Николай Сергеев: Русский космос: прорыв в будущее, часть 2

Николай Сергеев: Русский космос: прорыв в будущее, часть 2 21.05.2018 09:14

Начало, часть 1

I

Успешное освоение космоса невозможно без надежных многоразовых космических кораблей. В настоящее время основу российской пилотируемой программы составляет техника, разработанная еще в Советском Союзе на заре космической эры. Уже много десятилетий эксплуатируются корабли и ракеты-носители семейств «Союз» и «Протон». Они многократно модернизировались, показали высокую степень надежности в эксплуатации, но время этих космических старожилов уже завершается. Для дальнейшего освоения космического пространства требуется техника нового уровня.

Еще в 2009 году в Российской Федерации начались работы по созданию пилотируемого космического корабля нового поколения, который по итогам специально проведенного среди граждан конкурса получил наименование «Федерация». Опытно-конструкторские работы проводит Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П. Королева. К настоящему времени из композитных материалов изготовлена технологическая капсула, на которой проводятся многочисленные испытания. А к 2020 году должен быть построен летный корабль.

Вот что рассказывает о нынешнем этапе создания космического корабля «Федерация» ведущий космонавт-испытатель летно-испытательного отдела РКК «Энергия» Марк Серов: «Это динамические и статические испытания на прочность, тепловакуумные испытания и испытания на герметичность, испытания системы посадки, отработка системы жизнеобеспечения и множество других испытаний и экспериментов, направленных на подтверждение эффективности, надежности и безопасности работы корабля в целом».

Целью же создания нового космического корабля является обеспечение технологической независимости Российской Федерации, доступа России в космос с российской территории, доставка людей и грузов на околоземные и окололунные орбитальные станции, посадка на Луну и обеспечение исследований и освоения этого естественного спутника Земли.

В отличие от кораблей семейства «Союз» корабль «Федерация» обладает большей вместимостью (6 чел.), помимо экипажа на борт может взято полтонны груза. Корабль сможет 30 суток находиться в автономном полете и год в составе орбитального комплекса (станция плюс корабль), что открывает дополнительные возможности для проведения самых сложных научных исследований. Для этих целей корабль будет оснащен современным бортовым отказоустойчивым вычислительным комплексом, а также новой системой управления движением и ориентацией.

 
Многоразовый космический корабль «Федерация» 

Главное достоинство нового корабля - многоразовость. На «Федерации» можно будет слетать в космос несколько раз. 10 полетов на околоземную орбиту. Не менее 10 кратковременных полетов к Луне. При длительной лунной экспедиции со стыковкой с окололунной орбитальной станцией возможности корабля предусматривают три полета. При этом важнейшим свойством «Федерации» является способность корабля к мягкой посадке на Землю с последующим новым полетом в космос. 

В кораблях семейства «Союз» космонавты возвращаются на Землю в спускаемом аппарате, посадка которого производится с помощью специальной парашютной системы. Остальная часть корабля сгорает при входе в плотные слои атмосферы. Для посадки многоразовых космических челноков (американская программа «Спейс шаттл» и советская «Буран») требуются специально оборудованные аэродромы со взлетно-посадочной полосой длиной 4 километра. 

В этом отношении «Федерация» выгодно отличается от своих предшественников. Корабль будет оснащен твердотопливной посадочной двигательной установкой с регулированием тяги, способной гасить вертикальную и горизонтальную составляющие скорости. Кроме того, будет использоваться трехкупольная парашютная система, которая совместно с посадочными двигателями (будут срабатывать на высоте от 50 до 100 метров) обеспечит плавное торможение и снижение корабля. Посадка будет производиться на три опоры, способные вертикально удерживать корабль даже при самом сильном ветре. Первый испытательный беспилотный полет «Федерации» должен состояться в 2020 году, пилотируемые же полеты предполагается начать с 2023 года в начале на околоземную, затем на окололунную орбиту.

 
Посадка космического корабля «Федерация»

В настоящее же время космический корабль «Федерация» проходит комплекс испытаний в аэродинамических трубах Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ) имени профессора Н. Е. Жуковского. Испытания проходят в сверхзвуковом и гиперзвуковом потоках.

