Що відомо про першу міжнародну космічну місячну станцію Gateway

Програма Artemis ознаменувала новий етап в освоєнні космосу.

Запуск станції Gateway, названої на честь сестри Аполлона — богині Місяця Артеміди, символізує еволюцію космічних амбіцій людства. На відміну від місій Apollo, що фокусувалися на короткочасних пілотованих польотах, Artemis має забезпечити довгострокову присутність людини на Місяці. Gateway стане першим постійним населеним об’єктом на місячній орбіті, який буде і науковою лабораторією, і проміжною базою для майбутніх експедицій на Марс. Станція дасть змогу краще вивчити Місяць, підготуватися до нових польотів і продовжити розробку нових технологій для тривалих космічних місій.

Найголовніше про Gateway

Один із найамбітніших міжнародних проєктів створений зусиллями міжнародної коаліції під керівництвом NASA. Планується, що він забезпечить довгострокове дослідження Місяця людиною, підтримку кампанії Artemis і можливість здійснення нових наукових відкриттів. Спочатку проєкт був відомий як Deep Space Gateway (DSG), але 2018-го NASA у своїй пропозиції щодо федерального бюджету США на 2019 рік уперше вжило нову назву: Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G). Ми ж будемо використовувати в нашому матеріалі скорочений варіант — Gateway. 

Технічні параметри місячної станції

Зараз найбільшим рукотворним об’єктом є МКС з масою 450 тонн, довжиною 109 м і шириною 73 м. Параметри Gateway набагато скромніші: її габарити вп’ятеро, а маса — вшестеро менша, ніж у МКС. Після складання станція важитиме близько 63 тонн і матиме 43 м заввишки, 19 м завширшки і 20 м завдовжки. Внутрішній населений об’єм становитиме близько 125 м³, тоді як на МКС він сягає 900 м³ і дає змогу розміщувати до 13 осіб включно. На Gateway зможуть одночасно перебувати до чотирьох астронавтів. Вони будуть зайняті науковими дослідженнями, технічним обслуговуванням станції та підготовкою до польотів на поверхню Місяця.

Очікується, що Gateway розвиватиме швидкість до 3,2 км/с, переміщаючись орбітою Місяця, тоді як максимальна орбітальна швидкість МКС — 7,67 км/с. Також відомо, що експлуатаційний термін служби місячної станції становитиме 15 років із можливістю продовження його на значний період. Існує ймовірність, що в цьому плані Gateway виявиться витривалішою за МКС: за прогнозного терміну експлуатації та припинить роботу 2030 року в 32-річному віці.

Gateway розташується на полярній, майже прямолінійній гало-орбіті (NRHO), то наближаючись до Місяця на відстань близько 1000 миль (1500 км), то віддаляючись на 43 500 миль (70 000 км). Саме полярна орбіта Gateway забезпечить космічним кораблям доступ практично до всієї місячної поверхні, зокрема до регіону південного полюса — основної мети Artemis. У постійно затінених кратерах, серед величезних мас водяного льоду астронавти зможуть проводити наукові дослідження і, ймовірно, наблизитися до розкриття секретів геологічної історії Місяця. Відомо, що станція Gateway здійснюватиме один повний оберт навколо Місяця приблизно кожні 6,5 дня.

Коротка історія Gateway: від ідеї повернутися на Місяць до перших випробувань

Перший крок до реалізації проєкту Gateway здійснено в грудні 2017 року, коли президент Дональд Трамп оголосив про повернення США на Місяць. «Цього разу ми не тільки встановимо наш прапор і залишимо наші сліди, — сказав він. — Ми закладемо основу для можливої місії на Марс, а коли-небудь, можливо, і до багатьох інших світів». Свої слова Трамп підкріпив підписанням політичної директиви, яку в Білому домі назвали «Директивою про космічну політику 1». Цей документ, ухвалений у 45-ту річницю висадки Apollo 17 на Місяць, закликає до співпраці з комерційними організаціями з різних країн у реалізації нових місячних місій.

Програму Gateway було створено на початку 2019 року. У лютому того ж року про своє бажання приєднатися до неї заявила Канада — вона зобов’язалася створити необхідну робототехніку. Наприкінці року до проєкту долучилися Японія та Європейське космічне агентство. Перша надасть житлові компоненти для місячного модуля і забезпечить матеріально-технічне постачання, а ЕSA взяло на себе організацію проживання астронавтів і дозаправку космічних кораблів. Офіційно угоди з Японією і Канадою було підписано 2020 року. Тоді ж до них приєдналася одна з країн Перської затоки — Об’єднані Арабські Емірати (ОАЕ).

