Exploration Systems Architecture Study ( ESAS ) — официальное название масштабного исследования на системном уровне, опубликованного Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) в ноябре 2005 года, его цели возвращения астронавтов на Луну и, в конечном итоге, на Марс — известного как Vision for Space Exploration (и неофициально как «Луна, Марс и дальше» в некоторых аэрокосмических кругах, хотя специфика программы пилотируемого «дальнего» полета остается неопределенной). Программа Constellation была отменена в 2010 году администрацией Обамы и заменена программой Space Launch System , позже переименованной в программу Artemis в 2017 году при администрации Трампа .
Администратор НАСА Майкл Гриффин приказал внести ряд изменений в первоначально запланированную стратегию приобретения Crew Exploration Vehicle (теперь Orion MPCV ), разработанную его предшественником Шоном О'Кифом . Планы Гриффина отдавали предпочтение проекту, который он разработал в рамках исследования для Планетарного общества, а не предыдущим планам Crew Exploration Vehicle, параллельно разрабатывавшимся двумя конкурирующими командами. Эти изменения были предложены во внутреннем исследовании под названием Exploration Systems Architecture Study [1] , результаты которого были официально представлены во время пресс-конференции, состоявшейся в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия , 19 сентября 2005 года.
ESAS включил ряд рекомендаций по ускорению разработки CEV и реализации проекта Constellation , включая стратегии для пилотируемых полетов CEV уже в 2012 году и методы обслуживания Международной космической станции (МКС) без использования космического челнока [2] , используя грузовые версии CEV.
Первоначально выпуск ESAS планировался на 25 июля 2005 года, после миссии «Возвращение к полету» Discovery , однако выпуск был отложен до 19 сентября, как сообщается, из-за плохих отзывов о презентации плана и некоторого сопротивления со стороны Управления по управлению и бюджету . [2]
Первоначальные «стратегии закупок» CEV при Шоне О'Кифе предполагали две «фазы» проектирования CEV. Предложения, представленные в мае 2005 года, должны были стать частью первой фазы проектирования CEV, за которой должен был последовать орбитальный или суборбитальный полет космического демонстратора технологий под названием FAST в 2008 году. Выбор одного подрядчика для второй фазы программы должен был произойти позднее в том же году. Первый пилотируемый полет CEV должен был состояться только в 2014 году. В первоначальном плане, одобренном бывшим администратором NASA Шоном О'Кифом, CEV должен был запускаться на усовершенствованной одноразовой ракете-носителе (EELV), а именно на тяжелых ракетах-носителях Boeing Delta IV Heavy или Lockheed Martin Atlas V Heavy EELV.
Однако со сменой администраторов NASA Майк Гриффин отказался от этого графика, посчитав его неприемлемо медленным, и перешел непосредственно к Фазе 2 в начале 2006 года. Он поручил провести 60-дневное внутреннее исследование для повторного обзора концепций, теперь известных как ESAS, которые отдавали предпочтение запуску CEV на ракете -носителе, созданной на основе шаттла . Кроме того, Гриффин планировал ускорить или иным образом изменить ряд аспектов первоначального плана, который был опубликован в прошлом году [ когда? ] . Вместо запуска CEV в 2008 году NASA перешло бы к Фазе 2 программы CEV в 2006 году, при этом полеты CEV должны были начаться уже в июне 2011 года. [ нужна цитата ]
ESAS призвала к разработке двух ракет-носителей на основе шаттла для поддержки ныне несуществующей программы Constellation ; [3] одна, созданная на основе твердотопливного ракетного ускорителя космического шаттла , которая станет ныне отмененным Ares I для запуска CEV, и линейная тяжелая подъемная машина с использованием SRB и внешнего бака шаттла для запуска ступени отправления на Землю и модуля доступа к лунной поверхности, которая была известна как Ares V (эта конструкция была повторно использована для Space Launch System ). Производительность грузовой ракеты-носителя на основе шаттла (SDLV) составит от 125 до 130 метрических тонн на низкую околоземную орбиту (LEO). SDLV позволит запускать гораздо большую полезную нагрузку за один запуск, чем вариант EELV.