II

В данный момент на околоземной орбите находится Международная космическая станция. В проекте МКС Российская Федерация принимает участие с 1998 года. На начало 2018 года в состав МКС входит 15 основных модулей, из которых 5 - российские, которые образуют российских сегмент станции. Это функционально-грузовой блок «Заря», стыковочный модуль «Пирс», стыковочно-грузовой модуль «Рассвет», модуль жизнеобеспечения «Звезда», малый исследовательский модуль «Поиск».

Согласно действующей Федеральной космической программе на 2016-2025 годы к концу 2018 года в составе МКС должно находиться всего 7 российских модулей, при этом эксплуатация Международной космической станции будет осуществляться до 2024 года.  После чего начнутся работы по созданию собственно российской орбитальной станции, основу которой составят три российских модуля МКС, дополнительно оснащенные системами, обеспечивающими их работоспособность после 2024 года.

Вместе с тем эксплуатация МКС до 2024 года (ранее планировалось работа станции до 2015 г., затем до 2020 г., возможно и до 2028 г.) позволит отработать новейшие технологии и космические системы, необходимые в дальнейшем для освоения Луны и дальнего космоса.

Строительство российской орбитальной станции будет продолжаться в течение нескольких лет и в полной комплектации достигнет массы в 200 тонн. В начале эксплуатации станции в пилотируемом режиме ее экипаж будет состоять из 3 человек, после полного ввода станции в работу – 9 человек. В то же время после ввода в строй пилотируемых кораблей нового поколения «Федерация» экипаж российской орбитальной станции может быть доведен до 18 человек.

 
Так будет выглядеть российская орбитальная станция

В целом же, российская орбитальная станция призвана решать задачи в интересах национальной безопасности Российской Федерации и Союзного государства, развития космической отрасли, будет также являться базой для осуществления российской лунной программы.

III

Освоение Луны, а в перспективе Марса, других планет и небесных тел Солнечной системы предполагает создание космического ракетного комплекса сверхтяжелого класса (КРК СТК), основу которого составят сверхтяжелая ракета-носитель способная выводить на орбиту Земли до 140 тонн полезного груза и межорбитальный буксир с ядерной двигательно-силовой установкой. Главной задачей буксира станет транспортировка грузов (до 20 тонн) и космического корабля «Федерация» между орбитами Земли и Луны. Летные испытания составных частей КРК СТК должны начаться в 2028 году.

 
Так будет выглядеть орбитальный буксир

Возобновление исследования Луны, прерванное в 1976 году, начнется по российской лунной программе в 2019 году. C этой целью в октябре 2017 года в рамках РКК «Энергия» начал работу Центр исследований и разработки программ освоения Луны. Запуски же космических аппаратов по лунной программе будут производиться с космодрома «Восточный». 

Российская программа освоения Луны рассчитана на несколько десятилетий и предполагает несколько этапов. Первый этап намечено осуществить в 2019 – 2030 годах, в ходе которого предполагается произвести выбор места строительства лунной базы. Для этого к Луне предполагается направить автоматические станции «Луна-25», «Луна-26», «Луна-27», «Луна-28» и «Луна-29» (нумерация станций ведется с учетом советской лунной программы). 

Первой космической станцией, которая направится к Луне, станет «Луна-25» (2019 г.). Ее полет к естественному спутнику Земли будет носить, в первую очередь, демонстрационный характер. Она будет нести минимум исследовательского оборудования, т.к. главная цель полета – провозглашение намерений России вернуться на Луну.

«Луна-26» (2021 г.) - это орбитальная станция, которая будет совершать облеты вокруг Луны для дистанционного исследования поверхности спутника, координации работы будущих спускаемых аппаратов, обеспечения связи между ними и Землей. Это будет первое звено будущей постоянной инфраструктуры российской лунной базы.

Межпланетная станция «Луна-27» доставит на естественный спутник Земли специальный бур длиной в несколько метров, с помощью которого будет производится поиск лунного грунта с содержанием водяного льда. По предложению ученых на Луне грунт содержащий лед может находится на глубине порядка двух метров. «Луна-27» также будет оснащена оборудованием, которое позволит исследовать полученные образцы непосредственно на месте.

