У НАСА большие планы на Луну. В рамках программы «Артемида» НАСА планирует создать программу «устойчивого исследования и освоения Луны». Это будет включать в себя создание Лунных ворот, орбитальной среды обитания, которая будет способствовать миссиям на поверхность и с нее, и базового лагеря Артемида, который позволит проводить длительные пребывания. В рамках своей программы «Коммерческие услуги по доставке лунной полезной нагрузки» (CLPS) НАСА заключило контракты с коммерческими партнерами, такими как SpaceX и Blue Origin, на доставку научных экспериментов и экипажей на поверхность Луны.
Однако ожидается, что эти усилия приведут к созданию постоянного форпоста и человеческого присутствия на Луне. Это потребует гораздо большего в плане обслуживания экипажа и полезной нагрузки, чтобы обеспечить экипажи в долгосрочной перспективе. В недавнем документе «Lunar Surface Cargo» исследователи NASA выявили значительный разрыв между текущими возможностями доставки грузов и будущим спросом. В документе указывается, что этот растущий спрос на грузы может быть удовлетворен только путем создания «смешанного флота грузовых посадочных модулей».
Ключевые результаты
Как указывают авторы в статье, в документе NASA's Moon to Mars Architecture Definition Document (ADD) (Revision A) говорится о необходимости широкого спектра систем посадки. В разделе 3 (подраздел 1.4.8.4) ADD рассматривает программу CLPS и потребность в грузовых посадочных модулях как части более обширной темы транспортных систем:
«Исследование лунной поверхности потребует доставки активов, оборудования и припасов на лунную поверхность. Хотя некоторые припасы и оборудование могут быть доставлены с экипажем на HLS, грузовые посадочные модули обеспечивают дополнительную гибкость и возможности для надежного исследования. В сегменте HLR исследовательской кампании дополнительная доставка грузов может быть обеспечена с помощью посадочных модулей CLPS Provider Landers от NASA».
На сегодняшний день NASA выбрало четырнадцать компаний для доставки полезных грузов в рамках исследовательского сегмента Human Lunar Return (HLR). В их число входят SpaceX, Blue Origin, Ceres Robotics, Sierra Nevada Corporation и Tyvak Nano-Satellite Systems, выбранные в ноябре 2019 года для доставки экипажа и груза. Также были выбраны девять дополнительных компаний, которые были заключены контракты на проведение научных экспериментов в 2018 и 2022 годах, такие как Firefly Aerospace, Intuitive Machines, Lockheed Martin Space, Moon Express и Astrobotic — первый коммерческий поставщик, запустивший миссию на Луну (Peregrine-1), которая, к сожалению, не приземлилась на лунную поверхность.
Однако, поскольку программа Artemis переходит от HLR к другим сегментам, потребность в поставках грузов резко возрастет. Как указано в ADD, это будет включать сегмент Foundational Exploration (FE), который совпадет с Артемида IV и Артемида V (в настоящее время запланировано на 2026 и 2028 годы соответственно) и будет заключаться в расширении НАСА своих «лунных возможностей, систем и операций, поддерживающих сложные орбитальные и наземные миссии». Артемида VI произойдет в 2031 году, НАСА планирует ежегодно отправлять на Луну пилотируемую миссию.
На этом этапе начнется сегмент Устойчивой лунной эволюции (SLE), состоящий из «обеспечения возможностей, систем и операций для поддержки регионального и глобального использования (науки и т. д.), экономических возможностей и устойчивого ритма присутствия человека на Луне и вокруг нее».
Растущий спрос
Чтобы оценить растущую потребность в лунных посадочных модулях и транспортных системах, NASA проанализировало репрезентативную выборку запланированных грузов для программы Artemis и потенциальных потребностей. И снова эти потребности разбиты по сегментам, причем каждый элемент выборки представлен потенциальным диапазоном массы (см. таблицу ниже). Они также включают одноразовые полезные грузы для проживания, системы мобильности, электроснабжения и связи, морозильники, различные научные и технологические полезные грузы и повторяющиеся логистические миссии по доставке, которые будут включать еду, воду, воздух, запасные части и другие предметы первой необходимости.
Авторы отмечают, что первоначальные пилотируемые миссии с использованием корабля Starship HLS (Артемида III и IV) будет кратковременным, поэтому посадочные модули смогут нести необходимые припасы. Однако будущим миссиям понадобятся дополнительные элементы поверхности для размещения более длительных миссий, диапазона исследований и размера экипажа. Например, поскольку сегмент Human Landing Return переходит к Foundational Exploration, запланированные и потенциальные полезные нагрузки в образце отражают эти растущие потребности.
