bigphils (bigphils) wrote,
bigphils
bigphils

Category:

Есть ли какая-нибудь надежда на лунную базу? Часть 1

Перевод статьи «Есть ли какая-нибудь надежда на лунную базу?» опубликованной на вебсайте www.aulis.com.

Есть ли какая-нибудь надежда на лунную базу?

Фил Коутс (Phil Kouts), PhD

Документы НАСА почившей ныне в бозе программы возвращения на Луну к 2020 году «Созвездие» выявляют поразительные свидетельства того, что агентство по-прежнему не в состоянии организовать пилотируемый полёт на Луну. Как если бы программа «Аполлон» ничему нас не научила.

Со времени отменены в 2010 году программы НАСА «Созвездие», которая должна была вернуть людей на Луну к 2020 году, не было недостатка в мнениях профессионалов относительно того, что будет дальше. Тем не менее, без перерыва продолжались опытно-конструкторские работы над системами способными летать за пределы низкой околоземной орбиты (НОО), с остающимися неизменными основными целями: воскресить технологии, которые якобы имелись в наличии ещё в конце 1960-х годов.

Таким образом, неудивительны ключевые аспекты текущей стратегии, определённой в законе США от 2010 года о полномочиях: разработка тяжёлого ракетоносителя и модуля экипажа, способного без риска возвращаться из космических полётов за пределами НОО. Разве это просто не означает ракету, аналогичную ракетоносителю Сатурн-5 и капсуле, аналогичной командному модулю (КМ) Аполлон?

Однако план «Созвездия» по возвращению на Луну не был первым в своём роде. Исторический обзор (Arch. Study, 2005) указал на ряд целевых групп НАСА, которые, по крайней мере с 1989 г., периодически собирались для того, чтобы сформулировать очередную жизнеспособную программу полёта на Луну. Постоянная база на Луне казалась самой логичной и привлекательной целью, принимая во внимание очевидный успех программы «Аполлон». Если бы в течение примерно 15-ти лет были реализованы планы начала 1990-х, по всей вероятности, к настоящему времени на Луне был бы развёрнут функционирующий обитаемый форпост.

Самый недавний из проектов космических полётов человека «Созвездие» вновь ставил целью в конце концов добраться до Луны. Вплоть до его отмены в 2010 году проект достиг значительного прогресса в планировании, проектировании и предварительной разработки на сумму около 10 млрд долл. США. Тем не менее, 15 апреля 2010 года президент Обама, выступая перед учёными, астронавтами и политиками, наконец закрыл проект «Созвездие». Вместо программы возвращения на Луну он изложил план НАСА:

«Я считаю, что к середине 2030-х годов мы сможем отправить людей на орбиту Марса и вернуть их благополучно на Землю, — сказал президент. — А потом последует посадка на Марс, и я собираюсь присутствовать, чтобы увидеть это!» (Pres. Speech, 2010)

Очевидно, что эта совершенно новая стратегия не предусматривает посадок ни на Луне, ни на Марсе, по крайней мере, в течение примерно 20 лет с 2010 года. Итак, что же является основной проблемой посадки на Луне? Что же на самом деле с точки зрения технологии и технических проблем означает повторение подвига, который, согласно историческим документам, был с уверенностью много раз повторён более, чем 40 лет назад?

Ответ можно найти в последних документах американского правительства и НАСА. Любой такой полёт является сложной цепочкой основных операций, и все они должны быть надёжно исполнены. Достаточно, чтобы одно или два звена в цепи были ненадежны, чтобы сделать возвращение с Луны смертельно опасным, и миссия становится совершенно невыполнимой, когда всего лишь одно звено незавершено. И действительно, НАСА выделило такие звенья.

Тепловой щит командного модуля

Одним из важнейших компонентов любой миссии на Луну является оснащение возвращающейся капсулы эффективным и надёжным тепловым щитом для термической защиты корабля. В частности, это был буквально жизненно важный элемент конструкции любого КМ Аполлон. Такая критически важная защита была необходима для входа в атмосферу Земли при возвращении с Луны. КМ входит в атмосферу Земли на скорости 11,2 км в секунду (2-я космическая скорость). Разработка такого чрезвычайно требовательного щита должна быть весьма значительной научно-технической проблемой, особенно в середине 1960-х из-за сложных технических требований.

