8.1.4. Проект «First Lunar Outpost» (1992 г.)
В 1992 году NASA предложила проект создания лунной базы FLO (First Lunar Outpost - Первый Лунный Форпост). В проекте FLO были учтены рекомендации, изложенные в докладе группы Стаффорда. Проект предусматривал создание сверхтяжелой РН Comet («Комета»), лунного пилотируемого КК и беспилотного грузового лунного КК. Полет на Луну должен был выполняться по «прямой схеме», без стыковок на орбитах ИСЗ и ИСЛ, хотя на начальной стадии рассматривался также вариант запуска лунного КК и разгонного блока отдельными РН класса Saturn V.
8.1.4.1. Сверхтяжелая РН Comet
РН Comet представляет собой двухступенчатую ракету-носитель с двумя либо четырьмя боковыми блоками. Первая ступень центрального блока и боковые блоки используют ЖРД F-1A, являющиеся модификациями ЖРД первой ступени РН Saturn V и работающие на керосине и жидком кислороде. На второй ступени центрального блока установлены кислородно-водородные ЖРД J-2S, модификации ЖРД, применявшиеся на второй ступени РН Saturn V. Суммарная тяга, развиваемая на старте, составляет от 7 340 до 7 540 тс.
РН Comet выводит на низкую орбиту ИСЗ лунный КК с разгонным блоком, суммарная масса которых равна 254,4 т.
8.1.4.2. Лунный пилотируемый КК «FLO»
Лунный КК состоит из четырех модулей:
- командный;
- служебный;
- взлетный;
- посадочный.
    |
Служебный модуль включает оборудование систем энергопитания и жизнеобеспечения, радионавигационное оборудование и ДУ ориентации и коррекции траектории. Масса служебного модуля 5,0 т.
Взлетный модуль обеспечивает старт и вывод на траекторию полета к Земле КК, состоящего из командного и служебного модулей. ДУ взлетного модуля включает три ЖРД, работающие на высококипящем самовоспламеняющемся топливе, что обеспечивает повышенную надежность. Масса заправленного модуля составляет 24,1 т, в том числе масса топлива - 18,1 т.
Посадочный модуль имеет четырехопорное раскрываемое шасси. В двигательной установке модуля используются кислородно-водородные ЖРД RL-10, которые применялись в посадочной ступени LM программы «Apollo». ДУ посадочного модуля включается первый раз для выхода КК «FLO» на окололунную орбиту, затем для посадки в выбранный район Луны. В отличие от полетов КК «Apollo», разделения на лунный и орбитальный КК на орбите спутника Луны не делается. КК «FLO» садится на поверхность Луны в полном составе. Начальная масса посадочного модуля 57,1 т, в т.ч. 44,1 т топлива.
Полная масса КК, отправляемого с околоземной орбиты к Луне, составляет 93,5 т, из которых на топливо приходится 62,4 т. Масса КК на поверхности Луны около 50 т.
8.1.4.3. Лунный грузовой КК
Грузовой КК состоит из посадочной ступени, такой же, как в составе пилотируемого КК «FLO», и полезного груза, доставляемого в район посадки лунной экспедиции.
В предложенном в проекте варианте первый грузовой КК доставляет на Луну жилой отсек, предназначенный для пребывания в нем экипажа экспедиции в течение 45 суток, а также солнечные батареи мощностью 20 кВт.
Второй грузовой КК должен был доставлять научное и другое оборудование, запасы для системы жизнеобеспечения и другие грузы. Полная масса доставляемого груза составляет до 35,9 т.
8.1.4.4. Создание лунной базы
В состав первой лунной экспедиции разработчиками проекта включались один пилотируемый КК и два беспилотных грузовых. Второй грузовой КК должен быть использован по необходимости: либо, как дублер первого грузового КК, либо для доставки дополнительного обрудования.
Полет первой экспедиции на Луну по проекту «First Lunar Outpost» должен был выглядеть следующим образом. Сначала на Луну отправляется беспилотный грузовой КК с жилым отсеком и солнечной энергоустановкой. После успешной посадки и развертывания энергоустановки в рабочее положение запускается пилотируемый КК с экипажем из четырех человек. После трехдневного перелета КК выполняет посадку недалеко от грузового КК. Экипаж выполняет извлечение и приведение ровера в рабочее положение, после чего приступает к выполнению программы экспедиции.
