Космонавтика в 2021 году (часть 2): интересные события, исследовательские миссии
2021 год был наполнен различными событиями, связанными с освоением и исследованием космоса. Несмотря на продолжающуюся пандемию, для космонавтики этот год оказался очень ярким и продуктивным.
Во второй части рассмотрены интересные события из мира космонавтики и важные события, связанные с исследовательскими миссиями. В первой части была кратко приведена статистика космических запусков с динамикой её изменения, а также кратко статистика и интересные события пилотируемой космонавтики.
Содержание:
- Интересные события 2021 года из мира космонавтики
- Важные события, связанные с исследовательскими миссиями
Интересные события 2021 года из мира космонавтики
Первое интересное событие произошло в самом начале года, когда 17 января был осуществлён первый успешный запуск ракеты-носителя (РН) воздушного старта LauncherOne частной американской компании Virgin Orbit. Это был её второй пуск, но первый успешный: попытка запуска РН в 2020 закончилась неудачей.
Самолёт Boeing 747 Cosmic Girl запускает РН LauncherOne. Credit: Virgin Orbit/International Rocket Launches.
Самолёт Boeing 747 Cosmic Girl с РН вылетел с аэродрома Мохаве в Калифорнии и осуществил пуск ракеты над Тихим океаном с высоты 10,2 км. После запустился собственный ракетный двигатель первой ступени, который продолжил выведение LauncherOne в космос. На заданную орбиту было доставлено 10 малых спутников, созданных университетами США. Третий запуск, тоже успешный и с коммерческой нагрузкой, был произведён 30 июня.
Ещё одну необычную систему запуска протестировала компания SpinLaunch. Малоизвестная компания, которая ранее практически «не светилась» в СМИ, испытала свой гигантский суборбитальный ускоритель с электроприводом. По сути это гигантская праща!
Тестовый запуск ракеты с помощью установки SpinLaunch. Credit: SpinLaunch.
Установка SpinLaunch. Credit: SpinLaunch.
Ускоритель состоит из вертикальной вакуумной камеры в форме диска диаметром около 100 метров. В этой технологии используется центрифуга с вакуумным уплотнением, которая вращает ракету, а затем выбрасывает её вверх со скоростью до 8000 километров в час. Затем ракета запускает свои двигатели на высоте примерно 60 километров, чтобы достичь первой космической скорости. Как утверждают представители SpinLaunch, их технология позволит сократить расходы в 10 раз по сравнению с традиционными запусками ракет, а также совершать запуски на орбиту почти каждый день! Спутники, конечно же, должны быть подготовлены к большому разнонаправленному ускорению, но это вполне решаемая проблема.
22 октября был проведён первый запуск ускорителя на 20% от его полной мощности. В итоге тестовый снаряд длиной в три метра был выброшен на высоту в несколько километров.
В компании заявили, что ещё предстоит проделать большую работу, прежде чем запуски в космос без использования ракетных двигателей в первые минуты полёта станут реальностью, но нынешний успех позволяет смотреть с оптимизмом на эту перспективу. Да и компания уже привлекла немало инвесторов. Если всё пойдет по плану, SpinLaunch перейдёт к коммерческому запуску ракет и спутников в конце 2024 года.
В 2021 году компания Astra Space наконец-то смогла запустить свою РН Rocket 3. Это произошло 20 ноября, на солнечно-синхронную орбиту в интересах Космических сил США были запущены небольшие спутники, которые должны измерять различные показатели космического пространства. Запуск был осуществлён с Тихоокеанского космического комплекса на острове Кадьяк, штат Аляска. При этом, как уже упоминалось в первой части, это был второй запуск ракеты в этом году, первый же закончился неудачей.
Статические огневые испытания Rocket 3.3, проведённые за два дня до первого успешного запуска РН. Credit: Astra Space.
Rocket 3 — двухступенчатая ракета-носитель лёгкого класса. На первой ступени установлено пять кислородно-керосиновых двигателей Delphin, на второй — один кислородно-керосиновый двигатель Aether. Как и в двигателях Rutherford ракеты Electron компании Rocket Lab, в Delphin турбонасосные агрегаты заменены на электрические насосы. Это уменьшает их стоимость и упрощает производство. Aether второй ступени является двигателем с вытеснительной системой подачи топлива — это также позволяет упростить и удешевить конструкцию.
