Изображение предоставлено NASA
14 января в штаб-квартире НАСА президент Джордж Буш выступил с речью, в которой рассказал о новой стратегической ориентации американского космического агентства. Хотя некоторые из первоначальных идей по реализации новой космической политики могут и должны быть существенно улучшены, политика в целом явно представляет собой значительный и давно назревший шаг в правильном направлении для американской космической программы. Поэтому Руководящий комитет Общества Марса приветствует новую политику, изложенную в президентской директиве под названием «Обновленный дух открытий». и настоятельно призывает Конгресс предоставить средства, запрошенные для первоначальных шагов, запрошенных для программы, в следующем финансовом году.
Наш анализ важных сильных сторон и необходимых областей для улучшения новой политики представлен ниже.
Анализ
Как уже говорилось, новая космическая политика Буша предлагает как возможности, так и подводные камни для тех, кто заинтересован в дальнейшем освоении человеком и расширении космоса в целом, и Марса в частности. Хотя это и не означает начало реальной программы Луна / Марс, поскольку почти все серьезные расходы на аппаратные системы, кроме капсулы экипажа, переносятся на администрации, вступающие в должность в 2009 году или в последующий период, на самом деле это действительно дает основания для инициирования таких программ. программа, если администрация 2009 года будет настолько склонна. Он также обеспечивает определенное количество бесплатной энергии, которая, при правильном обращении в период 2004-2008 гг., Может быть использована для обеспечения появления мощной инициативы по исследованию человека в сроки, установленные администрацией 2009 года.
В своем выступлении Буш пересмотрел цель американской космической программы как «установление человеческого присутствия во всей Солнечной системе». Некоторым это утверждение может показаться просто риторическим успехом, но на самом деле оно имеет важное конкретное программное значение, поскольку оно узаконивает расходы НАСА на поддержку технологий разработки человеком исследования Луны и Марса. Такие расходы были запрещены в соответствии с предыдущим порядком вещей, и в течение последних десяти лет технологи, ищущие финансирование для важных технологий исследования человека на Луне / Марсе, должны были оправдывать их, аргументируя свою ценность для других установленных программ, таких как программа роботизированных исследований под руководством JPL. или МКС. Это сделало невозможным получение адекватного финансирования для многих технологий, таких как планетарное использование ресурсов in-situ (ISRU), и привело к таким катастрофам, как многообещающая программа Transhab по надувному жилью, возглавляемая АО, которая была сорвана, когда было обнаружено, что планетарное работа по разведочным технологиям проводилась под прикрытием МКС, что привело к отмене сотрудниками конгресса. Именно по этой причине Общество Марса с момента основания в 1998 году проводило кампанию за создание линейки НАСА для поддержки развития технологий исследования человека, чтобы такая деятельность могла осуществляться открыто. Инициатива Буша полностью решает эту задачу при разумном начальном финансировании программы. По этой причине, если нет, шаг Буша должен рассматриваться как чрезвычайно позитивное событие.
Новая политика также создаст программную организацию в штаб-квартире НАСА под названием «Код Т», которая значительно повысит уровень усилий НАСА по разработке эффективных планов исследования планет. Это тоже долгожданное событие.
Кроме того, политика Буша также обеспечивает основу для включения требований исследований в области разведки человека в план роботизированных планетарных миссий. В конце 90-х годов представители офиса миссий по разведке людей в АО пытались использовать возможности полетов на управляемых JPL роботизированных посадочных аппаратах Марса, но поскольку у исследователей АО не было ни мандата, ни денег, у них не было ни сил, ни средств для резервного копирования. их запросы, и были рассмотрены соответственно. В соответствии с новой космической политикой должны быть предусмотрены как мандат, так и средства для поддержки исследований, связанных с исследованиями человека и технологическими экспериментами на борту лунных и планетарных космических аппаратов. Это может позволить такой полезной нагрузке летать как платящим клиентам на борту научного космического корабля, спонсируемого JPL / Code S, или, в качестве альтернативы, поддерживать финансирование управляемых программой разведки людей роботов, основной задачей которых будет предоставление инженерных данных для программы исследования человека, с другой научной полезной нагрузкой, осуществляемой на доступной космической основе
Политика Буша также определяет, откуда поступят средства, необходимые для поддержки настоящей инициативы в области разведки человека, чтобы перенаправить существующие бюджеты "Спейс шаттл" и МКС. В настоящее время бюджет челнока составляет около 4 миллиардов долларов в год, а бюджет МКС составляет от одного до двух миллиардов. Эти 5-6 миллиардов долларов в год более чем достаточны, чтобы доставить людей на Луну и Марс в течение десяти лет после фактического запуска программы. Таким образом, эта инициатива может быть реализована в рамках существующего бюджета НАСА в размере около 16 млрд. Долл. США в год в долларах 2004 года, что было поддержано президентами и большинством в Конгрессе обеих политических партий на протяжении последних четырех президентских сроков. Таким образом, финансовая основа программы ясна, и она не разрушает бюджет и не является фантастической.