Согласно хронологии, первое успешное использование теплового щита «Аполлона» с экипажем на борту было в декабре 1968 года во время возвращения Аполлона-8 из полёта вокруг Луны. После этого все миссии «Аполлон», как сообщалось, совершали идеальные посадки, и никогда не выделялись и не обсуждались какие-либо проблемы.

Тем не менее, доклад по конструкции «Созвездия» показывает, что сейчас у НАСА на самом деле имеется проблема с теплозащитным материалом: «Тепловая система защиты (TPS) нуждается в материалах, специально разработанных для противодействия аэротермическому нагреву (тепловой поток, динамическое давление), происходящему во время гиперзвукового входа, как для номинального, так и для аварийного сценария ... Только абляционные материалы могут удовлетворять максимальным требованиям; они предназначены для эффективного и надёжного уноса массы при экстремальных температурах ... Абляционный материал Аполлона TPS (AVCOAT-5061) больше не производится. Квалификация новых материалов для замены потребует глубокого анализа и тестирования.» (Arch. Study, 2005 стр.629)


Командный модуль Аполлон-14, якобы вернувшийся с Луны, в настоящее время находится в Космическом центре Кеннеди, штат Флорида (​​Фил Коутс)
Главное требование к возвращающемуся на Землю КМ с экипажем это защита модуля от огромной температуры при торможении с высокой скоростью до скорости спуска, подходящей для ввода парашютов. При входе в атмосферу защитный материал должен выдерживать около 2700°С, по сравнению с более низкой температуре ок. 1600°С, при которой функционирует защита космического челнока. (NASA News, 2006)

На протяжении более 40 лет этот вопрос оставался незатронутым, но теперь выяснилось, что это нерешённая проблема. Хуже того, эта проблема, пожалуй, никогда не была удовлетворительно решена. В докладе Управления общего учёта за 2008 год имеется ещё более поразительное признание, чем сделанное три года назад: «Согласно администратору программы «Орион», в проекте «Орион» первоначально предполагалось использовать теплозащитный экран программы «Аполлон», как запасной вариант для системы тепловой защиты «Ориона», но не смогли воссоздать материал Аполлона.» (GAO, 2008 стр.6) В докладе разъясняется: ​​«Конструктивные особенности теплового экрана, необходимые «Ориону», а именно размер, никогда не были опробованы и должны быть разработаны.» (GAO, 2008 стр.11)

Важность абсолютно надёжного и эффективного теплового экрана не может быть переоценена. Наличие надлежащего теплового экрана совершенно необходимо для безопасного возвращения всех экипажей «Аполлона». Совершенно поразительно признание НАСА в том, что агентство не может сегодня воссоздать тепловой щит возвращаемого модуля. Такое признание может быть сравнимо только с немыслимым заявлением, что, например, американские военные чины признаются, что через 40 лет после Второй мировой войны у них нет технологии для создания броневой стали, использовавшейся на их танках, и у них большие трудности с воспроизводством такой стали, несмотря на предыдущий опыт во время войны. В докладе Управления общего учёта делается вывод: «Говоря о системе тепловой защиты «Ориона», имевшиеся в наличии во времена «Аполлона» сооружения для тестирования крупных тепловых экранов больше не существуют.» (GAO, 2008 стр.14)

Восемнадцать месяцев спустя, возможно для смягчения шокирующего откровения об отсутствии эффективного теплового экрана, сделанного в своём первом докладе, Управление уточняет: «НАСА использует абляционный материал, полученный из вещества, использовавшегося в программе «Аполлон». После некоторых трудностей НАСА успешно воссоздало этот материал. Поскольку он представляет собой структуру со множеством сотообразных ячеек, каждая из которых должна быть индивидуально заполнена без пустот и дефектов, его может быть затруднительно производить в больших объёмах в соответствии со стандартами. Согласно руководителям программы, во время программы «Аполлон» ячейки заполнялись вручную. Для теплозащитной системы «Ориона» подрядчик планирует автоматизировать этот процесс, но эта технология всё ещё находится в разработке.» (GAO, 2008 стр.11)