И если лед будет найден, то это значительно облегчит деятельность будущей обитаемой лунной базы, т.к. доставка необходимого количества воды с Земли для обеспечения жизнедеятельности поселения на Луне является очень дорогостоящей.

«Луна-28» также будет заниматься забором лунного грунта на предмет поиска водяного льда, но в отличие от «Луны-27» не будет исследовать взятые образцы на Луне, а вернется с ними на Землю. Вслед за «Луной-28» на естественный спутник Земли будет отправлен космический аппарат «Луна-29», который доставит туда луноход. По итогам исследований, проведенных автоматическими станциями будет принято решение о посылке на Луну и ее орбиту пилотируемых космических кораблей.

Второй этап (2031- 2040 годы) российской лунной программы будет направлен на подготовку к развертыванию обитаемой базы на Луне. В частности, предполагается создание базового, энергетического, лабораторного модулей лунной базы и радиационного убежища. В это же время будут созданы пилотируемый луноход и другие лунные транспортные средства.

В ходе этого этапа начнутся пилотируемые экспедиции к Луне и геологические исследования естественного спутника.

На третьем этапе (2041 – 2050 годы) основной задачей станет полномасштабное развертывание лунной базы. На Луну предполагается доставить оборудование для бурения, добывающие и производственные комплексы, астрофизическая обсерватория, медико-биологический комплекс. На данном этапе должен быть решен вопрос по добыче воды и кислорода, начаты астрофизические и медико-биологические исследования, а также отработка производства из лунных ресурсов.

Четвертый этап (после 2050 года) предусматривает полномасштабное использование ресурсов Луны в интересах земной цивилизации и для дальнейшего освоения космического пространства. На Луне предполагается развернуть мощности по производству и хранению составляющих топлива для космических кораблей, многоразовые взлетно-посадочные средства, комплекс добычи редких ресурсов. На окололунной орбите предполагается разместить средства орбитальной сборки и дозаправки. Луна призвана стать опорной базой для экспедиций в дальний космос.

Для воплощения столь масштабной лунной программы необходима инфраструктура, позволяющая осуществлять на Луну и с неё на Землю регулярные полеты. А это возможно только при наличии лунной орбитальной станции. Начиная с 2020 года, Роскосмосом будут рассматриваться технические предложения по станции, а в 2025 году должна быть утверждена эскизная документация на её модули. При этом вычислительная система и научное оборудование для лунной орбитальной станции начнут разрабатываться уже с 2022 года, чтобы с 2024 года перейти к наземной отработке. В состав лунной станции должно войти несколько модулей: энергетический, лаборатория, а также узловой – для стыковки космических кораблей.

 
Лунная база в разработках ученых Самарского технического университета.
 Россия планирует построить долговременную базу на Луне к 2035 году

Говоря о необходимости подобной станции на орбите Луны, нужно отметить, что улететь с Луны на Землю можно лишь один раз в 14 суток, когда совпадают их плоскости орбит. Однако обстоятельства могут потребовать срочного отлета, и в таком случае станция будет просто жизненно необходима. Кроме того, она сможет решать целый комплекс задач различного характера, начиная от связи, и заканчивая вопросами снабжения. По мнению специалистов, наиболее целесообразным будет размещение лунной орбитальной станции в точке Лагранжа, расположенной в 60000 км от Луны. В этой точке силы притяжения Земли и Луны взаимно уравновешиваются, и из данного места можно будет осуществлять старт к Луне или к Марсу с наименьшими энергетическими затратами.

Схема полетов на Луну в этом случае будет выглядеть следующим образом. Ракета-носитель выводит космический корабль на орбиту, после чего его примет российская орбитальная станция, находящаяся на земной орбите. Там он будет подготовлен к дальнейшему полету, а при необходимости (если масса корабля должна быть увеличена) здесь же будет выполнена сборка корабля из нескольких модулей выведенных в несколько запусков. Стартовав, корабль преодолеет расстояние до российской лунной орбитальной станции и пристыкуется к ней, после чего может остаться на орбите, а на Луну полетит спускаемый аппарат.