицировав двигательную установку и систему управления и добавив посадочные амортизаторы. Связка ракеты и «Фрегата-Л» сможет использоваться для доставки до 3,6 т груза на поверхность Луны. Оставшиеся два элемента инфраструктуры используют «Фрегат-Л». Лунный пилотируемый корабль вписан в корпусы бытового отсека и спускаемого аппарата корабля «Союз ТМА», а вместо агрегатного отсека на нем установлен универсальный двигательно-посадочный модуль «Фрегат-Л». Четвертый элемент – заправщик, который представляет собой «Фрегат-Л» с дополнительным кольцом топливных баков.

Заправка пилотируемого корабля на поверхности Луны.

Как уже говорилось выше, выбранная транспортная инфраструктура позволяет доставлять на поверхность Луны грузы массой до 3,6 т. В эти ограничения вписываются небольшие модули лунной базы длиной около 5 м и диаметром 3 м, солнечная электростанция мощностью 15 кВт, малые (инженерные) и один тяжелый пилотируемый луноход с грунтометом для засыпки базы, а также пилотируемый корабль без топлива на обратную дорогу. Для того, чтобы доставить двух человек на Луну и вернуть их обратно, потребуется три пуска «Ангары-А5»: один доставит на Луну корабль, еще два – модули-заправщики.

Прежде чем отправлять на Луну технику и людей, важно определиться с местом для будущей базы. Критериев подбора района много. Все специалисты сходятся в том, что база должна располагаться на Южном полюсе Луны, где много постоянно затененных кратеров. Предполагается, что в них может сохраняться водяной лед, очень полезный ресурс для содержания базы, а значит, поселение нужно строить рядом с одним из таких кратеров. Кроме того, на лунных полюсах есть так называемые пики вечного света – возвышенности, где почти постоянно светит Солнце, а ночь составляет всего несколько недель в год. Для сравнения, на большей части Луны ночи длятся по две недели и занимают половину года. Третий критерий – площадка для базы должна быть ровной. К сожалению, на южном полюсе Луны довольно сложный рельеф. Если учесть все три критерия, то перспективных мест для устройства базы остается не так уж много. Разработчики «Луны Семь» выбрали (подробности в презентации) гору Малаперт – возвышенность на видимой стороне Луны вблизи Южного полюса.

Расположение модулей базы на втором этапе (по схеме В.П. Бармина).

До первой экспедиции к Луне придется доставить спутник связи, а на ее поверхность – посадочные маяки для обеспечения приемлемой точности посадки, луноходы, электростанцию и каркас будущей крыши. На первом этапе лунная база должна состоять из пяти модулей: служебного, двух жилых, научного и складского. В последнем будут храниться запасы системы жизнеобеспечения базы. Модули предполагается оборудовать подвижными шлюзами для стыковки на неровной поверхности и мотор-колесами на аккумуляторах, позволяющих пройти до 700 м. В связи с необходимостью экономить средства, длительность пребывания на базе экспедиции из двух человек составит один год. Небольшая гравитация и минимизация облучения космической радиацией за счет наличия грунтовой крыши позволят создать для экипажа более комфортные бытовые условия, чем на МКС.

Создание радиационной защиты – один из важнейших и наиболее сложных этапов строительства базы. Существует много возможных вариантов конструкции, и для выбора из них оптимального приходится учитывать кучу факторов: объем необходимого труда космонавтов в процессе строительства защиты, количество необходимой для строительства техники, сложность этой техники, эффективность защиты, накладываемые ей ограничения на эксплуатацию базы, инженерные риски и т. д. Например, простейшая засыпка жилых модулей реголитом не только потребует собрать и перебросить огромное количество грунта – она попросту невозможна. Рассыпчатый лунный грунт заблокирует шлюзы. Следовательно, потребуется доставлять и устанавливать заграждения, а это увеличивает объемы ручного труда и стоимость защиты. Разработчики «Луны Семь» остановились на конструкции раскладной решетчатой крыши из углепластиковых прутьев. Аналогичная технология используется в некоторых раскрывающихся радарах космических аппаратов. Космонавтам придется следить закрепить две стороны крыши на земле, а засыпкой займется автоматический луноход.

Отвергнутые варианты радиационной защиты лунной базы.

На втором этапе база будет дооснащаться электростанциями, жилыми, лабораторными и складскими модулями. Это позволит увеличить размер экипажа до 4 человек. Кроме того, предполагается начать эксперименты с использованием лунных ресурсов. В первую очередь важно научиться добывать лед – источник воды, кислорода и водорода. В дальнейшем это позволит не только сократить объем грузов, присылаемых с Земли, но и заправлять пилотируемые корабли местным топливом, а не доставленным заранее. Для этого, однако, их придется перевести на кислород-водородные двигатели.