Поможет ли это убедить общественность, что эта проблема всего лишь один из второстепенных процессов по сравнению с большими процессами, и, следовательно, была разрешена? Совсем недавно, в конце 2012 года было объявлено, что капсула «Орион» будет испытываться на средней (около 8,9 км в секунду) скорости входа при ожидаемых температурах до 2200 градусов по Цельсию. (Orion Factsheet, 2012) Этот подход вполне разумен, если НАСА намеревается исследовать температурные условия входа в атмосферу последовательно, шаг за шагом, не имея никакого предварительного опыта. Опять же, очевидно, что нет никакой взаимосвязи с заявленными достижениями программы «Аполлон».

Вход в атмосферу Земли

Другим важным звеном в успешной цепочке операций является выбор траектории посадки. В частности, профиль входа определяет критические требования к теплозащитному экрану. По данным НАСА, системы «Аполлона» выполняли «прямой вход», то есть, по простейшей и кратчайшей траектории. Но этот выбор имеет и недостаток максимального сопротивления атмосферы, приводящий к максимальному нагреву спускаемого аппарата и максимальной перегрузке торможения для экипажа в модуле. Другой метод, известный как «повторный вход в атмосферу» кажется теперь предпочтительным для возвращения пилотируемых модулей с Луны.

Повторный вход означает вход в атмосферу Земли по более длинному скользящему пути и мягкий отскок от атмосферы Земли, который позволяет приземляющейся капсуле испытать меньший нагрев и, в то же время, гораздо меньшие гравитационные перегрузки. НАСА рассмотрело траектории возвращения с Луны на Землю и пришло к выводу, что по сравнению с теми, которые использовались во времена «Аполлона», должна быть реализована новая концепция: «... для траекторий возврата с Луны НАСА рекомендуется использовать метод повторного входа. Техника повторного входа при возвращении с Луны обеспечивает заход возвращающихся экипажей к единственному ... месту посадки в любое время лунного месяца. Техника прямого входа в стиле «Аполлона» требует посадку на воду или землю в большом диапазоне широт.» (Arch. Study, 2005 стр.39)

Большой диапазон широт обычно означает несколько градусов на Земном шаре, что в свою очередь будет означать территорию в несколько сотен километров в поперечнике, что соответствует теоретическим оценками для прямого входа. Как ни странно, заявление о том, что прямой вход в стиле «Аполлона» происходит на большой территории, полностью противоречит историческим данным о приводнении КМ Аполлон, которые всё время происходили на небольшом расстоянии от встречающего авианосца. Для всех посадок Аполлонов задокументированы типичные разбросы приводнения в несколько километров. Нынешние встречающие отряды должны очень сильно этому завидовать, так как в настоящее время они ожидают астронавтов, возвращающихся с Международной космической станции (МКС), на территории размером в десятки километров.

На самом деле, говоря о «большом диапазоне широт» современные научные группы НАСА опровергают заявленные достижения программы «Аполлон» в использовании техники прямого входа. Сегодня рабочим группам НАСА придётся на самом деле разработать высокоточную технику посадки, которая якобы была в наличии в конце 1960-х.

Стоит отметить, что в течение примерно трёх лет с конца 2009 до конца 2012 года – время работы Комитета по изучению состояния дел в области пилотируемых космических полётов в США, также известного как комиссия Огустина – разработка капсулы «Орион» фокусировалась на её завершении для путешествий к МКС и безопасного возвращения с неё. Конечно, МКС находится всего лишь на НОО, где капсула не будет испытывать тех же экстремальных условий, как в случае с полётами на Луну.

