Starship HLS (Human Landing System) — лунный вариант космического корабля Starship , который должен доставлять астронавтов с лунной орбиты на поверхность Луны и обратно. Он разрабатывается и строится компанией SpaceX в рамках контракта с NASA по Human Landing System в качестве важнейшего элемента программы NASA Artemis по высадке экипажа на Луну.
План миссии предусматривает запуск ракеты-носителя Starship HLS на околоземную орбиту , где он будет дозаправлен несколькими космическими кораблями-заправщиками Starship, прежде чем выйти на лунную почти прямолинейную гало-орбиту (NRHO). Там он встретится с пилотируемым космическим кораблем Orion , который будет запущен с Земли с помощью ракеты-носителя NASA Space Launch System (SLS). Экипаж из двух астронавтов перейдет с Orion на HLS, который затем спустится на поверхность Луны и проведет там около 7 дней, включая не менее пяти выходов в открытый космос . Затем он вернет экипаж на Orion на NRHO.
На третьем этапе процесса закупки HLS в апреле 2021 года NASA заключило с SpaceX контракт на разработку, производство и демонстрацию Starship HLS. Беспилотный испытательный полет запланирован на 2025 год для демонстрации успешной посадки на Луну. После этого испытания ожидается, что пилотируемый полет будет выполнен в рамках миссии Artemis III не ранее сентября 2026 года. [2] Позднее NASA заключило контракт на модернизированную версию Starship HLS для использования в миссии Artemis IV . [3]
Сам Starship находится в частной разработке SpaceX с середины 2010-х годов, но разработка варианта HLS финансируется в рамках контрактов NASA на систему приземления человека. [4]
Starship HLS — это вариант космического корабля Starship компании SpaceX , оптимизированный для работы на Луне и вокруг нее. [5] В отличие от стандартного космического корабля Starship, Starship HLS никогда не войдет в атмосферу, поэтому у него нет теплового экрана или поверхностей управления полетом . [5] Это уменьшает его массу, [5] а также количество запусков заправщиков Starship, необходимых для дозаправки после выхода на орбиту. [5] В отличие от более ранних конструкций HLS, которые предлагали несколько ступеней, весь космический корабль функционирует как ступень подъема и спуска. Как и другие варианты Starship, Starship HLS имеет шесть двигателей Raptor , установленных в хвосте, которые используются во время запуска и большей части посадки и подъема. [5]
Находясь в пределах 100 метров от поверхности Луны, вариант HLS, как планируется, будет использовать двигатели посадки с высокой тягой, расположенные в середине корпуса, чтобы избежать столкновения струи с лунным реголитом , [6] хотя эти двигатели могут не понадобиться. [7] Двигатели посадки сжигают газообразный кислород и метан вместо жидкого кислорода и метана, используемых в Raptors. [6] [8] : 50:30 Электроэнергия подается полосой солнечных панелей по окружности аппарата. [9] [10] HLS имеет возможность находиться на лунной орбите в течение 100 дней. [9]
По данным NASA, минимизация изменений в конфигурации транспортного средства и обеспечение максимально возможной распространенности проектирования и разработки Starship HLS принесет пользу будущим сборкам Starship HLS, поскольку исключит необходимость в дополнительных испытаниях, оценке и проверке различных конструкций транспортных средств. [5] NASA добавило, что это также позволит SpaceX ускорить сборку транспортных средств, чтобы обеспечить доступность и своевременную доставку для интеграции миссии. [5]
В апреле 2024 года НАСА сообщило, что ведутся работы над грузовым вариантом посадочного модуля. НАСА ожидает, что этот вариант будет готов и введен в эксплуатацию к Artemis VII. [11] Грузовой вариант будет называться НАСА Human-class Delivery Landers (HDL) и будет представлять собой, по состоянию на июнь 2024 года, посадочные модули с самой высокой вместимостью, доступные НАСА в рамках текущего исследования Луны. [12]
Перед запуском корабля HLS с Земли на околоземную орбиту будет запущен Starship, сконфигурированный как топливное депо , а затем частично или полностью заполненный четырьмя-четырнадцатью [a] рейсами заправщиков Starship, перевозящими топливо. [13] Таким образом, этот космический корабль будет использоваться совместно с ускорителем Starship (называемым Super Heavy ) и двумя дополнительными вариантами космического корабля Starship, «танкер» и «депо», которые уже были запланированы до контракта NASA HLS. [14]