Запасы систем жизнеобеспечения скафандров рассчитаны на то, что каждый из членов экипажа сможет в течение недели выполнять по три 8-часовых выхода на поверхность Луны. Космонавты смогут, используя четырехместный ровер, совершать поездки по Луне в радиусе 25 км. Ровер в телеуправляемом режиме может также доставить груз массой 100 кг на расстояние 100 км от места посадки. Космонавты должны будут развернуть на поверхности Луны три тонны научного оборудования, доставленного на грузовом КК, для проведения геофизических наблюдений, слежения за солнечной активностью, изучения лунной геологии. В состав оборудования входят также небольшие телескопы. Экипаж должен будет провести эксперименты по извлечению кислорода из лунных пород, по изготовлению кирпичей из лунного грунта и другие.
Жилой отсек, доставленный первым грузовым КК, должен послужить местом проживания первого экипажа в течение 45 суток. Через шесть месяцев на Луну прибывает следующая экспедиция, которая, пополнив ресурсы жилого отсека доставленными вновь материалами, также проводит на Луне от 45 до 90 дней. Таким образом, форпост на Луне, созданный первой экспедицией, превращается в регулярно посещаемую лунную базу.
Стоимость проекта, включающая разработку и изготовление трех РН, одного пилотируемого КК и двух грузовых беспилотных КК, была оценена всего в 25 млрд. долларов, но решение об отказе от полетов к Луне на данном этапе Конгрессом США уже было принято.
8.1.5. Проект «LUNOX» (1993 г.)
Проект «LUNOX1» был разработан Центром Джонсона NASA в 1993 году с целью найти более дешевое решение для создания лунной базы - по сравнению с проектом «First Lunar Outpost» («FLO»). Ключевой технологией проекта «LUNOX» являлось получение жидкого кислорода, необходимого в качестве окислителя для возвращения экспедиции на Землю, непосредственно на Луне из грунта. Горючее - жидкий водород, -предлагалось использовать доставленное с Земли. В связи с этим было предложено до отправки пилотируемого КК на Луну развернуть в автоматическом режиме на поверхности Луны инфраструктуру по получению и транспортировке жидкого кислорода и выработать его необходимое количество. Проект предусматривал разработку и создание беспилотного грузового и пилотируемого КК «Phoenix», нескольких типов луноходов и специального оборудования для сбора лунного грунта и выработке из него жидкого кислорода.
В связи с тем, что в 1993 году США и Россия вели переговоры о совместном создании долговременной ОКС, в проекте «LUNOX» также было предусмотрено участие России, как с использованием РН «Энергия» (в грузовом варианте2), так и с участием российских космонавтов в полетах на лунную базу.
Первым на Луну отправляется грузовой КК «Phoenix», несущий установку LUNOX для получения кислорода из лунного грунта и источник энергии - ядерный реактор. Полная масса оборудования - 12,5 т. Установка способна вырабатывать до 24 т жидкого кислорода в год. Собственно КК «Phoenix» без груза имеет массу 21,3 т, в т.ч. 16,6 т топлива. КК «Phoenix» и разгонный блок общей массой 83,8 т доставляются на орбиту ИСЗ с помощью РН «Энергия».
После того, как доставленное первым запуском оборудование будет развернуто и начнет функционировать, выполняется запуск второго грузового КК «Phoenix». Этот КК доставляет к месту развертывания базы шесть луноходов: два бульдозера «Loader», два хранилища-перевозчика жидкого кислорода «Tanker» и два грузовых ровера «Hauler». Каждый бульдозер способен собрать и загрузить на переработку до 500 кг грунта в час. Луноходы «Tanker» накапливают в своих баках вырабатываемый жидкий кислород и доставляют его к месту назначения. Роверы «Hauler» предназначены для перемещения установки LUNOX на небольшие расстояния после выработки кислородосодержащей породы в предыдущем месте расположения. Все луноходы работают на аккумуляторах, заряжаемых от генератора ядерного реактора.
Третий и четвертый грузовые КК доставляют 2 т научного оборудования, две мобильных энергоустановки и два двухместных лунохода с жилыми отсеками, рассчитанными на 14-дневное проживание экипажа. Луноходы способны совершать путешествия до нескольких сотен километров.
1 LUNOX - LUNar OXigen, лунный кислород (англ.).
2 Грузовой вариант РН «Энергия» 11К25 назывался «Буран-Т» 14А10
В дальних поездках луноходы с экипажем сопровождаются мобильными энергоустановками, которые загружены доставленными с Земли водород-кислородными топливными элементами, обеспечивающими экипажи луноходов водой и электроэнергией.