Экипаж будет запущен в CEV на пятисегментном производном твердотопливном ракетном ускорителе Shuttle и новой жидкостной верхней ступени на основе внешнего бака Shuttle. Первоначально он должен был работать от единственной одноразовой версии главного двигателя Space Shuttle , но позже был заменен на модернизированную и усиленную версию ракетного двигателя J-2 (известную как J-2 X), используемую на верхних ступенях S-IVB , используемых на ракетах Saturn IB и Saturn V. Этот ускоритель будет способен выводить до 25 тонн на низкую околоземную орбиту. Ускоритель будет использовать компоненты, которые уже были одобрены для использования человеком. [ необходима цитата ]
Груз будет запускаться на версии Space Shuttle с большой грузоподъемностью, которая будет «встроенным» ускорителем, который будет устанавливать полезные грузы на вершине ускорителя. Первоначально встроенный вариант включал пять одноразовых версий SSME на основной ступени, но позже был изменен на пять ракетных двигателей RS-68 (в настоящее время используемых на ракете Delta IV Heavy ) с большей тягой и меньшими затратами, что потребовало небольшого увеличения общего диаметра активной зоны. Два увеличенных пятисегментных SRB помогут двигателям RS-68 приводить в движение вторую ступень ракеты, известную как ступень отправления на Землю (EDS), и полезную нагрузку на НОО. Он мог поднять около 125 тонн на НОО и, по оценкам, стоил 540 миллионов долларов за запуск.
Инфраструктура Космического центра Кеннеди , включая здание сборки транспортных средств (VAB) и стартовые площадки шаттлов LC-39A и 39B, поддерживалась и адаптировалась к потребностям будущих гигантских ракет-носителей. Позднее была построена новая площадка LC-39C для поддержки небольших ракет-носителей с возможностью строительства LC-39D или возрождения бывших площадок LC-34 или LC-37A на близлежащей станции ВВС на мысе Канаверал, которые использовались Saturn IB для ранних орбитальных миссий Apollo. [ необходима цитата ]
ESAS рекомендовала стратегии для пилотируемых CEV к 2014 году и одобрила подход Lunar Orbit Rendezvous к Луне. Версии CEV LEO будут перевозить экипажи от четырех до шести человек на МКС. Лунная версия CEV будет перевозить экипаж из четырех человек, а марсианская CEV — шесть человек. Грузы также могут перевозиться на борту беспилотной версии CEV, аналогичной российским грузовым кораблям Progress . Lockheed Martin была выбрана NASA в качестве подрядчика для CEV. В конечном итоге этот корабль станет Orion MPCV с его первым полетом в 2014 году ( EFT-1 ), первым пилотируемым полетом в 2022 году ( Artemis 2 ) и первым полетом с посадкой на Луну в 2024 году ( Artemis 3 ). Только одна версия корабля была построена для поддержки миссий в дальнем космосе, а перевод экипажа на МКС будет осуществляться в рамках Программы коммерческих экипажей .
Модуль возвращения CEV будет весить около 12 тонн — почти вдвое больше массы командного модуля Apollo — и, как и Apollo, будет прикреплен к сервисному модулю для жизнеобеспечения и движения ( европейский сервисный модуль ). CEV будет представлять собой капсулу, похожую на Apollo, с теплозащитным экраном типа Viking , а не подъемным корпусом или крылатым аппаратом, как у Shuttle. Он приземлится на землю, а не на воду, как российский космический корабль «Союз» . Это будет изменено на приводнение только для экономии веса, CST-100 Starliner станет первым американским космическим кораблем, приземлившимся на землю. Возможные районы посадки, которые были определены, включают авиабазу Эдвардс , Калифорния, Карсон-Флэтс ( Карсон-Синк [4] ), Невада, и район вокруг озера Мозес, штат Вашингтон. Посадка на западном побережье позволит большую часть пути возвращения пролететь над Тихим океаном, а не над населенными пунктами. В CEV будет использоваться абляционный (подобный «Аполлону») тепловой экран, который будет выбрасываться после каждого использования, а сам CEV можно будет использовать повторно около 10 раз.
Ускоренная разработка лунной миссии должна была начаться в 2010 году, после того как шаттл будет выведен из эксплуатации. Модуль доступа к лунной поверхности, который позже станет известен как Altair , и тяжелый ускоритель ( Ares V ) будут разрабатываться параллельно и оба будут готовы к полету к 2018 году. Конечной целью было достижение лунной посадки к 2020 году, программа Artemis теперь нацелена на лунную посадку в 2024 году. LSAM будет намного больше лунного модуля Apollo и сможет перевозить до 23 тонн груза на лунную поверхность для поддержки лунного форпоста.