В 2021 году Маск заявил, что потребуется от «четырех до восьми» запусков танкеров. [15] В том же году Счетная палата США (GAO) заявила, что SpaceX «потребуется в общей сложности 16 запусков» [16] , а в 2023 году представитель NASA оценил количество запусков Starship, необходимых для одной посадки на Луну, как «десятидесяти». [16] В 2024 году вице-президент SpaceX по работе с клиентами оценил количество запусков танкеров в «около 10», хотя это число может измениться. [17] Запуски должны будут осуществляться в быстрой последовательности, чтобы поддерживать ограничения графика и ограничивать потери жидкого криогенного топлива из-за испарения. [18]
Затем корабль Starship HLS стартует и встретится с уже загруженным топливным складом, а затем дозаправится перед переходом с околоземной орбиты на лунную орбиту. [19]
Как только HLS окажется на почти прямолинейной гало-орбите вокруг Луны, космический корабль Orion будет запущен ракетой Space Launch System и состыкуется с ожидающим посадочным модулем Starship HLS [19] [20] : 4, 5 или лунной космической станцией NASA Gateway , чтобы взять пассажиров перед спуском на лунную поверхность и вернуть их после подъема. [20] После того, как от двух до четырех членов экипажа перейдут в HLS, он отправится и спустится на лунную поверхность. [20] : 4, 5 После операций на лунной поверхности Starship HLS взлетит с Луны и вернется на лунную орбиту для встречи с Orion. [20] : 4, 5 Затем экипаж вернется на Orion и отправится на Землю. Хотя это еще не подтверждено, Starship HLS теоретически может быть дозаправлен на орбите, чтобы доставить больше экипажей и грузов на поверхность. [21] [22]
В начале 2010-х годов NASA изначально планировало использовать космический корабль Orion и систему Space Launch System (SLS) для высадки астронавтов на Луну. Конструкция капсулы Orion была унаследована от программы Constellation , несуществующей пилотируемой лунной программы 2000-х годов. [23] SLS — это ракета-носитель, разработанная NASA в качестве замены Space Shuttle после его выхода на пенсию в 2011 году и для поддержки связанных с Shuttle рабочих мест, которые в противном случае были бы потеряны. [24] [25] SLS не может вывести Orion на низкую лунную орбиту, как это делала ракета Saturn V во время программы Apollo . [26]
Ближайшая к Луне SLS, с которой может быть запущен Orion, находится на почти прямолинейной гало-орбите (NRHO), эллиптической орбите, которая приближается к Луне. [27] Планируемая NASA станция Lunar Gateway также должна находиться на этой орбите, чтобы ее можно было обслуживать с помощью Orion. [28] Спуск на Луну с NRHO требует значительно больше энергии, чем с низкой лунной орбиты [26] и позволяет осуществлять спуск только один раз в 6,5 дней. [29]
Для решения этих проблем в 2018 году НАСА направило коммерческим компаниям запрос предложений по разработке системы посадки человека (HLS). [30] [26] Лунные посадочные аппараты HLS должны иметь возможность путешествовать с Земли на NRHO, где они встретятся с Orion, приземлятся на Луне, а затем вернутся на NRHO, чтобы снова состыковаться с Orion. [31]
SpaceX планировала разработать большой межпланетный корабль с 2000-х годов для достижения своей цели по колонизации Марса . [32] В ответ на запрос NASA о предложениях по системе высадки человека, SpaceX адаптировала конструкцию своего базового корабля Starship в вариант, подходящий для выполнения миссии NASA по высадке двух астронавтов на Луну с NRHO: Starship HLS. [33]
Первоначальная работа по проектированию по контракту с NASA для варианта Starship, разработанного специально для NASA, началась в мае 2020 года, когда SpaceX была выбрана для программы Artemis III под названием «Вариант A», а отбор и финансирование полной разработки состоялись в апреле 2021 года, когда Starship HLS был выбран NASA для высадки «первой женщины и следующего мужчины» на Луну в рамках миссии Artemis III . [4]
В 2021 году NASA заключило с SpaceX контракт с фиксированной ценой на сумму 2,89 млрд долларов США , рассчитанный на несколько лет, на разработку и производство лунного посадочного модуля Starship HLS [4] , а также на выполнение двух рабочих полетов: беспилотной демонстрационной миссии и пилотируемой посадки на Луну. [34] [19]
Starship HLS был впервые представлен публике, когда он был первоначально выбран NASA в апреле 2020 года для исследования конструкции в рамках их программы Artemis , которая направлена на высадку людей на Луну. SpaceX была одной из трех команд, выбранных для разработки конкурирующих проектов лунных посадочных модулей для программы Artemis в течение годичного [35] периода, начиная с мая 2020 года. [35]
