Исследование архитектуры геологоразведочных систем

Исследование архитектуры исследовательских систем ( ESAS ) — официальное название крупномасштабного исследования системного уровня, опубликованного Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) в ноябре 2005 года и посвященного его цели по возвращению астронавтов на Луну и, в конечном итоге, на Марс , известное как Видение освоения космоса (и неофициально как «Луна, Марс и за его пределами» в некоторых аэрокосмических кругах, хотя специфика программы «за пределами» с экипажем остается неясной). Программа «Созвездие» была отменена в 2010 году администрацией Обамы и заменена системой космического запуска , позже переименованной в программу «Артемида» в 2017 году при администрации Трампа .

Объем

Администратор НАСА Майкл Гриффин распорядился внести ряд изменений в первоначально запланированную стратегию приобретения Crew Exploration Vehicle (теперь Orion MPCV ), разработанную его предшественником Шоном О'Кифом . В планах Гриффина отдавалось предпочтение проекту, который он разработал в рамках исследования для Планетарного общества, а не предыдущим планам по созданию исследовательского транспортного средства для экипажа, разработанным параллельно двумя конкурирующими командами. Эти изменения были предложены во внутреннем исследовании под названием «Исследование архитектуры исследовательских систем». ^[1] результаты которого были официально представлены во время пресс-конференции, состоявшейся в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия , 19 сентября 2005 года.

ESAS включал ряд рекомендаций по ускорению разработки CEV и реализации проекта Constellation , включая стратегии выполнения полетов CEV с экипажем уже в 2012 году и методы обслуживания Международной космической станции (МКС) без использования космического корабля "Шаттл" . ^[2] с использованием грузовых версий CEV.

Первоначально выпуск ESAS был запланирован на 25 июля 2005 года, после миссии Discovery «Возвращение в полет» , выпуск ESAS был отложен до 19 сентября, как сообщается, из-за плохих отзывов о презентации плана и некоторого сопротивления со стороны Управление управления и бюджета . ^[2]

Пусковая система на базе шаттла

Первоначальные «стратегии закупок» CEV под руководством Шона О'Кифа предполагали два «этапа» разработки CEV. Предложения, поданные в мае 2005 года, должны были стать частью этапа 1 проекта CEV, за которым должен был последовать орбитальный или суборбитальный запуск космического корабля-демонстратора технологий под названием FAST в 2008 году. Для этапа 2 программы отберите одного подрядчика. произошло бы позже в том же году. Первый полет CEV с экипажем состоится не раньше 2014 года. Согласно первоначальному плану, одобренному бывшим администратором НАСА Шоном О'Кифом, CEV будет запускаться на усовершенствованной одноразовой ракете-носителе (EELV), а именно на Boeing Delta IV Heavy или Lockheed Martin Atlas V Heavy EELV.

Однако со сменой администраторов НАСА Майк Гриффин отказался от этого графика, посчитав его неприемлемо медленным, и в начале 2006 года сразу перешел к этапу 2. Он заказал 60-дневное внутреннее исследование для повторного рассмотрения концепций. теперь известный как ESAS, который предпочитал запуск CEV на ракете -носителе на базе шаттла . Кроме того, Гриффин планировал ускорить или иным образом изменить ряд аспектов первоначального плана, обнародованного в прошлом году. ^{[ когда? ]}. Вместо запуска CEV в 2008 году НАСА перешло бы ко второму этапу программы CEV в 2006 году, а полеты CEV должны были начаться уже в июне 2011 года. ^{[ нужна ссылка ]}

ESAS призвал к разработке двух ракет-носителей на базе шаттлов для поддержки ныне несуществующей программы Constellation ; ^[3] космического челнока один создан на основе твердотопливного ракетного ускорителя , который впоследствии станет отмененным ныне Аресом I для запуска CEV, а также линейного тяжелого транспортного средства, использующего SRB и внешний бак шаттла для запуска ступени отлета с Земли и модуля доступа к лунной поверхности, который был известен как Ares V (эта конструкция была повторно использована для системы космического запуска ). Производительность ракеты-носителя грузового шаттла (SDLV) составит от 125 до 130 метрических тонн на низкой околоземной орбите (LEO). SDLV позволит обеспечить гораздо большую полезную нагрузку за запуск, чем вариант EELV.

