Сверхтяжелая ракета Space Launch System — это то, что позволяет космическому кораблю Orion не только выйти в космос, но и долететь до Луны. История их создания была непростой, а конструкция заслуживает того, чтобы подробно о ней рассказать.
Мечта о возвращении на Луну
Вскоре четыре астронавта могут отправиться в путешествие вокруг Луны в рамках миссии Artemis II. Если это действительно произойдет, это будет большой успех не только для США, но и для всего человечества. Но в наибольшей степени это будет успех инженеров NASA, создавших супертяжелую ракету Space Launch System и космический корабль Orion, а также их европейские коллеги, разработавшие сервисный модуль для последнего.
Все эти аппараты — настоящие произведения инженерной мысли. Однако их путь к полету в космос был очень тяжелым и долгим. Началось все еще в 2003 году, когда катастрофа шаттла Columbia заставила США пересмотреть то, как и с помощью каких средств они планируют в будущем осваивать космос. В это время основным направлением было названо возвращение на Луну. Однако гигантской ракеты Saturn-V, с помощью которой в 1960–70 туда отправляли космические корабли Orion, у них уже не было и возобновить их производство оказалось невозможным.
Ответом на это стала программа Constellation, принятая в 2004 году. Она предполагала создание двух ракет: Ares I и Ares V. Первая из них была большей и двухступенчатой. При высоте 94 м она должна была выводить на орбиту 25,4 т полезной нагрузки. Нив должен быть пилотируемый космический корабль Orion вместе с посадочным модулем Altair.
Ares V должна была быть меньшей, двухступенчатой и должна была выводить на орбиту разгонный блок для Orion. В космосе обе части должны были соединяться и лететь к Луне. Внешне все выглядело вполне реалистично, однако уже в 2010 году было признано, что программа провалилась из-за недофинансирования и по всему вышеупомянутому на какой-то стадии готовности находится только корабль Orion.
Constellation упразднили, однако от планов вернуться на Луну не отказались. В 2011 году была принята новая программа Artemis, в которой от Constellation остался только космический корабль Orion. Только теперь вместо двух больших ракет отправлять его в сторону Луны должна была одна гигантская. Она то и получила название Space Launch System, или SLS.
Конструкция SLS
Space Launch System — это трехступенчатая ракета, которая может существовать в нескольких вариантах, в зависимости от того, какие задачи перед ней ставятся. Для первых трех миссий, проводимых по программе Artemis, используется меньший вариант, который называется Block 1. Его высота составляет 98 м, а масса в заправленном состоянии 2610 тонн.
«Нулевой» ступенью в SLS выступает пара твердотопливных разгонщиков. Они являются модификацией аналогичных ускорителей, которые использовались для Space Shuttle. Только если в случае космического челнока использовались четыре последовательно соединенных сегмента, каждый диаметром 3,71 м, то в случае с лунной ракетой их пять, так что каждый ускоритель на самом деле более 50 м длиной.
В качестве топлива используется смесь перхлората аммония, алюминия и окиси железа размещенных внутри пластика. Сегменты с этим материалом выгорают последовательно, обеспечивая отрыв SLS от Земли и ее первичный разгон.
После того как они отработали и отделились, начинает работать основная степень. Он представляет собой огромный металлический бак диаметром 8,4 и высотой 65 м. Для сравнения, это два девятиэтажных жилых дома, поставленных друг на друга. Внутри находятся баки с жидким водородом и жидким кислородом, криогенная установка для их обслуживания, а снизу четыре двигателя RS-25. Которые тоже использовались на «шаттле».
Верхняя ступень ракеты называется The Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS). По существу, она представляет собой модифицированную верхнюю часть ракеты Delta III.
Высотой она 8,8 м и диаметром 4 м. Внутри находятся баки с жидким водородом и жидким кислородом. Двигатель только один. В миссии Artemis I это был RL10B-2. Во второй миссии его заменили более мощным RL10С-2. Двигатель предназначен для запуска в верхних слоях атмосферы.