В 2022 году Astra Space планирует осуществить восемь запусков РН Rocket 3.
7 ноября китайская частная компания Galactic Energy впервые запустила четырёхступенчатую ракету Ceres-1. Она успешно вывела спутник «Тяньци-11» на орбиту высотой 500 километров.
Запуск Ceres-1. Credit: Galactic Energy/Ourspace/Weibo.
Ceres-1 — это лёгкая четырёхступенчатая ракета для вывода небольших спутников на низкую околоземную орбиту, в том числе на солнечно-синхронную. В первых трёх ступенях используются твердотопливные двигатели. На последней ступени, которая отвечает за точное размещение спутников на расчётной орбите, установлен жидкостный ракетный двигатель. Ракета способна вывести груз массой до 350 килограммов на низкую околоземную орбиту и до 230 килограммов на солнечно-синхронную орбиту высотой 700 километров.
Впрочем, компания Galactic Energy разрабатывает и более мощную ракету — Pallas-1. Причём при её создании китайские инженеры, судя по всему, ориентируются на Falcon 9 компании SpaceX, которую запустили в 2021 году 31 раз.
Кстати, о SpaceX. Как уже указывалось в первой части, эта космическая компания не сбавила обороты. Сейчас она реализует невероятно амбициозный проект полностью многоразовой сверхтяжёлой РН Starship/Super Heavy. В 2021 году компания провела несколько тестов системы, большая часть из которых была признана лишь частично успешными: SN9, SN10, SN11. Компания, несмотря на разрушение испытательных стендов, испытывала «в металле» различные конструкционные решения, что дало свои плоды: 5 мая прошли успешные испытания SN15.
Starship SN15 на частном космодроме SpaceX в Бока-Чика, Техас. Credit: SpaceX/Philip Bottin.
Теперь компания готовится к началу орбитальных испытаний. Для этого, правда, ей ещё нужно справиться с бюрократической машиной США. Поэтому хоть проект и обретает форму, до начала полноценной эксплуатации ещё далеко.
Также в 2021 году Китай начал создание своего аналога станциям «Мир» и Международной космической станции (МКС) — китайской модульной орбитальной станции (ОС) «Тяньгун» (русс. «Небесный дворец»). Как уже указывалось в первой части, китайцы запустили несколько миссий к новой ОС, среди которых были две пилотируемые.
Это первая для КНР станция такого типа и третья в истории космонавтики после «Мир» и МКС.
Китайская модульная орбитальная станция «Тяньгун». Иллюстрация. Credit: CNSA.
Запуск первого модуля, который получил название «Тяньхэ» (русс. «Гармония Небес»), был осуществлён 29 апреля с космодрома Вэньчан. Это базовый модуль новой станции, масса — 24 тонны. К нему планируется пристыковать два лабораторных модуля: «Вэньтянь» (русс. «Вопрошание к Небу») и «Мэнтянь» (русс. «Небо Мечты») так, чтобы модули образовали букву Т. Масса каждого из модулей равняется 20 тоннам. Таким образом, суммарная масса всей ОС составит 64 тонны, она будет меньше станции «Мир» (124 тонны на момент завершения проекта) почти в 2 раза, а МКС (в текущей конфигурации — 440 тонн) — почти в 7 раз. К этой конструкции будут стыковаться пилотируемые космические корабли «Шэньчжоу» и грузовые «Тяньчжоу». В перспективе ОС может быть расширена дополнительными модулями. Особенный интерес представляет орбитальный телескоп «Сюньтянь» (русс. «Небесный Часовой»), который будет лететь рядом с новой китайской ОС по практически идентичной орбите.
Также в июле китайцы провели успешные испытания многоразового космического корабля с системой горизонтальной посадки. Аппарат был запущен с космодрома Цзюцюань в китайской провинции Ганьсу, совершил суборбитальный полёт и успешную горизонтальную посадку на аэродроме Алашань-Юци в автономном районе Внутренняя Монголия.
«Шэньлун» в космосе. Иллюстрация. Примерный вид известен благодаря фотографии модели планера, подвешенной под крылом бомбардировщика H-6K. Вполне возможно, что в 16 июля был запущен именно этот аппарат. Credit: Xinhua.