Экипаж будет запускаться в CEV на пятисегментной модификации твердотопливного ракетного ускорителя шаттла и новой жидкостной верхней ступени на основе внешнего бака шаттла. Первоначально он был оснащен единственной одноразовой версией главного двигателя космического корабля шаттла , но позже был заменен на модернизированную и модернизированную версию ракетного двигателя J-2 (известного как J-2 X), используемого на S-2 . Разгонные ступени IVB, используемые на Saturn IB и Saturn V. ракетах Эта ракета-носитель будет способна вывести на низкую околоземную орбиту до 25 тонн груза. В ракете-носителе будут использоваться компоненты, которые уже прошли проверку человеком. ^{[ нужна ссылка ]}

Груз будет запускаться на тяжелой версии космического корабля "Шаттл", который будет представлять собой "линейный" ускоритель, на котором будет монтироваться полезная нагрузка. Первоначально рядный вариант включал пять одноразовых версий SSME на основной ступени, но позже был заменен на пять ракетных двигателей RS-68 (в настоящее время используемых на ракете Delta IV Heavy ) с более высокой тягой и меньшими затратами. что потребовало незначительного увеличения общего диаметра сердечника. Два увеличенных пятисегментных SRB помогут двигателям RS-68 вывести вторую ступень ракеты, известную как ступень отлета с Земли (EDS), и полезную нагрузку на НОО. Он мог поднять на НОО около 125 тонн, а стоимость каждого запуска оценивалась в 540 миллионов долларов.

Инфраструктура Космического центра Кеннеди , включая здание сборки транспортных средств (VAB) и стартовые площадки шаттлов LC-39A и 39B, поддерживалась и адаптировалась к потребностям будущей гигантской ракеты-носителя. Новая площадка LC-39C была позже построена для поддержки малых ракет-носителей с возможностью создания LC-39D или возрождения прежних площадок LC-34 или LC-37A на близлежащей станции ВВС на мысе Канаверал, которая использовалась Saturn IB для первых запусков. Орбитальные миссии Аполлона. ^{[ нужна ссылка ]}

Конфигурация CEV

ESAS рекомендовала стратегии полета CEV с экипажем к 2014 году и одобрила для встречи на лунной орбите подход к Луне . LEO-версии CEV будут доставлять на МКС экипажи из четырех-шести человек. Лунная версия CEV будет нести экипаж из четырех человек, а марсианская CEV — шесть человек. Грузы также можно было перевозить на борту беспилотной версии CEV, аналогичной российским грузовым кораблям «Прогресс» . Компания Lockheed Martin была выбрана НАСА подрядчиком CEV. Этот аппарат в конечном итоге станет Orion MPCV с его первым полетом в 2014 году ( EFT-1 ), первым полетом с экипажем в 2022 году ( Artemis 2 ) и первым полетом на Луну в 2024 году ( Artemis 3 ). Только одна версия корабля была построена для поддержки полетов в дальний космос, при этом транспортировка экипажа МКС осуществлялась в рамках Программы коммерческих экипажей .

Возвращаемый модуль CEV будет весить около 12 тонн — почти в два раза больше, чем командный модуль «Аполлона» — и, как и «Аполлон», будет прикреплен к служебному модулю жизнеобеспечения и движения ( Европейский сервисный модуль ). CEV будет представлять собой капсулу типа «Аполлона» с «Викинг» типа тепловым экраном , а не подъемный корпус или крылатое транспортное средство, как у «Шаттла». Он приземлится на суше, а не на воде, подобно российскому космическому кораблю «Союз» . Это будет изменено на приводнение только для экономии веса. CST-100 Starliner станет первым космическим кораблем США, приземлившимся на землю. Возможные места приземления, которые были идентифицированы, включали базу ВВС Эдвардс , Калифорния, Карсон-Флэтс ( Карсон-Синк). ^[4]), Невада и территория вокруг озера Мозес, штат Вашингтон. Приземление на западном побережье позволит пролететь большую часть пути входа в атмосферу над Тихим океаном, а не над населенными пунктами. В CEV будет использоваться абляционный (подобный «Аполлону») тепловой экран, который будет выбрасываться после каждого использования, а сам CEV можно будет использовать повторно примерно 10 раз.