Пятый грузовой КК «Phoenix» доставляет большой модуль обеспечения, который имеет два стыковочных узла для соединения с луноходами и шлюз для выхода на поверхность Луны, а также жилой отсек и оборудование для технического обслуживания скафандров.
Шестой беспилотный КК доставляет расходные материалы и запасные части для оборудования.
После успешного завершения шести грузовых беспилотных полетов и начала работы по добыче жидкого кислорода, на Луну отправляется первая пилотируемая экспедиция. КК «Phoenix» с экипажем из четырех человек выводится на орбиту ИСЗ тяжелой РН типа Shuttle-C1 вместе с разгонным блоком. ДУ разгонного блока включает три кислородно-водородных ЖРД RL-10-A4. Масса РБ составляет 50,0 т, в том числе 43,9 т топлива.
После перевода КК на траекторию полета к Луне РБ отбрасывается. КК состоящий из взлетно-посадочной ступени и возвращаемого командного модуля выходит на орбиту спутника Луны и совершает посадку в районе развернутой лунной базы. В баках взлетно-посадочной ступени сохраняется запас жидкого водорода, необходимый для взлета и выхода на траекторию полета к Земле, в то время как запас жидкого кислорода рассчитан только на выполнения посадки, что позволило значительно уменьшить полную массу КК, отправляемого с орбиты ИСЗ. Жидкий кислород, необходимый для возвращения на Землю, количеством 10,2 т должен быть заправлен в бак КК уже на Луне.
При посадке командный модуль находится сбоку, что улучшает обзор экипажу и помогает в выборе места посадки. Основная ДУ модуля включает четыре ЖРД с максимальной тягой по 3,2 тс.
Первая экспедиция находится на Луне 14 суток. Для обеспечения следующих экспедиций, длительностью до 45 суток, должны быть использованы дополнительные грузовые КК.
В таблице ниже приводится весовая сводка по грузам, доставляемым на Луну.
Несмотря на то, что по расчетам Центра Джонсона, стоимость реализации проект «LUNOX», включая первую экспедицию на Луну, составила бы 22,5 млрд. долларов (на 10% меньше, чем «First Lunar Outpost»), проект не был принят, так как, начиная с 1993 года, начались работы по строительству Международной Космической Станции, и лунные программы были отодвинуты на несколько лет.
8.1.6. Проект «ELA» (1993 г.)
Проект «ELA» (Early Lunar Access - ранний доступ к Луне) разрабатывался фирмой General Dynamics в 1992-1993 годах, как предварительный этап программы «First Lunar Outpost». Ключевым моментом проекта было использование технологий, материалов, электронных устройств и ЖРД, разработанных и созданных за период, прошедший с 60-х годов. Проект предполагал совместное участие NASA и ESA.
Целью проекта являлось осуществление полета на Луну до 2000 года, с временем пребывания космонавтов на Луне до трех недель. В задачи полета входило:- проведение геологических и физических наблюдений;
- основание пункта астрономических наблюдений;
- выполнение эксперимента по получению кислорода из лунного грунта;
- выбор площадок, пригодных для расположения лунной базы по программе «First Lunar Outpost»;
- развертывание устройств навигации и связи для использования последующими экспедициями;
- проверка эффективности использования телеуправляемых манипуляторов;
- испытание материалов и оборудования, длительное время находящихся на лунной поверхности.
В проекте предложено применить двухпусковую схему. Для запуска должны использоваться МТКК Space Shuttle и РН тяжелого класса Titan IV или Arian V. Первым запуском на орбиту ИСЗ доставляется КК «LEV1», вторым - разгонный блок Centaur G'. После стыковки на орбите комплекс переходит на траекторию полета к Луне и РБ Centaur-G' отбрасывается. КК «LEV» выполняет прямую посадку на Луну, без выхода на окололунную орбиту, при этом в баках КК остается достаточный запас топлива для взлета и выхода на траекторию возвращения на Землю.
1 Lunar Exploration Vehicle - аппарат для исследования Луны, название условное.
КК «LEV» состоит из взлетно-посадочного модуля и командного модуля, в котором располагается экипаж КК - два человека.
Командный модуль аналогичен командному модулю КК «Apollo», но легче в связи с уменьшением числа членов экипажа, использованию новых легких материалов и меньшего веса радиоэлектронной аппаратуры. Масса модуля с экипажем состоавляет 3,7 т.