У вересні 2019 року проєкт Gateway отримав власний логотип. Як зазначають творці, візуально він тісно пов’язаний із майбутніми місіями Artemis. «Логотип символізує зусилля NASA з досягнення Місяця і Марса», — написала Діпті Кауліджі, фахівчиня із комунікацій, для Roundup Reads Космічного центру Джонсона, де й розробили цей графічний знак. Уважається, що його авторів надихнув один з американських символів — арка Gateway Arch, яку неофіційно називають «Воротами в Сент-Луїс». Ця споруда заввишки 192 м, розташована в штаті Міссурі, є найвищою аркою у світі.

Комерційним постачальником послуг із доставки вантажів та експериментальних матеріалів на Gateway у NASA обрали компанію SpaceX. Ще одним підрядником стала Maxar Technologies: розроблені нею компоненти забезпечать живлення, маневрування, управління орієнтацією і роботу систем зв’язку на Gateway завдяки найсучаснішим електричним двигунам, що працюють на сонячній енергії. У перспективі вони мають зробити цю місячну станцію найпотужнішим космічним апаратом із коли-небудь запущених.

Частково Gateway буде зібрана на Землі — тут інженери з’єднають її модулі Power and Propulsion Element (PPE) та Habitation and Logistics Outpost (HALO). Після складання конструкція впродовж року рухатиметься до місячної орбіти, а розміщені в ній наукові прилади зможуть передавати перші дані на Землю. Коли станція опиниться у місці призначення, розпочнеться підготовка до прибуття другого житлового модуля з екіпажем місії Artemis IV. Однак раніше NASA та його партнери за допомогою ракети SLS відправлять на станцію два додаткові космічні кораблі: Starship Human Landing System від SpaceX, на борту котрого будуть скафандри нового покоління, і логістичний модуль SpaceX Dragon XL з обладнанням та матеріалами для наукових експериментів. 

Внески учасників проєкту

Основним ініціатором розвитку проєкту Gateway і джерелом фінансування залишаються США, однак до їхніх завдань належить і залучення міжнародних партнерів для дослідження далекого космосу і Марса. Як ми вже згадували вище, на початкових етапах до проєкту вже долучилися Канада, Японія, ОАЕ та ЕSA.

Канада в особі Канадського космічного агентства (CSA) розробляє роботизований маніпулятор Canadarm3 і програмні інтерфейси для роботи з ним. Без участі людини маніпулятор зможе виконувати операції, пов’язані з ремонтом і обслуговуванням станції, переміщати модулі LOP-Gateway, допомагати астронавтам виходити у відкритий космос і проводити наукові дослідження. В обмін на Canadarm3 Канада отримає можливості для пов’язаних із Місяцем наукових досліджень і комерційних проєктів, а також відправить на Gateway своїх астронавтів. Планується, що один із них, астронавт CSA Джеремі Гансен, полетить у складі першої за пів століття пілотованої місії Artemis II. У перспективі це зробить Канаду другою країною з тих, чиї астронавти облетять Місяць.

Внесок ESA передбачає розробку і будівництво двох великих модулів. Перший, що дістав назву Lunar I-Hab, буде використовуватися для проживання і дослідницької роботи астронавтів. Другий, Lunar View, забезпечить дозаправлення паливом, логістику вантажів і стане єдиним модулем із величезними ілюмінаторами, крізь які можна буде спостерігати за Місяцем, Землею і далеким космосом. Також ESA відповідає за зв’язок між Gateway і місяцеходами, посадковими модулями та іншими супутниками. Цей зв’язок забезпечуватиме самостійний телекомунікаційний елемент Lunar Link, оснащений двома незалежними антенами. Наразі створенням Lunar Link займається французька компанія Thales Alenia Space — вона обіцяє, що її система забезпечить потокове передавання даних у високій роздільній здатності з Місяця на Землю. Для астронавтів ЕSA вже зарезервовано три місця у двох майбутніх місіях — імовірно, це будуть Artemis IV і Artemis V, котрі на Gateway доставлять модулі I-Hab та ESPRIT.

Критично важливими компонентами модуль Lunar I-Hab забезпечить Японське агентство аерокосмічних досліджень (JAXA). Це буде система контролю довкілля та життєзабезпечення ECLSS, система терморегуляції, а також батареї живлення для HALO, Lunar I-Hab і Lunar View. Крім цього, Японія будує космічний корабель HTV-XG для запуску та доставки логістичної місії із постачання Gateway. За це NASA надасть можливість одному астронавту JAXA взяти участь у місії Artemis — вивезе його за межі низької навколоземної орбіти на борту ракети Space Launch System (SLS) і корабля Orion.