Ускоренную разработку лунной миссии планировалось начать к 2010 году, когда «Шаттл» выйдет из эксплуатации. Модуль доступа к лунной поверхности, который позже будет известен как «Альтаир» , и тяжелая ракета-носитель ( «Арес V» ) будут разрабатываться параллельно и оба будут готовы к полету к 2018 году. Конечная цель заключалась в том, чтобы совершить посадку на Луну к 2020 году. Программа «Артемида» в настоящее время нацелена на высадку на Луну в 2024 году. LSAM будет намного больше, чем лунный модуль «Аполлон» , и сможет доставлять на поверхность Луны до 23 тонн груза для поддержки лунного аванпоста.

Как и Apollo LM, LSAM будет включать в себя ступень спуска для приземления и ступень подъема для возвращения на орбиту. Экипаж из четырех человек будет двигаться на этапе подъема. Ступень подъема будет работать на метаново - кислородном топливе для возвращения на лунную орбиту (позже замененном на жидкий водород и жидкий кислород из-за зарождения кислородно-метановых ракетных двигателей). Это позволит использовать производную от того же посадочного модуля в последующих миссиях на Марс, где метановое топливо можно будет производить из марсианской почвы в процессе, известном как использование ресурсов на месте (ISRU). LSAM будет поддерживать экипаж из четырех человек на поверхности Луны в течение примерно недели и использовать современные мобильные транспортные средства для исследования лунной поверхности. Огромное количество грузов, перевозимых LSAM, было бы чрезвычайно полезно для поддержки лунной базы и доставки большого количества научного оборудования на лунную поверхность. «Артемида» будет использовать отдельно запускаемые спускаемые аппараты в рамках программы CLPS для доставки вспомогательного оборудования на лунные аванпосты.

Профиль лунной миссии

Профиль лунной миссии представлял собой комбинацию подхода к сближению на земной орбите и сближению на лунной орбите (LOR). Во-первых, LSAM и EDS будут запущены на вершину тяжелого корабля на базе Шаттла ( Ares V ). EDS будет представлять собой производную верхнюю ступень S-IVB , используемую на ракете Saturn V, и будет использовать один двигатель J-2X, аналогичный тому, который используется на ракете-носителе на базе SRB. ^{[ нужна ссылка ]} (первоначально предполагалось использовать два двигателя J-2X, но двигатели RS-68 для основной ступени позволят НАСА использовать только один). Затем экипаж будет запущен в CEV на ракете-носителе на базе SRB ( Ares I ), а CEV и LSAM состыкуются на околоземной орбите. Затем EDS отправит комплекс на Луну. LSAM выведет комплекс на лунную орбиту (аналогично ракете Блок D во время неудавшейся советской попытки запуска на Луну в 1960-х и 1970-х годах), где четыре астронавта войдут на борт LSAM для спуска на поверхность Луны в течение недели исследований. Часть LSAM можно оставить с грузом, чтобы начать создание долгосрочного форпоста.

И LSAM, и лунный CEV будут нести экипаж из четырех человек. Весь экипаж спустится на поверхность Луны, оставив CEV незанятым. ^[5] По истечении времени нахождения на поверхности Луны экипаж вернется на лунную орбиту на этапе подъема LSAM. LSAM будет стыковаться с CEV. Экипаж вернется в CEV и сбросит LSAM, а затем двигатель CEV направит экипаж на Землю. Затем, как и в случае с «Аполлоном», служебный модуль будет сброшен, и CEV спустится для приземления с помощью системы из трех парашютов.

В конечном итоге спонсируемый НАСА лунный аванпост будет построен, возможно, недалеко от южного полюса Луны. Но это решение еще не было принято и будет зависеть от потенциального международного и коммерческого участия в геологоразведочном проекте. Программа «Артемида» надеется создать небольшой международный лунный аванпост к 2028 году. ^{[ нужна ссылка ]}

Расширение до Марса

Использование масштабируемых CEV и спускаемого аппарата с двигателями, работающими на метане, означало, что на Луне можно было провести значимые испытания оборудования для миссий на Марс. Возможные миссии на Марс начнут подробно планироваться примерно в 2020 году и будут включать использование Lunar ISRU, а также будут «классом соединения», что означает, что вместо пролета Венеры и проведения 20–40 дней на поверхности Марса, Экипаж отправится прямо на Марс и обратно и проведет около 500–600 дней, исследуя Марс.

Затраты

По оценкам ESAS, стоимость пилотируемой лунной программы до 2025 года составит 217 миллиардов долларов, что всего на 7 миллиардов долларов больше, чем текущий прогнозируемый бюджет НАСА на исследования на этот период.