Взлетно-посадочный модуль не разделен на посадочную и взлетную ступени, как у КК LM в программе «Apollo», а совершает взлет в том же составе, как и посадку. Основная двигательная установка КК «LEV» включает четыре кислородно-водородных ЖРД, являющихся модификацией ЖРД RS-44. В случае отказа одного из ЖРД автоматически отключается диаметрально расположенный ЖРД. Начальная масса взлетно-посадочного модуля - 20,1 т, в том числе 17,4 т топлива, из них 4,8 т - для обратного полета.
В целом программа запусков по проекту «ELA» выглядела следующим образом.
В первом полете (без экипажа) на Луну доставляется научное оборудование, а также негерметичный луноход.
Вторым полетом на Луну доставляется жилой модуль, представляющий собой модификацию модуля MPLM, разработанного компанией Alenia (Италия). Модуль оснащен системой жизнеобеспечения с ресурсами для проживания двух человек в течение трех недель, а также источниками энергопитания (топливные элементы).
В третьем полете на Луну прибывает экипаж первой экспедиции.
Четвертый полет предназначен для доставки дополнительного научного оборудования, а также запчастей и расходуемых материалов.
Масса полезного груза в каждом запуске составляет 8,5 т.
По оценке авторов проекта, суммарная величина затрат, потребных для осуществления экспедиции в изложенном объеме, на Луну, составляет всего 10 млрд. долларов США. Каждый следующий пилотируемый полет будет стоить всего 2 млрд. долларов США.
В случае одобрения проекта в 1993 году, посадка первого беспилотного КК могла бы состояться в середине 1999 года, второй полет был бы осуществлен через шесть месяцев после первого. Еще через шесть месяцев, т.е. в середине 2000 года, могла бы состояться высадка на Луну первого экипажа. Авторы проекта подчеркивали, что осуществление в указанные сроки проекта «ELA» открыло бы путь к созданию начиная с 2002 года лунной базы по программе «First Lunar Outpost».
Проект «ELA» не получил продвижения по той же причине, что и «First Lunar Outpost» и «LUNOX», а именно - практически весь бюджет NASA поглощали программы ISS (МКС) и Space Shuttle.
8.1.7. Программа «HLR»
Программа «HLR» (Human Lunar Return - возвращение человека на Луну), озвученная в 1995 году Администратором NASA Дэном Голдином, представляла собой план последовательной отработки ряда ключевых технологий, которая должна была завершиться созданием посещаемой базы на Луне. Такими технологиями являлись:
- перезаправка криогенными компонентами РБ типа Transtage на околоземной орбите;
- длительное хранение жидких кислорода и водорода в баках космического аппарата;
- автоматическая посадка беспилотных КК на Луну в заданную точку;
- аэродинамическое торможение в атмосфере Земли космического аппарата, возвращающегося от Луны, с выходом на орбиту ИСЗ;
- создание скафандров, обеспечивающих длительное нахождение космонавтов на поверхности Луны.
В программе было разработано три варианта.
Вариант А. Этот вариант был очень похож на проект «Early Lunar Access» фирмы General Dynamics, с той разницей, что в качестве разгонного блока должна была использоваться модифицированная ступень Transtage. После выведения взлетно-посадочного КК на траекторию полета к Луне РБ выполняет облет Луны, возвращается к Земле и после аэродинамического торможения в верхних слоях атмосферы выходит на орбиту ИСЗ, где ожидает перезаправки и следующего использования. КК осуществляет прямую посадку на Луну, а после выполнения экипажем программы работ на Луне, стартует и выходит на траекторию возвращения на Землю. Повторного использования КК не предусматривается.
Вариант B. В этом варианте РБ Transtage выводит лунный КК на окололунную орбиту и возвращается к Земле, как в варианте A. КК, аналогично лунному КК «Apollo», состоит из двух модулей: LLV (Lunar Landing Vehicle - лунный посадочный аппарат) и ERV (Earth Return Vehicle - аппарат возвращения на Землю). КК ERV остается на орбите спутника Луны, а экипаж в составе двух человек переходит в КК LLV и высаживается на поверхность Луны. После двухнедельного пребывания на Луне космонавты возвращаются в КК LLV на орбиту Луны и переходят в КК ERV. Взлетный модуль КК LLV отбрасывается, а КК ERV отправляется к Земле, где после аэродинамического торможения выходит на орбиту ИСЗ и стыкуется с орбитальной станцией (МКС). Космонавты возвращаются на Землю на транспортном КК, а КК ERV остается пристыкованным к МКС для обслуживания и повторного использования. После доставки в МКК Space Shuttle нового КК LLV и стыковки с перезаправленным РБ Transtage, лунный комплекс готов к новой экспедиции.