Какие-либо другие подробности о проекте не приводятся. Но в ноябре 2020 года был запущен многоразовый шаттл CSSHQ (аббревиатура от записи пиньинем для кит. упр., kě chongfu shǐyong shìyan hangtiān qì, русс. «Допускающий повторное использование экспериментальный космический аппарат»). О нём тоже практически ничего не известно, так как программа засекречена, однако тогда это была не суборбитальная миссия. Вполне возможно, что тогда запускали «Шэньлун» — многоразовый космический корабль, разрабатываемый в рамках проекта «921-3», и текущий запуск тоже относится к кораблю этой серии.
В 2021 году наконец-то был запущен российский Многофункциональный лабораторный модуль усовершенствованный (МЛМ-У) «Наука». Это было долгожданное событие, ведь модуль стал настоящим долгостроем отечественной космонавтики: его должны были отправить в космос ещё 14 лет назад!
МЛМ-У «Наука» (на заднем плане) и «Союз МС-18 "Ю. А. Гагарин"». Credit: Госкорпорация «Роскосмос»/Олег Новицкий.
Запуск был произведён 21 июля, стыковка с МКС произошла 29 июля. Увы, сложная история сказалась на модуле. После запуска произошёл целый ряд сбоев, а спустя несколько часов после долгожданной стыковки неожиданно, без внешней команды, запустились двигатели модуля. Это привело к потере ориентации МКС, которую, к счастью, быстро удалось восстановить.
Сам МЛМ-У «Наука» встал на место модуля «Пирс», который был отстыкован от станции вместе с кораблём «Прогресс МС-16» 23 июля и затоплен вместе с ним в Тихом океане. «Пирс» просуществовал на МКС более 19 лет.
После стыковки МЛМ-У «Наука» к станции в ноябре был запущен последний российский модуль — «Причал». Его интеграцией с МКС Россия завершает создание своего сегмента.
Состыкованные с МКС «Прогресс М-УМ» с модулем «Причал» (на заднем плане) и «Союз МС-19» (на переднем). Credit: Госкорпорация «Роскосмос».
Новые модули будут строиться уже для Национальной орбитальной космической станции (также — РОСС, Российская орбитальная служебная станция), развёртывание которой начнётся, согласно планам, в конце 2025 года.
Важные события, связанные с исследовательскими миссиями
В феврале до Марса долетела первая миссия из целой тройки запущенных в 2020 году — «Аль-Амаль» (русс. «Надежда», англ. Hope Probe) — первая в истории космонавтики арабская автоматическая межпланетная станция (АМС) к другой планете! Полёт проходит в рамках Марсианской миссии Объединенных Арабских Эмиратов (англ. Emirates Mars Mission).
«Аль-Амаль» на орбите Марса. Иллюстрация. Credit: MBRSC.
Это полностью орбитальная миссия, цель которой — изучение атмосферы Марса. «Аль-Амаль» был создан в коллаборации Космического центра Мохаммеда ибн Рашида, американской Лаборатории атмосферной и космической физики в Университете Колорадо, а также других организаций, таких как университет штата Аризона и Калифорнийский университет в Беркли. А запуск был произведён летом 2020 года с помощью японской РН H-IIA.
Следующей до Марса долетела миссия NASA Mars 2020 с марсоходом Perseverance (русс. «Настойчивость»). 18 февраля он совершил успешную посадку в кратере Езеро (Jezero Crater), который образовался на месте дельты древней марсианской реки, впадавшей в имевшееся тут озеро.
Perseverance и Ingenuity. Иллюстрация. Credit: NASA/JPL-Caltech.
Марсоход Perseverance является «младшим братом» Curiosity, но превосходит его по оснащению. Но миссия Mars 2020 доставила на Красную планету не только марсоход, но и... марсолёт! Речь идёт о дроне вертолётного типа Mars Helicopter Scout (MHS, русс. «Марсианский вертолёт-разведчик»), который также известен как Ingenuity (русс. «Изобретательность»). Это демонстратор технологий, созданный в первую очередь для изучения полётов в марсианской атмосфере и разведки пути для Perseverance. Уникальная конструкция аппарата позволяет раскручивать винты до 2400 оборотов в минуту, имея при этом небольшую массу — 1,8 кг.
Ingenuity на Марсе перед первым полётом. Фотография сделана с марсохода Perseverance. Credit: NASA/JPL-Caltech.
