В першій половині 20 століття людство зробило неймовірний ривок технічного прогресу. Перший політ літака стався в 1903?році, а вже в 1969 році перша людина гуляла на Місяці (місії Аполлон). Пройшло ще стільки ж часу і людство, схоже, втратило ці технології. Попри наявність сучасних матеріалів, надшвидких комп’ютерів та кращого розуміння фізики та хімії, програма НАСА Артеміда для повернення людини на Місяць, стикається з проблемами, з якими ніколи не стикалися місії Аполлон.
Коли астронавти «Аполлона-17» повернулися з Місяця в 1972 році, вони не могли знати, що вони будуть останніми людьми, які були поза орбітою Землі.
Лише в останні роки NASA заявила про підготовку місій для відправки людей назад на Місяць за допомогою рейсу Artemis II. Старт цієї ракети запланований на осінь 2025 року.
Ця нова місія насправді не поверне людей на Місяць, а лише стане кроком до цього. Вона буде схожа на політ «Аполлона-8» 1968 року, коли троє людей облетіли Місяць, не приземлившись, а потім повернулися на Землю. NASA Artemis II відправить чотирьох астронавтів у 10-денну подорож навколо Місяця під час першого випробування екіпажем нової ракети Space Launch System (SLS) і космічної капсули Orion.
Здавалося б, сучасні технології та можливості зроблять цю місію простою. Але насправді, сьогодні досягти Місяця може бути навіть складніше, ніж це було півстоліття тому.
Чому повернення на Місяць важче, ніж в 1960-х?
Програма НАСА «Артеміда» страждає від тривалих затримок, перевитрат і несподіваних проблем. Вона має спільні риси з багатьма наземними програмами, такими як модернізація метро та будівництво шосе, які також, здається, займають набагато більше часу, а часто й коштують набагато більше, ніж раніше.
Невже зараз важче будувати великі речі? І коли справа доходить до Місяця, чому повторення справи, здійсненої понад півстоліття тому, має тривати так довго?
Наступним кроком Artemis є, по суті, повторення місії Apollo 8, але програма має великі амбіції, які сягають за межі Місяця.
«Зрештою, наша заявлена мета — Марс», — каже Метью Ремсі, керівник місії Artemis II. «Це дуже важко — потрапити на Марс і жити на Марсі, — тому ми беремо це маленькими шматочками».
Перша місія програми «Артеміда I» відправила космічний корабель без екіпажу навколо Місяця та назад у 2022 році. Після «Артеміди ІІ» у третьому та шостому етапах буде розміщено людей на нашому природному супутнику, а потім встановлено частини орбітальної космічної станції Lunar Gateway. Пізніші місії також будуть зосереджені на створенні населених таборів на поверхні Місяця.
Програма «Артеміда», яка ледве стартувала, вже зазнала тривалих затримок, і програма стикається зі значними проблемами, викладеними під час нещодавнього аудиту офісу генерального інспектора NASA.
По-перше, до 2025 року вона поглине 93 мільярди доларів, що на мільярди більше, ніж очікувалося. По-друге, згідно з аудитом, пригода Artemis I виявила «критичні проблеми, які необхідно вирішити перед відправленням екіпажу в місію Artemis II». Тепловий щит капсули Orion, наприклад, руйнувався не так, як передбачали інженери, з причин, які вони поки не розуміють. Болти на космічному кораблі зіткнулися з несподіваним плавленням і ерозією. І система живлення зазнала аномалій, які могли залишити майбутній екіпаж без необхідної енергії та, можливо, без двигуна чи тиску.
Згідно зі звітом, ці «аномалії» — термін, який використовують для позначення великих проблем — створюють значні ризики для безпеки екіпажу. І вони вийшли на вершину інших проблем апаратного забезпечення, даних і комунікацій. Крім того, генеральний інспектор виявив, що початковий запуск спричинив непередбачену шкоду системі, що призвело до ремонту на суму понад 26 мільйонів доларів, що є набагато більшим рахунком, ніж команда планувала в бюджеті. Це багато проблем і багато грошей, особливо для місії, яка не досягне багатьох етапів, яких інженери досягли ще в 1960-х роках.
Недостатньо мотивації для повернення на Місяць
Може здатися дивним, що сьогодні повернення на Місяць є таким складним, враховуючи, що люди робили це раніше. Але обставини не ті самі, каже Скотт Пейс, директор Інституту космічної політики Університету Джорджа Вашингтона. «Світове середовище дуже різне, — каже він. США більше не беруть участь у космічній гонці — екзистенційній битві за те, щоб випередити комуністів і першими зробити щось за межами Землі. Тоді діяла динаміка холодної війни, і нові незалежні країни вирішували, яку систему правління дотримуватися — рішення, на яке (теоретично) могла вплинути здатність демократичної нації досліджувати космос.