Как и Apollo LM, LSAM будет включать посадочную ступень для посадки и подъемную ступень для возвращения на орбиту. Экипаж из четырех человек будет находиться на подъемной ступени. Подъемная ступень будет работать на метановом / кислородном топливе для возвращения на лунную орбиту (позже замененном на жидкий водород и жидкий кислород из-за зачаточности ракетного движения на кислороде/метане). Это позволит использовать производную того же посадочного модуля в последующих миссиях на Марс, где метановое топливо может быть изготовлено из марсианского грунта в процессе, известном как использование ресурсов на месте (ISRU). LSAM будет поддерживать экипаж из четырех человек на поверхности Луны в течение примерно недели и использовать передовые вездеходные транспортные средства для исследования лунной поверхности. Огромное количество груза, перевозимого LSAM, будет чрезвычайно полезным для поддержки лунной базы и для доставки большого количества научного оборудования на поверхность Луны. Artemis будет использовать отдельно запущенные посадочные модули в рамках программы CLPS для доставки вспомогательного оборудования для лунных аванпостов.
Профиль лунной миссии представлял собой комбинацию подхода сближения на околоземной орбите и сближения на лунной орбите (LOR). Во-первых, LSAM и EDS будут запущены на вершине тяжелого транспортного средства, производного от Shuttle ( Ares V ). EDS будет производной от верхней ступени S-IVB , используемой на ракете Saturn V , и будет использовать один двигатель J-2X, аналогичный тому, который используется на ускорителе, производном от SRB [ необходима цитата ] (первоначально планировалось использовать два двигателя J-2X, но двигатели RS-68 для основной ступени позволят NASA использовать только один). Затем экипаж будет запущен в CEV на ускорителе, производном от SRB ( Ares I ), а CEV и LSAM состыкуются на околоземной орбите. Затем EDS отправит комплекс на Луну. LSAM должен был вывести комплекс на лунную орбиту (аналогично ракете Block D в неудачной попытке советского запуска на Луну в 1960-х и 1970-х годах), где четыре астронавта должны были сесть на LSAM для спуска на поверхность Луны на неделю исследований. Часть LSAM могла бы остаться с грузом, чтобы начать создание долгосрочного форпоста.
И LSAM, и лунный CEV будут перевозить экипаж из четырех человек. Весь экипаж спустится на лунную поверхность, оставив CEV незанятым. [5] После того, как время на лунной поверхности будет истрачено, экипаж вернется на лунную орбиту на подъемной ступени LSAM. LSAM состыкуется с CEV. Экипаж вернется в CEV и сбросит LSAM, а затем двигатель CEV направит экипаж на курс к Земле. Затем, как и в случае с Apollo, служебный модуль будет сброшен, а CEV спустится для посадки с помощью системы из трех парашютов.
В конечном итоге, спонсируемый NASA лунный форпост будет построен, возможно, около южного полюса Луны. Но это решение еще не принято и будет зависеть от потенциального международного и коммерческого участия в исследовательском проекте. Программа Artemis надеется создать небольшой международный лунный форпост к 2028 году [ необходима цитата ]
Использование масштабируемых CEV и посадочного модуля с двигателями на метановом топливе означало, что значимые испытания оборудования для миссий на Марс могут быть проведены на Луне. Окончательные миссии на Марс начнут детально планироваться около 2020 года и будут включать использование лунного ISRU, а также будут «класса соединения», что означает, что вместо того, чтобы совершать облет Венеры и проводить 20–40 дней на марсианской поверхности, экипаж отправится прямо на Марс и обратно и проведет около 500–600 дней, исследуя Марс.
По оценкам ESAS, стоимость пилотируемой лунной программы до 2025 года составит 217 миллиардов долларов, что всего на 7 миллиардов долларов больше текущего прогнозируемого бюджета NASA на исследования на тот же период.
Первоначально предполагалось, что предложение ESAS будет достижимо с использованием только существующего финансирования NASA, без существенных сокращений других программ NASA, однако вскоре стало очевидно, что требуется гораздо больше денег. Сторонники Constellation увидели в этом оправдание для скорейшего прекращения программы Shuttle, и NASA реализовало план по прекращению поддержки Shuttle и ISS в 2010 году. Это было примерно на 10 лет раньше, чем планировалось для обеих программ, поэтому его следует считать значительным сокращением. Это привело к серьезным возражениям со стороны международных партнеров, что США не выполняют свои обязательства, и опасениям в Конгрессе, что инвестиции в ISS будут потрачены впустую.