Малый луноход.

В презентации проекта «Луна Семь» приводится количественная сводка необходимых ракет. Предполагается, что для создания и эксплуатации базы в течение пяти лет потребуется 34 ракеты «Ангара-А5». Расчетная стоимость проекта – около 10 млрд долларов, т. е. в среднем 2,5 млрд в год. Для сравнения, годовой бюджет Минобороны составляет около 70 млрд, современный бюджет Роскосмоса – 3 млрд.

Электростанция (15 кВт).

«Лунные» предложения РАН и предприятий российской космической отрасли не успели оформиться в полноценную концепцию до того, как планы поменялись (по последней информации, Роскосмос уже не очень интересуется Луной). Несмотря на это, общие черты этих предложений ясны.

Предполагалось, что основным пилотируемым кораблем новой амбициозной программы станет разрабатываемый в РКК «Энегрия» перспективный транспортный корабль нового поколения (ПТК НП), также известный как ППТС. Его масса в околоземной модификации составляет более 14 тонн, в лунной – 20 тонн. Для его запуска на лунную орбиту предполагается построить сверхтяжелую ракету-носитель грузоподъемностью от 90 т. ПТК НП не способен совершать посадку на безатмосферные тела. Чтобы доставить к Луне посадочный аппарат, понадобится еще одна такая ракета. Можно осуществить два пуска, и в начале экспедиции состыковать ПТК НП с посадочным аппаратом на орбите Земли, либо сразу запускать их одним пуском 150-тонной ракеты. Это уже так называемый «сверхтяжелый носитель второго этапа». Кроме мощной ракеты для доставки грузов и пилотируемых комплексов на орбиту Луны потребуется сверхтяжелый разгонный блок с двумя двигательными установками: кислородно-водородной (основной) и гидразиновой (тормозной). Масса его в заправленном состоянии должна составлять около 70 тонн (именно поэтому для доставки 20-тонного ПТК НП на орбиту Луны нужен 90-тонный носитель).

Характеристики ПТК НП со сверхтяжелым разгонным блоком.

Точного плана развертывания лунной базы в предложениях РАН и организаций отрасли не существовало, но предполагалось, что в конце 2020-х начнется отработка лунной техники. космонавты в ПТК НП посетят орбиту Луны и отработают там стыковку с автоматическими модулями. По предложению НПО им. Лавочкина, во время такого пилотируемого полета космонавты могли бы забрать образцы грунта, заранее отобранные луноходом и доставленные на орбиту автоматическим взлетно-посадочным аппаратом. Предполагалось и проведение дозаправки такого аппарата – фактически, базового элемента будущего лунного посадочного корабля.

По плану РАН, составленному при ведущем участии Института космических исследований, впервые российский космонавт должен поставить ногу на лунный грунт в 2030-х годах. В то же время на орбите земного спутника должна появиться небольшая посещаемая или постоянно обитаемая станция. Предполагается, что люди установят на Луне научное оборудование, совершат несколько разведочных, исследовательских или инженерных (т. е. ремонтных) миссий на поверхности, но основную работу будут вести автоматические станции. Наконец, в 2040-х годах предлагается начать возведение обитаемой базы. Она в предложениях по лунной программе Роскосмоса не описана, однако там есть ссылки на более ранние проработки РКК «Энергия».

В представлении ведущей организации отрасли лунная база строится по четырехлучевой схеме с узловым модулем в центре. Она должна состоять из 12 модулей массой до 10 тонн каждый. Это позволит содержать на Луне постоянный экипаж из 3-6 человек. Метод защиты от радиации можно назвать вкопанно-засыпным. До начала строительных работ автоматический бульдозер должен выкопать две пересекающиеся под прямым углом канавы, в которые будут заведены модули базы. Сверху их предполагается засыпать метровым слоем реголита. Для снабжения лунного поселения энергией потребуется ядерный реактор.

Концепция лунной базы РКК «Энегрия».

Оценка затрат на все перечисленные проекты до 2050 года – более 200 млрд долларов (в среднем 5,7 млрд в год).

Из этого краткого обзора уже можно понять, что 20-кратная разница в оценках стоимости базы – это не банальная ошибка в расчетах «артековских фантазеров». Во-первых, речь идет о двух абсолютно разных концепциях. Роскосмос, фактически, предложил не план лунной базы, а гораздо более широкую программу, отдельной строкой в которой прописано создание базы – и то, в неопределенном будущем. Одна только присутствующая в государственной программе окололунная орбитальная станция потребует сотен миллиардов рублей на разработку и эксплуатацию, не говоря уж об автоматических исследованиях Луны и научной программе 2030-х годов.