Первоначально предполагалось, что предложение ESAS достижимо с использованием только существующего финансирования НАСА без значительного сокращения других программ НАСА, однако вскоре стало очевидно, что необходимо гораздо больше денег. Сторонники «Созвездия» увидели в этом оправдание для скорейшего прекращения программы «Шаттл» и НАСА реализовало план прекращения поддержки как «Шаттла», так и МКС в 2010 году. Это было примерно на 10 лет раньше, чем планировалось для обеих программ, поэтому это следует учитывать. значительный разрез. Это привело к резким возражениям со стороны международных партнеров по поводу того, что США не выполняют свои обязательства, а также к опасениям в Конгрессе, что инвестиции в МКС будут потрачены впустую.

Критика

Начиная с апреля 2006 г. высказывалась некоторая критика в отношении осуществимости первоначального исследования ESAS. В основном они касались использования метано-кислородного топлива. НАСА изначально искало эту комбинацию, потому что ее можно было «добыть» на месте из лунного или марсианского грунта – что-то, что могло бы быть потенциально полезно в миссиях к этим небесным телам. Однако технология относительно новая и непроверенная. Это значительно увеличило бы время проекта и увеличило бы вес системы. В июле 2006 года НАСА отреагировало на эту критику, изменив план на традиционное ракетное топливо (жидкий водород и кислород для LSAM и гиперголики для CEV). Это позволило снизить вес и сократить сроки реализации проекта. ^[6]

Однако основная критика ESAS основывалась на ее оценках безопасности и стоимости. Авторы использовали частоту неудачных запусков Титанов III и IV в качестве оценки частоты отказов тяжелой ракеты Дельта IV. «Титан» сочетал в себе основную ступень, заимствованную из ранней межконтинентальной баллистической ракеты, с большими сегментными твердотопливными ускорителями и верхнюю ступень, работающую на водороде, разработанную ранее. Это была сложная машина с относительно высоким процентом отказов. Напротив, Delta IV Heavy представляла собой конструкцию «с чистого листа», все еще находящуюся в эксплуатации, в которой использовалось только жидкое топливо. И наоборот, частота отказов Shuttle SRB использовалась для оценки частоты отказов Ares I, однако учитывались только запуски после потери Challenger, и каждый запуск шаттла считался двумя успешными запусками Ares, даже несмотря на то, что Shuttle SRB не оснащены системами наведения или управления креном.

Delta IV в настоящее время запускается с комплекса 37 станции ВВС на мысе Канаверал, и производитель United Launch Alliance предложил запускать пилотируемые полеты оттуда. Однако при оценке затрат ESAS предположила, что все конкурирующие конструкции придется запускать со стартового комплекса 39 и что для их размещения необходимо будет модифицировать здание сборки транспортных средств, мобильные пусковые платформы и площадки A и B. Объекты LC-39 намного крупнее, сложнее, старше и дороже в обслуживании, чем современные объекты Комплекса 37, и совершенно не подходят для «Дельты», которая интегрирована горизонтально и транспортируется без топлива. Это предположение не было обосновано в отчете и значительно увеличило сметные эксплуатационные расходы Delta IV. Наконец, принятое в 2011 году решение добавить беспилотное испытание «Ориона» на «Дельту IV» явно противоречит выводу ESAS о том, что это неосуществимо.

Обзор Комитета США по планам пилотируемых космических полетов

Комитет по обзору планов полетов человека в космос США (также известный как Комитет HSF , Комиссия Августина или Комитет Августина ) — группа, созданная НАСА по запросу Управления научно-технической политики (OSTP) для анализа национальной политики. полет человека в космос планирует обеспечить «энергичный и устойчивый путь к достижению своих самых смелых устремлений в космосе». Обзор был объявлен OSTP 7 мая 2009 года. Он охватывал варианты пилотируемых космических полетов после того, как НАСА планировало вывести из эксплуатации космический шаттл . Сводный отчет был предоставлен директору OSTP Джону Холдрену , Управлению по научно-технической политике Белого дома (OSTP) и администратору НАСА 8 сентября 2009 года. Ожидается, что ориентировочная стоимость проверки составит 3 миллиона долларов США. Планировалось, что комитет будет активен в течение 180 дней; отчет был опубликован 22 октября 2009 г.