Радиация за пределами низкой околоземной орбиты

Что касается радиационных ограничений на путешествия за пределы НОО, «для установления предельных доз НАСА полагается на указания со стороны Национальной академии наук (NAS) и Национального совета по радиационной защите и измерениям (NCRP). В связи с отсутствием научных данных NAS и NCRP определили, что предельные значения излучения для исследовательских экспедиций не могут быть установлены пока не будут получены новые научные данные». (Arch. Study, 2005 стр.109)

В следующем году, быстро ответив на запрос НАСА, NCRP подготовил доклад с названием озадачивающим неподготовленного читателя: «Информация, необходимая для выработки рекомендаций по радиационной защите в космических полётах за пределами низкой околоземной орбиты.» (NCRP, 2006) Этим NAS признаёт, что не имеется никакой значимой информации о космической радиации за пределами НОО, в том числе данных о радиации на лунной поверхности, и это несмотря на якобы достижения «Аполлона».

Комиссия Огустина цитирует ещё один доклад, на этот раз Национального исследовательского совета (NRC, 2008), что во многом подтверждает проблему: «Отсутствие знаний о биологических последствиях и реакции на космическую радиацию является наиболее важным фактором, ограничивающим прогноз радиационной опасности, связанной с освоением человеком космического пространства.» (Augustine, 2009, стр.100)

Национальной академии наук нужна была некоторая первичная информация, чтобы начать работу над этими рекомендациям. Конечно, за 40 лет, прошедших после программы «Аполлон», какие-то данные должны быть легко доступны американскому научному сообществу.

Здравый смысл нам подсказывает, что информация о радиационных эффектах на Луне, если такая информация вообще существует, должна быть в наличии в НАСА, но из отчёта комиссии ясно, что её нет и у НАСА. Это невероятное упущение, потому что если экипажи Аполлонов действительно были на поверхности Луны, то агентство определённо должно иметь данные о радиации при выходе в открытый космос. Где эти данные? Особенно значимы, несомненно, были бы данные по Аполлонам 15, 16 и 17.

Согласно послеполётным отчётам, каждый из шести астронавтов в этих трёх миссиях во время трёх выходов (внекорабельная деятельность, ВКД) от 18 до 20 часов провёл на лунной поверхности под непосредственным излучением Солнца и других источников, находясь в своих скафандрах без какой-либо дополнительной защиты. Более того, некоторые ВКД имели место во время повышенной солнечной активности, в период большего количества солнечных вспышек или протонных событий, облучая экипаж радиацией. Следует отметить, что спустя более 40 лет нет явных признаков того, что астронавты «Аполлон» вообще когда-либо испытывали какие-либо остаточные последствия радиационного облучения.

Разменяв девятый десяток, астронавты, похоже, продолжают вести нормальную жизнь. Недавно в почтенном возрасте 82 лет скончался Нил Армстронг, по причинам, по-видимому, не связанным с радиационным воздействием. Это фантастический результат для программы «Аполлон», при условии, что она на самом деле была успешно выполнена в 1969-72 годах. Тем не менее, как ни странно, практически нет признаков того, что НАСА когда-либо обращало внимание на этот замечательный биомедицинский факт, который является прямым научным результатом программы «Аполлон». Это важная самоочевидная информация, и НАСА должно было начать обсуждать это замечательное открытие: для нахождения и работы на Луне не требуются никакие специальные медицинские и защитные меры предосторожности.

Напротив, НАСА молчит по этому вопросу и, как показано выше, обратилось за помощью по предмету, в котором агентство должно полностью владеть первичной информацией и быть лидером в этих исследованиях. Следует также отметить, что в своих пресс-релизах для СМИ НАСА регулярно напоминает общественности об Аполлоне-11, где астронавты были на поверхности всего лишь два часа, в то время как они обычно не говорят столько же о деталях ВКД Аполлон-12 и 14 и удивительно молчаливы о миссиях Аполлон-15, 16 и 17, которые имели бы решающее значение, свидетельствуя в пользу безопасности полётов на Луну.