В своем выступлении президент призвал все страны присоединиться к Соединенным Штатам в реализации предложенной программы. Мы приветствуем это заявление, поскольку мы полностью согласны с тем, что исследование и освоение Солнечной системы - это великая цель, которая может помочь объединить человечество, которое достойно и требует мобилизации лучших талантов всех народов этого мира. Земля.
По разным политическим и дипломатическим причинам политика Буша откладывает отказ от шаттла и МКС до 2010 года, тем самым откладывая запуск программы значительных исследований человека примерно до этого времени. Таким образом, выбор того, стоит ли на самом деле запускать программу исследования человека на Луне или Марсе и каковы должны быть ее темпы или цели, фактически передается администрации 2009 года.
Заслуга этого решения спорна. Однако ключевым моментом является то, что у администрации 2009 года будет выбор. Объясняя, что фундаментальная цель программы полета человека в космос состоит в том, чтобы позволить людям летать через пространство (видение эпохи Аполлона), чтобы исследовать другие миры, вместо того, чтобы позволить людям использовать пространство опыта (видение эпохи Шаттла), политику Буша ( должно ли это быть поддержано либо его переизбранием, либо согласием в этом вопросе об альтернативной администрации 2005 года) фактически исключает приверженность НАСА шаттлу второго поколения («Шаттл 2») в качестве его следующей основной программы. Совсем недавно, несколько месяцев назад, существенные фракции в кругах космической политики как в Конгрессе, так и в НАСА запланировали такую программу «Шаттл-2», как следующий крупный проект агентства после МКС. Если бы это произошло, будущее выглядело бы так: нынешнее десятилетие было бы потрачено на то, чтобы вернуть шаттл в полет и построить МКС. Следующее десятилетие будет посвящено продлению срока эксплуатации Шаттла и разработке Шаттла 2. Затем 2020-е годы будут повторением 1980-х годов, когда будут предприняты попытки запустить Шаттл 2, что приведет к принятию в 2030 году решения по следующему крупному проекту. который, вероятно, был бы МКС-2. К счастью, это? День сурка? сценарий вечного застоя в космосе теперь исключен.
Решение взять на себя ответственность за реализацию и, следовательно, контроль над программой перед администрацией 2009 года обещает сделать следующие пять лет чрезвычайно интересными для космических защитников. В своем выступлении г-н Буш определил экспансию человека в солнечную систему как цель НАСА и изложил идею создания лунной базы к 2020 году в качестве стратегии, с помощью которой эта цель может быть достигнута. Это один план, но в ближайшие пять лет другие планы будут представлены на рассмотрение политического класса в качестве эффективного средства, с помощью которого можно достичь желаемой общей цели с максимальной скоростью, надежностью и с минимальными затратами. Таким образом, великие дебаты о том, какой должна быть наша стратегия достижения Луны и планет, не были закрыты речью Буша, но были открыты.
Победа в этой здоровой битве идей достанется тем людям, которые убеждают игроков не только в сегодняшнем дне, но и в 2009 году и далее, в достоинствах своих концепций. Общество Марса приветствует эту проблему и будет стремиться активно участвовать в этой дискуссии, чтобы поделиться своим техническим опытом и донести до политического класса, технического сообщества, прессы и общественности понимание того, что в контексте новой космической политики то, что в ближайшем будущем исследование Марса человеком осуществимо, доступно и действительно заслуживает необходимых усилий и рисков.