Сверху на всем этом размещается космический корабль Orion. Он состоит из двух частей: командного модуля, созданного Lockheed Martin и сервисного модуля, созданного в Европе Airbus Defence and Space.
Командный модуль представляет собой усеченный конус диаметром 5,03 м и высотой 3,3 м. Внутри размещается экипаж из четырех астронавтов, органы управления и научное оборудование. Снизу к нему крепится сервисный модуль в виде цилиндра диаметром 4 м и высотой 4 м. Основное его предназначение — обеспечивать движение корабля в пространстве и питать его системы электричеством. Для этого он оснащен двигателем, собственными баками с горючим и раскладными солнечными батареями. Все это адаптация систем, использовавшиеся на европейском грузовом корабле ATV.
Долгая дорога в космос
Как нетрудно заметить, большинство компонентов SLS не являются чем-то новым, а представляют собой уже использованные версии. Делалось это для того, чтобы сделать ее создание дешевле и быстрее.
Однако все равно сделать все вовремя не удалось. Начаться программа Artemis должна была с беспилотного облета Луны. Первоначально планировалось, что это произойдет еще в 2017 году. Однако, по мере того, как время шло, становилось все очевиднее, что собрать и опробовать эту самую сложную в мире головоломку быстро, просто не успеют.
Многие компоненты даже изготовить вовремя не смогли. Поэтому сроки миссии Artemis I все время сдвигались. Сначала на 2019 год, потом на 2020 год. А вместе с тем приходилось менять и остальные планы.
Впервые SLS и Orion, предназначенные для миссии Artemis I вывезли на стартовою площадку только в марте 2022 года. Но и это был еще не конец ужаса, который сопровождал ее первый запуск. Ракету несколько раз заправляли, производили имитацию запуска, находили технические проблемы и снова завозили в уборочный цех. Так продолжалось до ноября, когда ее удалось запустить.
В целом миссия Artemis I в части касавшейся собственно полета на Луну прошла успешно. Были проблемы с теми аппаратами, которые запускались вместе с Orion как дополнительная полезная нагрузка, но это планам освоения Луны никак не мешало.
Значительно больше внимания досталось кораблю Orion, у которого при возвращении на Землю обнаружили проблемы с тепловым щитом, защищающим его от трения атмосферы. Проблема не была неразрешимой, но требовала внимания.
Но тут оказалось, что пока первую SLS готовили к запуску, схемы по которым производили ее компоненты, нарушились и многое нужно придумывать заново. Так что запустить вторую миссию настолько быстро, насколько это возможно, не получится.
В какой-то момент растягивание сроков реализации Artemis II привело к опасениям, что запустить ее не получится. Апофеоз критики пришелся на февраль 2025 года, когда к ней присоединился сам Илон Маск. Он заявил, что SLS следует признать нежизнеспособной концепцией и вместо Луны лететь на Марс.
Некоторое время все выглядело так, словно эта мысль станет главенствующей. Но дальше Starship, на который и полагались надежды полета на четвертую от Солнца планету потерпел несколько аварий, а технический персонал проекта Artemis смог преодолеть проблему и завершить уборку ракеты.
И вот теперь ее выкатили на стартовую площадку. Это уже означает, что по крайней мере от этого запуска не откажутся из-за технических проблем. Другой вопрос — сейчас может начаться та процедура, которая в 2022 году забрала у всех причастных полгода работы и кучу нервов. Перед запуском инженеры должны убедиться, что все работает как следует и для этого ракету заправят и проведут все процедуры, которые будут проходить при старте. Помимо самого зажигания двигателей.
Вполне возможно, что все заработает как следует с первого раза. Однако более вероятно, что нет, и тогда завозить ракету назад переносить старт. В конце концов никто и не обещал, что это будет просто. Но ракета улетит только тогда, когда все будут уверены, что техника работает как следует и люди на борту находятся в безопасности.