Что касается радиационного воздействия на человека, комиссия Огустина приходит к выводу: «Эти радиационные воздействия не совсем понятны и остаются одной из основных физиологических и инженерных неопределённостей в пилотируемых исследовательских программах за пределами низкой околоземной орбиты.» (Augustine, 2009 стр.100)

Комиссия особо не говорит о возможных радиационных проблемах на самой поверхности Луны. А также не рассматривает в какой-либо мере радиационную опасность при посадке экипажей на Луне в миссиях «Аполлон». Может ли так быть, что решение не обсуждать «Аполлон» было основано не на том, что комиссия ограничилась исследованиями, проведёнными на НОО, а именно потому, что нет никаких медицинских данных о воздействии на здоровье человека за пределами НОО? На самом деле, в отношении радиационных проблем, в цитируемом отчёте НАСА совсем нет никакой ссылки на легендарные лунные миссии (т.е. Arch. Study, 2005, и Augustine, 2009).

Посадка и взлёт с поверхности Луны

При рассмотрении оптимальных стратегий путешествия на Луну и Марс НАСА признаёт, что при реальной посадке, а затем взлёте с лунной поверхности могут выявиться технические проблемы. Комиссия Огустина, в качестве более реализуемой, рассматривает возможность отложить высадку на Луну и предполагает, что «по крайней мере на начальном этапе астронавты не отправятся в глубокие гравитационные колодцы на поверхность Луны и Марса, отодвигая стоимость разработки систем для высадки человека и его нахождения на поверхности» (Augustine, 2009 стр.15) – таким образом, также избегая каких-либо вопросов, связанных с воздействием радиации во время ВКД.

Тем не менее, когда предпочтение отдаётся комбинированной стратегии, и при постоянной задержке высадки на Луну, комиссия признаёт трудности разработки технологий посадки. Опять же, почему бы не полагаться на опыт, по-видимому, полученный в программе «Аполлон»? И почему технические аспекты, которые были так успешно разрешены около 40-ка лет назад, в настоящее время называются «глубокими гравитационными колодцами», подразумевая, что сложно выбраться из лунной или марсианской среды?

Хотя комиссия Огустина одновременно говорит о гравитации на Луне и на Марсе, можно отметить, что гравитационные силы на поверхности этих двух космических тел различны. Давайте укажем их в процентах по сравнению с нашей собственной на Земле: тогда сила тяжести на Марсе составляет 37% от земной, гравитация Луны составляет 16,6% или всего одну шестую часть земной. Очевидно, гораздо легче взлететь с Луны.

Так, можно было бы ожидать от НАСА обсуждения сравнительно более серьёзной проблемы взлёта с Марса, но агентство присваивает им одинаковый уровень сложности, что кажется совершенно нелогичным. В 1969 году гравитация не была проблемой для взлётов с Луны – но почему-то к 2010 году это стало очень серьёзной проблемой.

Комиссия Огустина заглядывает много дальше ранее установленных в 2005 году целей, делая это настолько широко, как только можно себе сегодня представить: «Экспедиции полетят в места, где люди ещё никогда не бывали, покидая систему Земля-Луна, посещая околоземные объекты, пролетая Марс, тем самым постоянно подпитывая общественный интерес. Исследователи сначала будут избегать спуска на дно относительно глубоких гравитационных колодцев поверхностей Луны и Марса, но будут учиться работать с автоматическими зондами на поверхности планеты.» (Augustine, 2009 стр.43)

Первоначальной задачей «Созвездия» было успешное возвращение на Луну, что можно было рассматривать как первый шаг в этом новом широком спектре программ. Но теперь сроки и масштабы стали совершенно неопределёнными.

Выводы комиссии Огустина относительно исследования Луны показывают, что связь с данными систем «Аполлона», имевшимися в 1960-х годах, то есть с системами для пилотируемой посадки и нахождения на поверхности, а также с взлётными возможностями «Аполлона», была намеренно отодвинута на задний план. Эта линия поведения означает, что все данные «Аполлона» имеют малое значение для реальных условий освоения космоса, что подводит нас к собственно машине подъёма – ракете Сатурн-5.

Окончание следует...

Tags: aulis, constellation, moonbase, orion, phil kouts, Арес, Сатурн-5, Скайлэб
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 3 comments