Така «м’яка сила», за думкою, могла б показати, що американський шлях є найкращим шляхом, водночас використовуючи ракетоподібні ракети країни, щоб передбачити жорстке військове домінування. Враховуючи ці ставки, уряд США був готовий викинути величезні суми грошей на програму «Аполлон» за короткий час.
«Артеміда» коштує дорого, але програма «Аполлон» була непомірною. За даними Planetary Society, програма «Аполлон» коштувала близько 290 мільярдів доларів у сьогоднішніх доларах, у порівнянні з 93 мільярдами доларів для «Артеміди».
У ті роки НАСА часто отримувало 4 відсотки національного бюджету США. Сьогодні пощастило отримати близько 1 відсотка з додатковим тягарем фінансування багатьох інших космічних апаратів, телескопів і дослідницьких проектів, окрім польотів людини в космос.
За словами Джона Логсдона, почесного професора Університету Джорджа Вашингтона та засновника Інституту космічної політики, таке скорочення бюджету має сенс. «Немає причин витрачати гроші так, ніби то була війна», — каже він. «Насправді на даний момент немає жодного національного чи політичного інтересу, який би створив основу для такої мобілізації».
Така вільна динаміка скорочує пачку доступних грошей і ставить планування космічних місій на більш звивистий шлях. У 1960-х роках Кеннеді заявив, що країна полетить на Місяць у цьому десятилітті, і це так і було. У наш час плани космічних польотів, створені одним президентом, часто скасовуються іншим, щоб потім відродитися в іншій формі. У результаті траєкторія до Місяця йде зигзагами.
Світовий порядок також змінився, і космічні місії тепер, як правило, є глобальною кооперацією, зазначає Пейс. Програма Artemis є спільним проектом за участю Японії, Канади, Об’єднаних Арабських Еміратів і Європейського космічного агентства. Ця міжнародна участь насправді є значною частиною програми.
«Артеміда має наукові цілі — повернутися на Місяць і все таке», — каже Пейс. «Але це також спосіб формування міжнародного середовища для космосу».
Це формування набагато важливіше, ніж це було в 1960-х роках, коли люди менше покладалися на наземну інфраструктуру. Сьогодні орбітальні космічні кораблі дають змогу використовувати все: від можливостей GPS до попередження про ракети та банківських операцій. Переконуючи інші країни розглядати космос і ставитися до нього як цінного ресурсу, співпрацюючи з ними та встановлюючи норми поведінки, ми допомагаємо нам зберігати космос безпечним, а гравців там – відповідальними. «Правила створюють люди, які з’являються», — каже Пейс.
Це більш туманна мета, ніж перемога в гонці. «Якби були гарні, чітко визначені мотиви, все було б набагато простіше», — каже Логсдон. Але робота з іншими країнами, деякі з яких розробляють апаратне забезпечення для Artemis, займає більше часу, ніж робота поодинці, так само, як виконання групового проекту може бути більш корисним, ніж просто соло, яке триває всю ніч. За словами генерального інспектора NASA, глобальний характер програми також збільшує витрати, і NASA не має загальної стратегії роботи з усіма партнерами, яких воно залучило.
Проблема в тому, що ми зупинилися
Однак, на думку Пейса, жоден із цих факторів не є головним каменем спотикання на місячній траєкторії. Найбільша проблема, незважаючи на те, що США вже були на Місяці, полягає в тому, що ми не були на Місяці останнім часом.
«Ми зупинилися, а потім забули», — каже він. Той факт, що ви пробігли олімпійський марафон 50 років тому, продовжує він, не означає, що ви можете зробити це знову завтра.
У випадку з Artemis, марафон також передбачає нову, більш складну технологію. Основи ракетної сторони рівняння не дуже змінилися: великі ракети, по суті, є бомбами, які піднімають речі в космос.
І багато гравців однакові. Boeing працював над ракетою Saturn V, яка відправляла місії Apollo вгору. Для Artemis компанія спроектувала та побудувала основну сцену SLS, масивну машину заввишки 70 метрів і майже 10 метрів у поперечнику. Цей компонент забезпечує пальним двигуни, які піднімають SLS із землі та направляють його в політ у правильному напрямку за допомогою створеної Boeing системою авіоніки, яка також є на борту. Компанія, яка наразі охоплена проблемами контролю якості своїх літаків, а також несправного космічного корабля, який застряг на Міжнародній космічній станції, також відповідає за ступені ракети для наступних місій Artemis.