Другими рассматриваемыми посадочными модулями были Dynetics HLS , предложенный производителем аэрокосмической техники Dynetics , и Integrated Lander Vehicle , предложенный командой под руководством Blue Origin . [21] NASA намеревалось позже выбрать и профинансировать не более двух из этих посадочных модулей для продолжения выполнения первоначальных демонстрационных полетов. [36] [22]
16 апреля 2021 года НАСА выбрало только Starship HLS для разработки пилотируемого лунного посадочного модуля [4] плюс два демонстрационных полета на Луну — один беспилотный и один с экипажем — не ранее 2024 года. Контракт был оценен в 2,89 млрд долларов США на несколько лет. [34] [19] Два астронавта NASA Artemis должны приземлиться во время первой посадки пилотируемого Starship HLS. [37] Ранее НАСА заявляло, что предпочитает финансировать разработку нескольких предложений по системе посадки человека с разными возможностями; однако «только один проект был выбран для первоначальной беспилотной демонстрации и первой посадки с экипажем из-за значительных бюджетных ограничений» для программы системы посадки человека, наложенной Конгрессом США . [19] НАСА заявило, что невыбранные предложения — Dynetics HLS и Blue Origin Integrated Lander Vehicle — а также посадочные модули других компаний будут иметь право на более поздние контракты на посадку на Луну. [19]
26 апреля 2021 года Blue Origin и Dynetics по отдельности подали официальные протесты против присуждения контракта SpaceX в Счетную палату США (GAO). [38] 30 июля 2021 года GAO отклонило оба протеста и установило, что «NASA не нарушило закон о закупках», присудив контракт SpaceX, которая предложила гораздо более низкую стоимость и более совершенные возможности посадки людей и грузов на Луну для NASA Artemis. [38] [39] Вскоре после того, как GAO отклонило апелляцию, NASA произвело первоначальный платеж по контракту в размере 300 миллионов долларов США в пользу SpaceX. [40] Акция протеста задержала разрешение NASA на работу по контракту и, таким образом, задержала начало работ SpaceX на 95 дней. [41] Blue Origin выпустила инфографические плакаты, подчеркивающие сложность Starship HLS, например, тот факт, что дозаправка на орбите криогенным топливом, подобным тому, которое использует Starship HLS, никогда не демонстрировалась, при этом заявив, что в его конструкции используется «проверенная технология». [42]
13 августа 2021 года [43] Blue Origin подала иск в Федеральный суд США, оспаривая «незаконную и ненадлежащую оценку предложений NASA». [41] [44] Blue Origin обратилась в суд с просьбой вынести запрет на дальнейшие расходы NASA по существующему контракту со SpaceX, [45] и NASA прекратило работу над контрактом 19 августа, после того как SpaceX было разрешено работать над частями Starship HLS, специфичными для NASA, всего три недели, поскольку работа была ранее остановлена в апреле. [43] Реакция на иск была негативной, многие критиковали Blue Origin за создание ненужных задержек в программе Artemis. [46] [47] [48]
4 ноября 2021 года суд удовлетворил ходатайство федерального правительства о прекращении дела, [49] [50] [51] а NASA объявило, что возобновит работу со SpaceX как можно скорее. [52]
23 марта 2022 года НАСА объявило, что будет использовать опцион в рамках первоначального контракта SpaceX HLS, известный как Вариант B, который позволит проекту Starship HLS второго поколения провести демонстрационную миссию после Artemis III. [53]
15 ноября 2022 года НАСА объявило о гранте по варианту B в размере 1,15 млрд долларов США [ по чьей информации? ] и объявило, что эта пилотируемая посадка должна произойти в рамках проекта Artemis IV . [3] Полет будет включать стыковку с Lunar Gateway . [3] Вариант B HLS будет соответствовать требованиям НАСА к «устойчивому» HLS. К ним относятся способность поддерживать четырех членов экипажа и доставка большей массы на поверхность. [3]
После того, как NASA заключило контракт по варианту A с SpaceX, Конгресс впоследствии поручил NASA продлить программу HLS [ когда? ] для не-SpaceX [ требуется разъяснение ] устойчивого HLS. NASA ответило созданием «Приложения P» и указало посадочный модуль, который будет использоваться для Artemis V в качестве его пилотируемого демонстрационного полета. В мае 2023 года Blue Origin получила от NASA 3,4 миллиарда долларов на разработку своего лунного посадочного модуля Blue Moon . [54] [55] NASA намерено разрешить варианту B Starship HLS и посадочному модулю Blue Moon конкурировать за миссии Artemis после Artemis V.