При переходе от одной космической программы к другой необходимо приложить все усилия для предотвращения ненужного побочного ущерба ценным частям старой программы. Решение, объявленное штаб-квартирой НАСА в конце прошлой недели, об отказе от запланированной миссии "Шаттла" по модернизации и перезагрузке космического телескопа Хаббла (HST) является примером ошибки, которой следует избегать. Спектрограф Cosmic Origins и широкоугольная камера 3, разработанные для того, чтобы полностью раскрыть потенциал HST, уже созданы и испытаны и обещают огромный научный возврат при доставке на орбиту. Если бы план Буша состоял в том, чтобы немедленно остановить Шаттл и сэкономить 24 миллиарда долларов, необходимых для его эксплуатации до 2010 года, чтобы немедленно начать программу Луна / Марс с существенным финансированием, это было бы одной вещью. Но, учитывая решение вернуть шаттл в полет, отмена апгрейда Хаббла сэкономит только около 200 миллионов долларов, или 1% бюджета программы «Шаттл», при этом уничтожив около 90% ее научной ценности. Это очень глупо.
Доводы безопасности не победят; если шаттл достаточно безопасен для полета на МКС, он достаточно безопасен для выполнения своей миссии в Хаббл. Действительно, в то время как миссии Шаттла в Хаббл могут испытывать недостаток в безопасном убежище МКС на орбите, низкий наклон полетов Хаббла позволяет запускать аборты в теплых тропических водах, где шансы на выживание экипажа намного выше, чем в холодном аборте в Северной Атлантике. сайты, необходимые для запуска МКС. Более того, трудно понять, как агентство, которое слишком рискованно для выполнения миссии Шаттла в Хаббле, может серьезно относиться к рассмотрению миссии на Луну или Марс.
Таким образом, отмена миссии Хаббла может быть описана только как серьезная ошибка, явно совершенная во имя желания появиться «решающим»? в отходе от старой парадигмы в пользу новой. В дополнение к вреду, причиненному астрономии, для новой космической политики было бы очень плохо начинать свою жизнь с такой неприятной репутации. Ни при каких обстоятельствах предполагаемое предстоящее наличие космического телескопа Джеймса Уэбба также не должно рассматриваться как обоснование отказа от Хаббла. Это было бы, чтобы повторить ошибку, которую НАСА совершило, отказавшись от Сатурна V для предположительно превосходящего Шаттла или Скайлэба для МКС? ошибки, которые отбрасывают космическую программу на десятилетия, исчисляются десятками миллиардов долларов. Если руководство НАСА не увидит причину в этом вопросе, Конгресс должен предпринять решительные действия, чтобы отменить это очень плохое решение.
Технологические проблемы
Правильный способ реализовать программу, цели которой охватывают как постоянную лунную базу, так и исследование Марса человеком, - это разработать набор транспортных средств, которые могут выполнять миссии человека на Марс, модифицированное модульное подмножество которых может использоваться для поддержки лунной деятельности. Подход к решению проблемы таким способом может сэкономить много времени и денег, поскольку необходимо разработать только один аппаратный набор вместо двух. Это также максимизирует значение Луны как испытательного полигона для Марса, так как при таком подходе к Луне миссии будут выполняться с использованием аппаратных средств Марса и служить непосредственно для его вытряхивания. При условии, что этот подход принят, программа, начатая в 2009 году, могла бы легко достичь пилотируемой посадки на Луну к 2015 году и запустить первую экспедицию человека на Марс к 2018 году. Тогда создание постоянной лунной базы и продолжение полетов на Марс могут происходить одновременно. Поскольку в любом случае запуск на Марс возможен только через год, последствия запуска параллельных программ заключаются просто в том, что скорость запуска лунных программ будет несколько снижена в годы запуска Марса. Одновременные программы запуска также будут способствовать минимизации затрат на запуск за счет максимизации скорости производства вспомогательных производственных линий, поскольку стоимость эксплуатации производственного комплекса ракеты-носителя увеличивается лишь незначительно при более высокой производительности. Чтобы использовать мирскую аналогию, нужно приготовить два стейка вместо одного, при условии, что вы готовите их оба одновременно. При изготовлении ракет-носителей эта кухонная притча обладает еще большей силой, поскольку затраты на оплату труда преобладают над расходами материалов.
В контексте такой хорошо спланированной программы Луна / Марс существуют определенные технологии, которые необходимы. Мы обращаемся только к двум наиболее важным, тяжелым бустерам и ISRU.