Во-вторых, стоимость во многом определяется временем. Как известно, в технически сложных проектах затраты имеют свойство возрастать с увеличением продолжительности разработки. Другими словами, чем дольше мы проектируем что-то, тем больше на него потратим. Хорошим примером этого свойства являются ракеты семейства «Ангара» разработки ГКНПЦ им. Хруничева. По разным оценкам, за более чем 15 лет разработки на проект было потрачено от 100 до 160 млрд рублей, но основная причина таких расходов – не неэффективность КБ «Салют», а нерегулярность финансирования, которое долгое время поступало урвыками и в недостаточном объеме. Можно отметить, что заявленный срок реализации «Луны Семь» (пять лет с первого пуска до базы второго этапа) выглядит чрезмерно оптимистичным, и это может отказать негативное влияние на ее стоимость.

В-третьих, Роскосмос намеревался использовать в лунной программе только новую технику, а ее создание – дорогое удовольствие. Например, согласно независимым оценкам, разработка сверхтяжелой ракеты Space Launch System грузоподъемностью 70 и 105 тонн обойдется НАСА в более чем 25 млрд долларов (1,5 трлн рублей). Роскосмос же хочет носитель грузоподъемностью 90/150 тонн. Не удивительно, что в отправленном на доработку проекте Федеральной космической программы предполагался двукратный рост бюджета Роскосмоса к 2025 году. И это при том, что к середине следующего десятилетия не предполагалось даже окончить проектирование сверхтяжелой ракеты, не говоря уж о каких-то полетах к Луне.

В-четвертых, выбранная транспортная инфраструктура государственной программы выглядит не совсем оптимальной. Например, ПТК НП по своим характеристикам неплохой корабль, но он слишком велик для трехдневного полета к Луне. ПТК НП больше напоминает американский корабль «Орион», предназначенный для полетов к астероидам и другим планетам. Вместе с трансформируемым бытовым отсеком от той же РКК «Энергия» этот корабль мог бы отправиться в облет Венеры или Марса, но его размеры делают лунные экспедиции слишком тяжелыми, а следовательно – дорогими. Именно поэтому в схеме «Луны Семь» для полета на Луну и обратно достаточно вывести 80 тонн на низкую орбиту Земли, а в государственной программе нужно там же иметь около 150 тонн. Другой пример неоптимальности – сверхтяжелый буксир с двумя двигательными установками для доставки грузов с орбиты Земли на орбиту Луны. Тормозные двигатели нужны ему для доставки на лунную орбиту модулей станции и других грузов, не способных выдать тормозной импульс самостоятельно, но при пилотируемых полетах двигательная установка ПТК НП остается незадействованной. В результате, для простого запуска на орбиту Луны 20-тонного корабля нам необходимо вывести в космос около 90 тонн, тогда как НАСА собиралась отправить туда же 21-тонный «Орион» 70-тонной ракетой SLS (правда, сейчас в планах американского космического агентства такая миссия отсутствует).

Проект Федеральной космической программы на ближайшее десятилетие, подготовленный в год назад, осенью был отправлен на доработку. Слухи утверждают, что расходы на космонавтику придется сократить на 10-20%. Следовательно, слишком дорогая даже при высоких ценах на нефть официальная лунная программа становится абсолютно неподъемной. Буквально в ближайшие недели будет решаться, какая часть техники для «лунной инфраструктуры» останется в планах Роскосмоса, а какая будет благополучно забыта. И если за пилотируемый корабль ПТК НП можно не волноваться – слишком много сил в него вложено, – то ракета-носитель сверхтяжелого класса – как раз тот проект, который имеет смысл пересмотреть. Необходимость в носителе грузоподъемностью более 100 тонн была плохо обоснована. В условиях сокращения расходов вместо распыления сил следует сосредоточиться на одном направлении. Если даже основным долгосрочным проектом Роскосмоса станет лунная база, как видно из проекта «Луна Семь», сверхтяжелая ракета для нее вовсе не является необходимостью.

Оптимальным выходом могла бы стать модульная ракета, строящаяся по принципу «Ангары», но в масштабе американской Falcon 9/Falcon Heavy. Ее грузоподъемность в одномодульном, трехмодульном и пятимодульном вариантах составила бы 15, 30 и 70 тонн, а при модернизации замена верхней ступени на водородную позволила бы довести максимальную массу выводимого груза до 90 тонн. Применение в такой ракете метановых двигателей даст задел для многоразовости, если она станет экономически оправданной. Наконец, самая легкая ракета из этой линейки позволила бы загрузить морскую платформу Sea Launch, которая сейчас простаивает из-за отсутствия ракет «Зенит».

Развернутая база проекта «Луна Семь» (крыша не показана для наглядности; каркас не соответствует запланированному).

• < Назад
• Вперёд >