Існують великі відмінності між старовинною роботою Боїнга над Сатурном V і його сучасним двоюрідним братом. Цього разу вони побудували ступені ракети, використовуючи автоматизовані станки, а також технологію зварювання тертям, яка не плавить і не деформує метал. Компанія також використовує комп’ютери для аналізу стану ракетних ступенів і моніторингу їх поведінки в режимі реального часу.
Тим часом компанія Northrop Grumman обслуговує ракетні прискорювачі, які прикріплені з боків основного ступеня. Вони дають SLS понад 75 відсотків потужності на момент запуску. Значна частина техніки прискорювачів походить від програми космічних шатлів, і в деяких випадках частини їх апаратного забезпечення дійсно використовувалися в місіях шатлів. Ці прискорювачі, як і ракети, використовують тверде ракетне паливо, а не рідке.
«Ви хочете якнайшвидше втекти від гравітації Землі та вийти з товщі атмосфери, де опір високий», — каже Марк Тобіас, заступник інженера прискорювача SLS. «І це те, що насправді робить твердопаливний двигун. Це сирі кінські сили».
Але план використання апаратного забезпечення з попередніх космічних програм трохи скручений. Space Launch System, наприклад, спочатку була розроблена для програми Constellation, щоб завершити будівництво Міжнародної космічної станції та відновити присутність людини на Місяці. Обама скасував Constellation у 2010 році, а в 2017 році Трамп оголосив про програму Artemis з метою нарешті відправити людей назад на Місяць і прокласти шлях для дослідження Марса.
Новий план вимагав, щоб NASA використовувало деякі технології, які були розроблені для Constellation, що, у свою чергу, передбачало перепрофілювання старої технології космічного шатла. Ці вимоги були висунуті чиновниками регіонів, де розташовувалися виробничі центри для частин човників.
Але перенесення та перетворення цих технологій виявилися складними. Згідно зі звітом генерального інспектора НАСА, переведення частин ракети в сучасну епоху — наприклад, заміна азбестових частин — і модернізація їх для нової ракетної системи коштує набагато більше, ніж очікувалося.
Аерокосмічна компанія Aerojet Rocketdyne будує двигуни, і, як і у випадку з ракетними прискорювачами, змусити старі двигуни шатлів працювати для Artemis було важко та дорого. SLS є набагато вищою ракетою, ніж космічний човник. Великі розміри вимагали заміни двигунів, щоб працювати з киснем під високим тиском. Двигуни також розташовані ближче до прискорювачів, ніж на шатлі. «Середовище надзвичайно нагріте», – каже Майк Лауер, директор програми двигунів, тому воно вимагає надзвичайної ізоляції.
Двигуни Artemis також зазнають більш опроміненого середовища під час подорожі на Місяць (а пізніше на Марс), ніж на орбіті шатла. Робота з цією зміною передбачала коригування комп’ютера, який живе на кожному двигуні, який Лауер називає «мозком» двигуна. Ці мізки також потребували модернізації, оскільки сучасні комп’ютери значно відрізняються від тих у 1990-х. Нові вдосконалені мізки можуть стежити за двигунами, у тому числі під час катастрофи.
«Можна щось зробити, щоб виправити або зберегти місію, а в гіршому випадку — вимкнути двигун, перш ніж він вибухне», — каже Лауер. Під час Apollo інженери не могли знати про проблеми достатньо швидко, щоб їх вирішити. Сьогодні, за його словами, хоча астронавти в основному їздять на бомбі, «за цією бомбою спостерігають дуже уважно».
Проте модернізація була складною, і вимагало пошуку нових постачальників, оскільки багато хто з тих, хто працював над космічним шатлом, більше не виробляли відповідних деталей.
Зрештою, суть полягає в наступному: інколи легше спроектувати та побудувати з нуля, ніж модифікувати існуюче.
«Ми розуміємо набагато більше», ніж інженери часів Apollo, каже Браун. І все-таки виникає несподіване, як-от зіпсований тепловий щит Оріона, в якому, незважаючи на всі химерні комп’ютерні симуляції, не вистачало шматків після його першого входу. Навіть із сучасною обчислювальною потужністю немає гарантії ідеальних результатів. «Аполлон», очевидно, працював без цього аналізу. Але як тільки такі можливості передбачення стануть доступними, інженери майже зобов’язані етично використовувати їх, щоб зрозуміти, чому саме вони піддадуть астронавтів.
Ставлення суспільства до ризику змінилося після космічної гонки, каже біоетик Джеффрі Кан з Університету Джона Гопкінса. Він брав участь у комісіях, які займалися незалежним аналізом етики життя астронавтів для Національної академії наук, зокрема того, які небезпеки взагалі варті цієї поїздки.