Тяжелые Бустеры Лифта
Ключевой технический инструмент, необходимый для того, чтобы сделать лунные базы и миссии на Марс осуществимыми, - это грузовой автомобиль большой грузоподъемности с верхней ступенью водорода / кислорода, способный выбрасывать полезные грузы в 50-тонном классе при транс-лунной или транс-марсовой инъекции. Это способность, продемонстрированная в течение 1960-х годов Сатурном V. Как только такой автомобиль будет доступен, лунные миссии туда-обратно или односторонняя доставка жилья и других тяжелых грузов на лунную поверхность могут быть легко выполнены одним запуском. Пилотируемые миссии на Марс также могут быть выполнены с использованием нескольких дискретных запусков Trans-Mars такой системы без сборки на орбите, как показано в плане Mars Direct (Zubrin and Baker, 1990), плане Стэнфордской миссии (Lusignan, et al. 1992), или Проектное задание Миссии № 3 (Уивер и др., 1994).
Такие пусковые системы класса Saturn V могут быть легко созданы на этом этапе либо путем преобразования стартового стека Shuttle путем устранения орбитального аппарата и его замены на верхнюю ступень LOx / H2, либо путем создания новых полностью жидких ускорительных систем. Общество Марса недавно продемонстрировало планы одной крупной аэрокосмической компании по развитию существующей линейки бустеров среднего подъема для создания семейства модульных бустеров тяжелых подъемов с полезной нагрузкой от четверти до половины и полными возможностями Saturn V. Основываясь на опыте этой компании в предыдущих успешных разработках ракеты-носителя, вся программа разработки для создания целого семейства ускорителей может быть выполнена за пять лет с затратами на разработку около 4 миллиардов долларов. Периодическая стоимость запуска при проектировании системы класса Saturn V составляла 300 миллионов долларов за запуск, или менее 1000 долларов за фунт для доставки полезной нагрузки в LEO. Методы создания таких семейств бустеров очевидны для опытных инженеров-носителей, и мы не сомневаемся, что у конкурентов этой компании есть планы по созданию аналогичных наборов оборудования с сопоставимыми затратами на разработку и графиками.
Таким образом, можно легко доказать, что утверждения некоторых экспертов, выступающих против любой исследовательской инициативы о том, что разработка нового бустерного подъемника будет стоить десятки миллиардов, не имеют под собой никаких оснований. Такие тяжеловесные транспортные средства также будут иметь много применений вне программы исследования человека.
международный научный радиосоюз
Как лунные базы, так и экспедиции на Марс получают большую выгоду благодаря использованию методов использования ресурсов на месте (ISRU) для производства возвратного топлива, расходных материалов для людей, а также топлива и кислорода для транспортных средств для использования в расширенных миссиях на поверхности планеты. Массовая экономия на полете для лунных баз или миссий на Марс, полученная в результате ISRU, была продемонстрирована в многочисленных исследованиях и значительно превосходит те, что предлагаются в продвинутых концепциях силовых установок, с гораздо более высокими затратами на разработку и периодическими системами.
Эффективным ISRU требуются как системы химической обработки, так и надежные источники энергии, для которых космические ядерные системы предлагают наибольшие перспективы. Поэтому мы решительно благодарим администрацию за ее проект "Прометей" по созданию таких космических ядерных систем. Однако мы отмечаем, что до настоящего времени единственными применениями, рассмотренными НАСА для своих космических ядерных энергетических систем, были энергетические установки космических кораблей и ядерные двигатели (НЭП). Не упуская из виду важное значение нэпа для роботизированных миссий внешней солнечной системы и других миссий, связанных с большими изменениями скорости, предпринимаемыми в течение продолжительных периодов времени, мы отмечаем, что размер единиц нэпа, необходимых для снабжения двигателем для миссий по исследованию человеком, составляет порядка 10 000 киловатт. Напротив, когда они используются для производства химических ракетных топлив на планетарных поверхностях, требуемый размер реактора для проведения исследований человеком уменьшается до примерно 100 киловатт. Это связано с тем, что гораздо меньший реактор, размещенный на поверхности планеты, производящей топливо, может излучать энергию в течение длительного периода времени перед полетом, хранить его в виде химического топлива, который затем может выделять энергию так быстро, как это необходимо в условиях полета. Массовые рычаги полета, достигаемые такими поддерживаемыми ISRU вариантами химических движителей, больше, чем предлагаемые NEP, в то время как для миссий во внутренней солнечной системе время полета меньше (на два порядка меньше для лунных применений). Кроме того, поддерживаемые ISRU химические системы могут использоваться не только для орбитального переноса, но и для подъема по планете.