Примерами служат поставка Lunar Mobility Vehicle (LMV), Vertical Solar Array Technologies, мобильного Lunar Surface Relay, IP Mobility System, Endurance Rover, Sample Return Freezer и реактора Fission Surface Power (FSP) (расширение проекта Kilopower NASA). Эти полезные нагрузки позволят осуществлять внекорабельную деятельность (EVA), обеспечивать электроэнергией и связью будущую среду обитания и проводить миссии по возврату образцов из бассейна Южный полюс-Эйткен.
Помимо этого, NASA ожидает поставки элементов, составляющих базовый лагерь Артемиды. Это включает в себя герметичный марсоход – он же жилая платформа для передвижения (HMP) – и начальное поверхностное жилье – Lunar Foundation Surface Habitat (LFSH) – что приведет к созданию обычных поверхностных сред обитания. Они также рассматривают логистические потребности для экипажей из двух человек, работающих с HMP, и экипажей из четырех человек, работающих в пределах LFSH. В течение сегмента Sustained Lunar Evolution есть поставки, связанные с созданием опытного завода ISRU и текущими логистическими потребностями.
В целом, НАСА прогнозирует, что будущий спрос на грузы будет варьироваться от 2500–10000 кг (~5510–22045 фунтов) в год для ежегодной повторяющейся логистики. Они также прогнозируют, что случайные крупные поставки грузов (марсоходы или жилые модули) до 15 000 кг (33 070 фунтов) может произойти во время сегмента кампании «Основные исследования». Белая книга «Драйверы и потребности лунной мобильности», часть серии «Архитектура Луны на Марс 2024», содержит подробную разбивку логистических требований.
Возможности
Что касается текущих возможностей полезной нагрузки, авторы признают сотрудничество NASA с частной промышленностью и международными партнерами. Это включает в себя программы CLPS, HLS и Human-class Delivery Landers (HDL), отвечающие за разработку экипажных и грузовых посадочных аппаратов. Между тем, международные партнеры, такие как Европейское космическое агентство (ESA) и Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA), сотрудничают в области потенциальных услуг по доставке грузов. Как они демонстрируют, небольшие полезные нагрузки весом 500 кг (1100 фунтов), которые будут поддерживать логистику в сегменте SLE, находятся в пределах возможностей программы CLPS.
Более тяжелые полезные нагрузки, включающие элементы базового лагеря Артемиды, варьируются от 12 000 до 15 000 кг (от 26 455 до 33 070 фунтов), что находится в пределах возможностей программы HDL. Это оставляет разрыв между 500 кг и 12 000 кг, что составляет подавляющее большинство необходимых полезных нагрузок в сегменте FE. Эти полезные нагрузки являются основополагающими для долгосрочных планов NASA по программе «устойчивого исследования и освоения Луны». В результате спрос на эти элементы и связанные с ними вспомогательные услуги высок.
Дополнительные соображения
В дополнение к посадочным модулям, обеспечивающим доставку грузов, они должны обеспечить доступ к различным местам в бассейне Южный полюс-Эйткен, которые соответствуют целям миссии. Конкретные места, которые названы, включают кратер Хоторн, пик около кратера Шеклтон, край кратера Фаустини, кратер Де Жерлаш, Малаперт Мастифф и соединительные хребты, охватывающие область размером около 500 км2 (310 миль)2). Эти площадки являются ключевыми местами для солнечных батарей, сбора льда и транспортных сетей.
NASA также выявило пробелы для лунных грузов и возврата образцов, где вместимость существующих транспортных средств значительно превышает возможности возврата. С этой целью в белой книге рекомендуется ряд поставщиков грузов, которые обеспечат разнообразие и гибкость. Этот подход учитывает «некоторые ключевые уроки, извлеченные из Международной космической станции, включая необходимость разнородной избыточности, чтобы избежать ситуации, в которой любая система становится единой точкой отказа».
В заключение NASA выявило «существенный архитектурный разрыв в возможностях посадочных модулей», который будет расти по мере продолжения сегмента фундаментальных исследований и перехода к фазе устойчивой лунной эволюции. Но, как они отмечают, это открывает большие возможности для NASA и партнеров по отрасли по созданию смешанного флота грузовых посадочных модулей, который «удовлетворяет требованиям по доставке грузов, позволяет выполнять более длительные миссии, отправляет больше членов экипажа на поверхность и обеспечивает более масштабную зону исследования». Это, добавляют они, необходимо для достижения целей архитектуры миссии NASA «Луна-Марс».
Дополнительные сведения об услугах по перевозке и транспортировке грузов содержатся в другой белой книге «Драйверы и потребности лунной мобильности», выпущенной одновременно с вышеупомянутой. Эти и другие соображения будут более подробно рассмотрены в Обзоре концепции архитектуры 2024 года (2024 ARC), который должен быть выпущен позднее в этом году. Этот обзор будет включать белые книги о стратегии NASA по лунной поверхности и потребностях в возврате грузов.
Дальнейшее чтение: НАСА