Комитет счел, что девятилетняя программа Constellation настолько отстает от графика, недостаточно финансируется и превышает бюджет, что достижение какой-либо из ее целей будет невозможным. Президент Обама исключил эту программу из бюджета на 2010 год, фактически отменив ее. Один из компонентов программы, капсула экипажа «Орион», была снова добавлена в планы, но в качестве спасательного корабля, дополняющего российский «Союз» при возвращении экипажей станции на Землю в случае чрезвычайной ситуации.

Предлагаемая «конечная цель» пилотируемых космических полетов, по-видимому, требует двух основных целей: (1) физическая устойчивость и (2) экономическая устойчивость. Комитет добавляет третью цель: достижение ключевых национальных целей. К ним могут относиться международное сотрудничество, развитие новых отраслей промышленности, энергетическая независимость, уменьшение изменения климата, национальный престиж и т. д. Таким образом, идеальное место назначения должно содержать такие ресурсы, как вода для поддержания жизни (также обеспечивающая кислород для дыхания и водород для соединения с кислородом для поддержания жизни). ракетное топливо), а также драгоценные и промышленные металлы и другие ресурсы, которые могут представлять ценность для космического строительства и, возможно, в некоторых случаях стоит вернуть на Землю (см., например, добычу полезных ископаемых на астероидах ).

См. также

Ссылки

^ «Закупка исследовательских транспортных средств» . НАСА . Архивировано из оригинала 3 апреля 2008 г. Проверено 26 марта 2008 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «НАСА изучает беспилотное решение для завершения строительства космической станции, поскольку затраты на возврат к полетам растут» . spaceref.com. 24 июля 2005 г. Проверено 26 марта 2008 г.
^ «НАСА планирует построить две новые ракеты-носители на базе шаттлов» . spaceref.com. Июль 2005 года . Проверено 26 марта 2008 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ «Анализ погоды на месте посадки для программы НАСА Constellation» (PDF) . Проверено 24 июня 2011 г.
^ «Заметки о конференции и выставке AIAA Space 2005» (PDF) . НАСА . Архивировано из оригинала (PDF) 8 сентября 2005 г. Проверено 26 марта 2008 г.
^ «НАСА вносит серьезные изменения в конструкцию CEV» . nasaspaceflight.com. Архивировано из оригинала 3 февраля 2008 г. Проверено 26 марта 2008 г.

Внешние ссылки

[1] «Закупка исследовательских транспортных средств» . НАСА . Архивировано из оригинала 3 апреля 2008 г. Проверено 26 марта 2008 г.

[spaceref-2] Перейти обратно: ^а ^б «НАСА изучает беспилотное решение для завершения строительства космической станции, поскольку затраты на возврат к полетам растут» . spaceref.com. 24 июля 2005 г. Проверено 26 марта 2008 г.

[3] «НАСА планирует построить две новые ракеты-носители на базе шаттлов» . spaceref.com. Июль 2005 года . Проверено 26 марта 2008 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[4] «Анализ погоды на месте посадки для программы НАСА Constellation» (PDF) . Проверено 24 июня 2011 г.

[5] «Заметки о конференции и выставке AIAA Space 2005» (PDF) . НАСА . Архивировано из оригинала (PDF) 8 сентября 2005 г. Проверено 26 марта 2008 г.

[6] «НАСА вносит серьезные изменения в конструкцию CEV» . nasaspaceflight.com. Архивировано из оригинала 3 февраля 2008 г. Проверено 26 марта 2008 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

v т и Программа Созвездие
Список миссий
Тестовые полеты	МЛАС (июль 2009 г.) Арес IX (октябрь 2009 г.)
Ракеты-носители	Арес я Арес IV Ares V Немного Тяжелая ракета-носитель на базе шаттла Юпитер
Космический корабль	Экипажная исследовательская машина Орион Альтаир
Запуск сайтов	Стартовый комплекс 39 А Б
Наземные объекты	Космический центр Кеннеди Центр управления полетами
Системы прерывания	Режимы прерывания Ориона Запуск системы прерывания (LAS) Система прерывания максимального запуска (MLAS)
Связанные темы	Видение космических исследований Исследование архитектуры геологоразведочных систем ПРЯМОЙ Космический скафандр Созвездие Закон о разрешении НАСА 2005 г. Комиссия Августина Программа Артемида
Категория Коммонс