В 2021 году Управление генерального инспектора НАСА (OIG) предупредило, что график разработки HLS нереалистичен по сравнению с другими крупными программами космических полетов НАСА. [20] : 14–15 Заявив, что программы космических полетов за предыдущие 15 лет в среднем занимали 8,5 лет от заключения контракта до первого эксплуатационного полета, в то время как программа HLS пыталась сделать это примерно за половину этого времени. [20] : 14–15 Напротив, Управление генерального инспектора НАСА отметило, что лунному посадочному модулю Apollo потребовалось около 6 лет от заключения контракта до его запуска в рамках миссии Apollo 11 , при этом получив «значительно более высокие уровни финансирования» с поправкой на инфляцию. [20] : 14 Основываясь на дате заключения контракта базового периода HLS (май 2020 года) и средней задержке для недавних крупных программ космических полетов НАСА, они подсчитали, что программа HLS может столкнуться с задержками до 3,4 лет перед эксплуатационными полетами. [20] : 16
В июне 2023 года руководитель отдела разработки исследовательских систем NASA в офисе разработки HLS Джим Фри заявил, что критический обзор проекта Starship HLS, необходимый для выделения SpaceX дополнительных средств по контракту, был отложен до тех пор, пока SpaceX не завершит демонстрационную миссию по дозаправке на орбите. [56] Руководитель стратегии NASA по исследованию Луны и Марса заявил, что задержка Artemis III с 2025 на 2026 год отчасти связана с «проблемами разработки» у их подрядчиков (SpaceX и Lockheed Martin). [57]
В ноябре 2023 года Счетная палата США в своем отчете Конгрессу обозначила несколько проблем, с которыми столкнулась программа Artemis в ходе разработки. [58] Они отметили, что по состоянию на сентябрь 2023 года программа HLS [NASA] отложила 8 из 13 ключевых событий как минимум на 6 месяцев, [58] причем 2 события были отложены до года запуска (на тот момент 2025 год). [58] GAO также определила разработку двигателя Raptor как «главный риск» для программы и ее графика 2025 года, хотя SpaceX посчитала технологию, лежащую в основе двигателя Raptor, относительно зрелой. [58] GAO отметила, что SpaceX добилась ограниченного прогресса в развитии технологий, необходимых для дозаправки на орбите и хранения криогенного топлива . [58] В своем отчете Конгрессу GAO пришла к выводу, что высадка экипажа Artemis III на Луну вряд ли произойдет в 2025 году, и что более вероятной датой запуска является начало 2027 года. [58] [59]
Астронавты НАСА испытали концепцию лифта (перемещение экипажа между кабиной корабля Starship HLS и поверхностью Луны) в декабре 2023 года. [60]
В январе 2024 года NASA и SpaceX заявили, что беспилотная посадка и испытание на Луну космического корабля Starship HLS, как ожидается, состоятся в 2025 году, а Artemis III откладывается не ранее сентября 2026 года. [2] [ требуется обновление ] Задержка была частично связана с проблемами с теплозащитным экраном Orion во время Artemis I. [ 61]
В феврале 2024 года SpaceX полностью протестировала систему жизнеобеспечения, [62] а NASA провело полномасштабное испытание системы стыковки HLS со Starship и Orion, а затем и со Gateway. [63] В том же месяце NASA заявило, что SpaceX достигла более 30 важных этапов, связанных с HLS, определив и протестировав оборудование, необходимое для выработки электроэнергии, связи, наведения и навигации, движения, жизнеобеспечения и защиты космической среды. [64]