У 1960-х роках це рівняння витрат і вигод призвело до різних розрахунків. Потенційна велика нагорода у вигляді перемоги в космічній гонці проти комуністів вважалася більшою винагородою. Сьогодні мотиви для місії більш туманні, ставки нижчі, а відповідні винагороди не виправдовують стільки ризику.
Тоді можновладці також не знали деяких ризиків, які ми знаємо зараз, оскільки космос був новим місцем у той час. Сьогодні все більше людей відправляються в космос з більшої кількості причин. «Космонавти — це не якийсь окремий вид», — каже Пейс. Можливо, тоді ми цінуємо їхнє життя більше, ніж своє власне.
Якби щось пішло не так, реакція на гіпотетичну аварію, мабуть, була б гострішою, ніж тоді, коли, наприклад, три астронавти загинули під час пожежі Аполлона I у 1967 році. Після тієї трагедії був мінімальний заклик до скасування або навіть значної затримки. Тепер, каже Логсдон, програма Artemis може не пережити фатальний випадок. Отже, Артеміс II і наступні місії мають бути максимально безпечними, щоб взагалі залишатися такими.
Політ на Місяць віддзеркалює суспільні проблеми
Повернення на Місяць — не єдина проблема сучасності, яка супроводжується затримками та бюджетом. Багато масштабних починань з часом ставали важчими та дорожчими.
Система метро Нью-Йорка, наприклад, спочатку була побудована трохи більше ніж за чотири роки та мала 28 зупинок; Нова лінія метро в місті з трьома зупинками, завершена в 2017 році, зайняла 17 років.
У 1940-х роках вчені з нуля розробили ядерну зброю за три роки, що коштувало приблизно 35 мільярдів доларів у сучасних грошах. Нинішня програма модернізації ядерної зброї займе щонайменше 30 років і коштуватиме понад 1,5 трильйона доларів.
Наприкінці Другої світової війни США випускали авіаносець за місяць. Будівництво останнього тривало більше десяти років.
Затримки і великі витрати – це спеціалізація Лії Брукс, професора Школи державної політики та державного управління Трахтенбергського університету Джорджа Вашингтона. Її дослідження показало, що запит громадян щодо участі в проектах — вимога багатьох великих державних підприємств у наші дні — є однією з важливих причин проблем. Ці дані часто є частиною екологічної експертизи, яка потрібна перед початком проекту.
Врахування «голосу громадян», як це називає Брукс, може призвести до дорожчих маршрутів, які мають менший негативний вплив на навколишнє середовище або менш руйнівні для життя громадян, але також можуть вимагати додаткової пом’якшувальної інфраструктури, наприклад звукових бар’єрів.
У минулому владі не потрібно було питати думку кожного або особливо піклуватися про довкілля. Візьмемо Управління долини Теннессі, каже Брукс, організацію, засновану в 1930-х роках для будівництва дамб для зменшення повеней і виробництва електроенергії. «Вони ні з ким не радяться», — каже вона. «Вони просто будують це».
Висновки Брукс можуть бути застосовані до будь-яких починань, які включають заяву про вплив на навколишнє середовище — документ, який викладає наслідки для природного середовища та вимагає відкритого періоду громадського обговорення. Один такий документ існує для попередньої програми Constellation; його було повторно використано для «програми польоту людини в космос після шаттлів» НАСА.
Однак, на думку Брукс, найбільша різниця між минулим і теперішнім може полягати в тому, що ми будуємо речі краще зараз , що дорого і займає більше часу. Можливо, це не стосується, скажімо, побутової техніки, але це вірно щодо тих звукових бар’єрів на магістралях і, можливо, космічних кораблів. Для Artemis мати більш надійну ракетну систему, запитувати людей, що вони думають, підтримувати людей у безпеці та співпрацювати з глобальними партнерами, ймовірно, краще для цього світу, навіть якщо вони не призведуть до користі за межами світу.
Така відсутність доцільності може бути навіть хорошою. Сьогодні, каже Логсдон, не так багато людей виступають проти програми Artemis. Навпаки, Аполлон насправді не був популярним серед публіки. У 1961 році більше людей виступали проти подорожей людей на Місяць, які фінансуються урядом, ніж були за. У 1965 році більшість була проти таких подорожей, а в 1967 році розрив між «за» і «проти» зріс майже до 20 процентних пунктів, згідно з дослідженням історика космосу Роджера Лауніуса.
Новий спосіб польоту в космос зрештою приведе до створення безпечнішої та зрозумілішої системи, яка може зустріти більше схвалення громадськості — вдома та за кордоном. І крім того, завжди було правдою те, що ми вирішуємо робити це, тому що це важко — то що, якщо це буде важче? А чого поспішати? Це не гонка.
За матеріалами: Scientific American