Таким образом, в то время как космическая ядерная энергетика дает возможность ISRU, именно ISRU значительно снижает стоимость и увеличивает ценность космической ядерной энергии для поддержки исследований человеком. Таким образом, эти две технологии должны применяться параллельно, и соответствующая часть бюджета Prometheus должна применяться для приведения приложений космической ядерной энергетики в ISRU к статусу полета и для поддержки роботизированных миссий, демонстрирующих такую технологию на Луне и Марсе.
Кроме того, в программу «Прометей» должны быть включены требования, обеспечивающие совместимость разработанных энергетических систем для работы на поверхности Луны и Марса, поскольку их использование на поверхности планеты для производства ракетного топлива и расходных материалов представляет собой, безусловно, наиболее выгодный метод использование их для поддержки ближайших исследований космоса человеком, и их мощность необходима на поверхности для поддержки базовых операций в любом случае.
Таким образом, как технология ISRU, так и разработка бустерной тяги должны стать центральными приоритетами усилий Code T на ближайший период.
Другие системы должны разрабатываться с аналогичной заботой о максимальной общности аппаратных средств и технологий в приложениях на Луну и Марс.
Политические последствия
Ход событий, приведенный в движение новой космической политикой, создаст точку принятия решения около 2009 года, которая предложит три альтернативы для будущих действий. Эти;
1. Администрация 2009 года могла бы вообще отказаться от программы «Луна / Марс» и просто использовать «Исследовательскую машину экипажа» (CEV) в качестве капсулы, запущенной поверх расходных материалов, для продолжения посещения МКС. Это привело бы к расширенной программе МКС типа «Мир», проводимой с меньшими затратами, чем это возможно при использовании запусков Шаттла, но без видимой цели. Это привело бы к стагнации в космосе на долгое время, пока преобладает такое программное решение, и, вероятно, к регрессу в области подъема тяжелых грузов, ISRU и других программ, необходимых для исследования человека.
2. Администрация 2009 года могла бы принять решение действовать в соответствии с идеей строительства лунной базы, начиная с 2020 года, не беспокоясь о миссии на Марс, за исключением заявления о том, что лунный опыт, несомненно, будет полезен позже, когда другие будут рассматривать полет на Марс. Это привело бы к разработке в основном несовместимого аппаратного обеспечения лунной программы (кроме бустера), что потребовало бы начать разработку всего нового аппаратного комплекса примерно к 2030 или, возможно, к 2040 г., учитывая бюджетные затруднения, которые создала бы такая отдельная лунная программа, вероятность того, что первая посадка на Марс не произойдет до середины 21-го века. В качестве альтернативы, учитывая ограниченный интерес со стороны повторяющихся тупиковых лунных экспедиций, программа может просто истечь.
3. Администрация 2009 года может принять решение о запуске программы «Люди на Марс» с целью достижения Марса в течение десяти лет с экспедициями на Луну с использованием модифицированного подмножества аппаратного обеспечения полета на Марс, начинающегося примерно в программный год 7. Потому что только один комплект оборудования необходимо будет разработать вместо двух, и, поскольку в аэрокосмической отрасли затраты равны времени людей, это представляет собой гораздо более дешевый подход к достижению целей, изложенных в новой космической политике, чем альтернатива (b). Более того, это единственный подход, который приведет к тому, что люди-исследователи будут ходить по Марсу в течение рабочей жизни любого взрослого человека сегодня.
Поэтому крайне важно, чтобы каждый, кто хочет, чтобы исследование Марса человеком стало реальностью, делал все возможное, чтобы бороться за смелый курс, представленный вариантом С. В лабораториях и инженерных организациях, в прессе, в классе и Комната комитета, в Арктике и в пустыне, в залах конгресса и в каждом месте общественного мнения - от книг и технических статей до новостных групп в Интернете и вечерних радио - каждый должен сыграть свою роль.
Дверь открыта, и к настоящему времени действительно присоединилась битва идей, которая будет определять форму человеческого будущего на многие годы вперед. Куда это приведет, зависит от нас. Противоречивые видения, которые две недели назад были просто гипотетическими дебатами среди космических активистов, теперь вошли в центр политического дискурса. Мы приветствуем вызов. Поскольку разум - наше свидетельство, а мужество - наш проводник, мы победим.
Первоисточник: пресс-релиз Общества Марса