14 марта 2024 года SpaceX успешно испытала внутреннюю криогенную передачу топлива на корабле в ходе комплексного летного испытания 3. [ 65] В апреле 2024 года NASA сообщило, что ведутся работы над грузовым вариантом посадочного модуля. NASA ожидает, что этот вариант будет готов и введен в эксплуатацию к Artemis VII. [66]
На заседании Научного подкомитета по космосу и аэронавтике Палаты представителей США 10 сентября 2024 года Брайан Бабин и Хейли Стивенс выразили обеспокоенность тем, что темпы обработки лицензий в соответствии с правилами коммерческого запуска и возвращения в атмосферу FAA, Часть 450, могут повлиять на программу Artemis, поскольку и Blue Origin, и посадочные модули SpaceX HLS будут запускаться с использованием коммерческих лицензий. [67] После еще одной двухмесячной задержки FAA летных испытаний Starship 5 , SpaceX заявила, что правительственные документы не позволяют ей быстро запустить Starship для выполнения обязательств по программе Artemis. [68]
В октябре 2024 года НАСА заявило, что кампания по летным испытаниям для демонстрации передачи топлива с корабля на корабль должна начаться примерно в марте 2025 года, а завершение испытаний запланировано на лето, когда НАСА должна провести проверку сертификации проекта . [69] : 3:56–4:24
... для конечного спуска Starship, за несколько десятков метров до того, как мы приземлимся на лунную поверхность, мы фактически используем систему RCS с высокой тягой, чтобы не ударяться о поверхность Луны двигателями Raptor с высокой тягой. ... использует те же метановые и кислородные пропелленты, что и Raptor.
В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .42 USC 18322. SEC. 302 СИСТЕМА ЗАПУСКА КОСМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ КАК ПОСЛЕДУЮЩЕЕ СРЕДСТВО ЗАПУСКА ДЛЯ СПЕЙС-ШАТТЛА [...] (c) МИНИМАЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВОЗМОЖНОСТЯМ (1) В ОБЩЕМ ПОЛОЖЕНИИ – Система запуска космических аппаратов, разработанная в соответствии с подпунктом (b), должна быть спроектирована так, чтобы иметь, как минимум, следующее: (A) Первоначальная способность основных элементов, без верхней ступени, поднимать полезные грузы весом от 70 тонн до 100 тонн на низкую околоземную орбиту в рамках подготовки к транзиту для миссий за пределами низкой околоземной орбиты [...] (2) ГИБКОСТЬ [...]
(Крайний срок)
Опытно-конструкторские работы и испытания основных элементов и верхней ступени должны проводиться параллельно в зависимости от ассигнований. Приоритет должен быть отдан основным элементам с целью обеспечения эксплуатационной готовности основных элементов не позднее 31 декабря 2016 г. [...] 42 USC 18323. SEC. 303 МНОГОЦЕЛЕВОЙ ПИЛАЕМЫЙ ТРАНСПОРТНЫЙ СРЕДСТВО (a) НАЧАЛО РАЗРАБОТКИ (1) В ОБЩЕМ – Администратор продолжит разработку многоцелевого пилотируемого транспортного средства, которое будет доступно как можно скорее, и не позднее, чем для использования с Космической системой запуска [...] (2) ЦЕЛЬ ПО ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ. Целью должно быть достижение полной эксплуатационной готовности транспортного средства, разработанного в соответствии с настоящим подразделом, не позднее 31 декабря 2016 года. Для достижения этой цели Администратор может провести испытание транспортного средства на МКС до этой даты.
помешал SpaceX начать выполнение контракта в течение 95 дней, пока GAO рассматривало дело.