На початку січня 2024 року стало відомо, що Космічний центр ім. Мухаммеда бін Рашида в ОАЕ взяв на себе роботи з побудови шлюзового модуля, яким астронавти та науковці скористаються для досліджень. Шлюз дозволить членам екіпажу виходити з герметичної зони у відкритий космос та успішно повертатися на борт.

Хоча до введення місячного форпосту Gateway ще щонайменше кілька років, подивіться, як може відбуватися стикування з ним корабля Orion:

Скільки коштує Gateway

Вперше кошти на місячну станцію Gateway були виділені в бюджеті на 2019 рік — тоді NASA отримало на неї $450 млн від загальної суми в $21,5 млрд, направлених загалом на роботу агентства. На той час проєкт ще називали Lunar Orbital Platform, і оцінити кінцеву вартість його реалізації було неможливо. У бюджеті NASA на 2025 рік на подальше будівництво майбутньої місячної станції передбачено $817,7 млн.

Хоча США вкладають у проєкт більше за міжнародних партнерів, ті також витрачають значні суми, щоб у майбутньому відправити своїх астронавтів дослідити Місяць. Наприклад, на розробку та виробництво модуля для дозаправки та комунікації ESPRIT ESA уклало контракт на €296,5 млн з компанією Thales Alenia Space. А CSA видало $76,5 млн лише на підтримку канадської науки у межах проєкту Gateway протягом восьми років.

Якщо говорити про базову оцінку вартості Gateway, вона вже наближається до $5,3 млрд — саме стільки озвучили в Рахунковій палаті уряду США (GAO). Ймовірно, ця сума не є остаточною, оскільки запуск першої місії було відкладено до 2027 року, хоча спочатку політ планувався наприкінці або відразу після 2024 року. І це далеко не єдина проблема, пов’язана із реалізацією проєкту місячного форпосту.

Проблеми та складності проєкту

Зараз NASA намагається якщо не прискорити будівництво й тестування модулів Gateway, то хоча б не допустити подальших затримок. Для цього регулярно переглядаються бюджети та терміни реалізації окремих невеликих проєктів, щоби визначити, наскільки реально запустити станцію в роботу 2027 року. Її слід вивести на орбіту за рік до пілотованої місії Artemis IV, під час якої астронавтам належить жити і працювати на першій космічній місячній станції людства. А перенесення термінів є поганим знаком для NASA, адже на даний момент це її найамбітніший проєкт.

Одна з найбільших проблем, з якою зіткнулася американська космічна агенція та її міжнародні партнери, пов’язана з невеликою масою станції. Якщо не буде знайдено спосіб її збільшити, після запуску станція просто не досягне правильної місячної орбіти. А ще не зможе приймати великі космічні кораблі — той самий Starship від SpaceX, наприклад, важить у 18 разів більше, ніж Gateway у зібраному вигляді. Якщо цей або інші подібні до нього масивні кораблі все-таки стикуються зі станцією, вона, ймовірно, не втримається на правильній орбіті. А це порушить зв’язок і унеможливить подальше стикування станції з іншими, не такими великими космічними кораблями. Все це ставить під загрозу підтримку майбутніх місій на Марс, які входять до першочергових цілей реалізації проєкту Gateway.

Викликає стурбованість проблема з мережевим чіпом, про яку повідомили у GAO. Несправність цього компонента може призвести до втрати контролю над космічною місячною станцією через непередбачуваний перезапуск бортових комп’ютерів. Фахівці, які знайшли цю проблему, попереджають, що у майбутньому може бути виявлено більше дефектів у комунікаційній мережі, ніж вони передбачали раніше.

Крім організаційних, є ризики, пов’язані з безпекою астронавтів. Розташування станції за межами низької навколоземної орбіти та магнітосфери Землі зробить екіпажі більш сприйнятливими до сонячного та космічного випромінювання, якщо порівнювати із його впливом на астронавтів МКС. Судячи з результатів дослідження, опублікованих у виданні International Journal of Molecular Sciences, “астронавти зазнають високих кумулятивних доз космічної радіації на додаток до інших стресових факторів”. Ученим ще належить з’ясувати, наскільки сильно ті впливатимуть на здоров’я людей, які перебуватимуть на станції — наприклад, чи зростуть ризики виникнення раку, чи зміняться рухові функції організму і як відбуватиметься регенерація тканин. Хоча раніше астронавти вже зазнавали впливу космічної радіації у межах місій Apollo, воно тривало менше 11 днів, тоді як на Gateway екіпажі залишатимуться до 90 діб поспіль.

У другій частині статті ми розповімо про те, яких цілей допоможе досягти космічна місячна станція Gateway, які наукові дослідження там проводитимуться і на якому етапі реалізації зараз цей проєкт.