Вариант C. Этот вариант был предложен в ноябре 1996 года, после критического заявления Голдина о недостаточно сниженной стоимости лунного проекта. Для снижения расходов NASA проект предусматривал участие России и использование нескольких РН «Протон».По этому варианту проекта комплекс для полета на Луну собирался на орбите ИСЗ из нескольких блоков:
- взлетно-посадочный КК LLV (Lunar Landing Vehicle);
- разгонный блок LOS (Lunar Orbit Stage) с командным модулем;
- двухступенчатый разгонный блок «Бриз».
РБ LOS представляет собой ступень Transtage, снабженную аэродинамическим экраном диаметром 9,1 м, развертываемым из семи сегментов. LOS выводится на орбиту в грузовом отсеке МКК Space Shuttle и после развертывания экрана пристыковывается к МКС. В состав блока LOS входит также командный модуль, в котором экипаж находится во время перелета от Земли к Луне и от Луны к Земле.
Лунный комплекс окончательно собирается после запуска двумя РН «Протон» модифицированных РБ «Бриз» массой по 20 т, которые образуют двухступенчатый разгонный блок. После того, как комплекс собран, МКК Space Shuttle доставляет на МКС экипаж лунной экспедиции (два человека) и КК LLV.
По предложенному в проекте графику, старт комплекса «HLR» должен был состояться 24.08.2001 года. После отделения от МКС РБ «Бриз» выводит комплекс на траекторию полета к Луне. 31.08.2001 г. комплекс «HLR» включением ДУ блока LOS выходит на окололунную орбиту. Экипаж в скафандрах выходит в открытое пространство и занимает места на сиденьях КК LLV (рис. 1.315). Кабина в конструкции КК LLV отсутствует, и космонавты сидят «под открытым небом»1. Посадка выполняется в кратере Аристарх, в точке с координатами 26,4 с.ш., 44,1 з.д. Космонавты проводят на Луне трое суток, отдыхая в надувном жилом модуле, который должен быть доставлен туда 01.08.2001 г. отдельным пуском РН «Протон». Для посадки жилого модуля на Луну используется посадочный модуль, аналогичный входящему в состав КК LLV. Диаметр жилого модуля 2,5 м, длина 3 м, масса 1,5 т. Кроме жилого модуля тем же запуском на Луну доставляется 300 кг научного оборудования и круглая солнечная батарея диаметром 4,1 м.
1 Аналогичный «открытый» КК для посадки на Луну предлагался сотрудником NASA Чемберлином в 1961 г.
После взлета с Луны космонавты сближаются с блоком LOS, переходят в командный модуль и выдают команду на отделение КК LLV. Включением ДУ блока LOS комплекс выходит на траекторию полета к Земле. После аэродинамического томожения в верхних слоях атмосферы комплекс оказывается на орбите ИСЗ и 09.09.2001 года стыкуется с МКС.
В 2002-2004 годах должно быть выполнено еще три лунных экпедиции с временем пребывания на Луне трое суток.
В 2004 году предлагалось доставить на Луну ровер и опытную установку по получению кислорода из лунного грунта. Производительность установки оценивалась в 2,2 т жидкого кислорода в год.
В 2005 году планировалось выполнить две 14-суточных экспедиции на Луну, при этом собрав из нескольких жилых модулей посещаемую базу длительного действия. К этому времени предполагалось создать повторно используемые КК LLV, а также блоки LOS с двумя командными модулями.
В 2006 году на Луне должна была быть развернута большая установка по получению жидкого кислорода с производительностью до 20 т в год.
На 2007-2008 годы планировалось развернуть на созданной лунной базе большой жилой модуль на 4-6 человек, а также доставить луноход с герметичной кабиной для дальних экспедиций.
Программа «HLR» не получила должного внимания, так как в это время шло строительство МКС, поглощающее практически весь бюджет NASA. Кроме того, в 1996 году ученый из Центра Джонсона Дэвид МакКей сообщил, что в метеорите, попавшем в Антарктиду с Марса, были обнаружены следы жизни, в связи с чем основное внимание было переключено (помимо МКС) на марсианскую программу, а Луна стала считаться неинтересным объектом.
На этом первая попытка возвращения США на Луну, длившаяся с 1987 по 1995 год, была завершена.