Начиная с апреля 2006 года появились некоторые критические замечания по поводу осуществимости первоначального исследования ESAS. Они в основном вращались вокруг использования метан-кислородного топлива. Первоначально NASA искало эту комбинацию, потому что ее можно было «добывать» на месте из лунного или марсианского грунта — то, что могло бы быть потенциально полезным в миссиях к этим небесным телам. Однако эта технология относительно новая и непроверенная. Она значительно увеличила бы время проекта и вес системы. В июле 2006 года NASA отреагировало на эти критические замечания, изменив план на традиционные ракетные топлива (жидкий водород и кислород для LSAM и гиперголики для CEV). Это уменьшило вес и сократило сроки проекта. [6]
Однако основная критика ESAS была основана на его оценках безопасности и стоимости. Авторы использовали частоту неудачных запусков Titan III и IV в качестве оценки частоты неудачных запусков Delta IV heavy. Titan сочетал в себе основную ступень, полученную из ранней МБР, с большими сегментированными твердотопливными ускорителями и верхней ступенью на водородном топливе, разработанной ранее. Это был сложный аппарат и имел относительно высокую частоту неудачных запусков. Напротив, Delta IV Heavy была конструкцией «с чистого листа», все еще находящейся в эксплуатации, которая использовала только жидкое топливо. И наоборот, частота неудач Shuttle SRB использовалась для оценки частоты неудач Ares I, однако учитывались только запуски после потери Challenger, и каждый запуск шаттла считался двумя успешными запусками Ares, хотя SRB Shuttle не включают в себя системы наведения или управления креном.
В настоящее время Delta IV запускается с комплекса 37 базы ВВС на мысе Канаверал, и производитель United Launch Alliance предложил запускать пилотируемые полеты оттуда. Однако при оценке затрат ESAS предположил, что все конкурирующие проекты должны будут запускаться с комплекса 39, и что здание сборки транспортных средств, мобильные пусковые платформы и площадки A и B должны быть модифицированы для их размещения. Объекты LC-39 намного больше, сложнее, старше и дороже в обслуживании, чем современные объекты в комплексе 37, и совершенно не подходят для Delta, которая интегрируется горизонтально и транспортируется без топлива. Это предположение не было обосновано в отчете и значительно увеличило предполагаемые эксплуатационные расходы для Delta IV. Наконец, решение в 2011 году добавить беспилотное испытание Orion на Delta IV явно противоречит выводу ESAS о том, что это было невыполнимо.
Комитет по обзору планов пилотируемых космических полетов США (также известный как Комитет HSF , Комиссия Августина или Комитет Августина ) был группой, созванной NASA по просьбе Управления по научно-технической политике (OSTP) для обзора планов пилотируемых космических полетов страны с целью обеспечения «энергичного и устойчивого пути к достижению ее самых смелых устремлений в космосе». Обзор был объявлен OSTP 7 мая 2009 года. Он охватывал варианты пилотируемых космических полетов после того, как NASA планировало вывести из эксплуатации Space Shuttle . Сводный отчет был предоставлен директору OSTP Джону Холдрэну , Управлению по научно-технической политике Белого дома (OSTP) и администратору NASA 8 сентября 2009 года. Предполагаемая стоимость обзора должна была составить 3 миллиона долларов США. Комитет должен был работать в течение 180 дней; отчет был опубликован 22 октября 2009 года.
Комитет посчитал, что 9-летняя программа Constellation настолько отстает от графика, недофинансируется и выходит за рамки бюджета, что достижение любой из ее целей невозможно. Президент Обама исключил программу из бюджета 2010 года, фактически отменив программу. Один из компонентов программы, капсула экипажа Orion, была возвращена в планы, но как спасательное средство для дополнения российского «Союза» при возвращении экипажей станции на Землю в случае чрезвычайной ситуации.
Предложенная «конечная цель» для полета человека в космос, по-видимому, требует двух основных целей: (1) физическая устойчивость и (2) экономическая устойчивость. Комитет добавляет третью цель: достижение ключевых национальных целей. Они могут включать международное сотрудничество, развитие новых отраслей промышленности, энергетическую независимость, сокращение изменения климата, национальный престиж и т. д. Поэтому идеальное место назначения должно содержать такие ресурсы, как вода для поддержания жизни (также обеспечивающая кислород для дыхания и водород для соединения с кислородом для получения ракетного топлива), а также драгоценные и промышленные металлы и другие ресурсы, которые могут представлять ценность для космического строительства и, возможно, в некоторых случаях заслуживают возвращения на Землю (например, см. добычу астероидов ).