Свой первый полёт Ingenuity совершил 19 апреля. Это не только первый в истории управляемый полёт летательного аппарата не на реактивной тяге на Марсе, но и за пределами Земли! Сделанные людьми аппараты летали без реактивной тяги и ранее — аэростаты в атмосфере Венеры, выпущенные советским зондом «Вега-1», но их полёт был неуправляем. За прошедшее время марсолёт совершил 18 полётов.
Третьим до Марса долетела китайская миссия «Тяньвэнь-1» (русс. «Вопросы к небу-1») с масроходом «Чжуронг» (Бог огня и юга в китайской мифологии, также известен как Чунли), спускаемый аппарат с которым совершил успешную посадку в южной части Равнины Утопия (лат. Utopia Planitia) на Марсе. С этого дня на Красной планете впервые в истории одновременно действуют три марсохода: американские Curiosity и Perseverance, а теперь и китайский «Чжуронг»! Китай стал третьим государством после СССР и США, чей аппарат совершил мягкую посадку на поверхность Марса, и вторым, которое смогло провести запланированные научные миссии на этой планете. Даже первая в истории мягкая посадка на Марс советского аппарата «Марс-3» в 1971 году закончилась потерей связи через несколько секунд после начала передачи телеметрии с поверхности.
Марсоход «Чжуронг» рядом с посадочным модулем. Фотография была сделана на специальную камеру, которую ровер установил на поверхность. Credit: CNSA/PEC.
В составе миссии «Тяньвэнь-1» также находится орбитальный аппарат, который проводит исследование планеты и обеспечивает связь с марсоходом. Но передать данные удалось и через европейский орбитальный аппарат «Марс-Экспресс».
В 2021 году впервые земной аппарат побывал внутри солнечной короны. Речь идёт об АМС NASA Parker Solar Probe, которая была запущена летом 2018 года. Это было не первое её сближение со звездой, но первое «касание» короны.
Parker Solar Probe. Иллюстрация. Credit: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory.
Сближение позволило учёным узнать много нового о родной звезде. Например, аппарат впервые в истории на практике определил положение критической поверхности Альвена, считающейся границей между короной Солнца и свободным потоком солнечного ветра.
10 мая АМС OSIRIS-REx покинула астероид (101955) Бенну и начала обратный перелёт к Земле. Ожидается, что возвращаемая капсула с грунтом астероида совершит посадку на полигоне в штате Юта в сентябре 2023 года.
OSIRIS-REx изучает астероид (101955) Бенну. Иллюстрация. Credit: NASA/Goddard/University of Arizona.
За 2,5 года работы у астероида АМС картографировала его, выяснила, что Бенну активен, нашла на его поверхности расколотые валуны, фрагменты астероида Веста и органические вещества, а также проследила ход его эволюции. Аппарат также собрал образцы грунта небесного тела. Несмотря на утерю части пробы, общая масса собранного вещества составила около 400 граммов, что больше, чем ожидалось.
16 октября была запущена АМС NASA Lucy («Люси»), которая за 12 лет должна будет облететь сразу восемь астероидов! Да не простых, а «троянцев» Юпитера. Все небесные тела имеют разные размеры и спектральные классы. А (617) Патрокл, например, является системой из двух астероидов, размер каждого превышает 100 км!
«Люси» и бинарный астероид (617) Патрокл и Менотий. Иллюстрация. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab/Adriana Gutierrez.
«Люси» будет проводить исследования лишь во время сближений с астероидами и вся её научная нагрузка состоит исключительно из средств дистанционных наблюдений — увы, на этот раз никаких спускаемых модулей, приключений с забором грунта или сбросом ударных зондов, которыми нас радовали «Хаябуса-2» и OSIRIS-REx.
К каким же небесным телам летит АМС? В их число входят две крупные группы астероидов, состоящие из так называемых Ахейского (или Греческого) и Троянского лагерей. Эти названия — отсылка к именам участников Троянской войны, описанной в «Илиаде». После запуска и совершения двух гравитационных манёвров у Земли, «Люси» отправится к маленькому астероиду Главного пояса (52246) Дональдджохансон, относящегося к С-типу, мимо которого пролетит 20 апреля 2025 года. После этого АМС отправится уже к лагранжевым точкам системы Солнце–Юпитер. Сначала она нанесёт визит в «лагерь ахейцев»: 12 августа 2027 года станция совершит пролёт мимо двойного астероида (3548) Эврибат (сам астероид и его спутник S/2018 (3548)), 15 сентября того же года навестит (15094) Полимелу, а 18 апреля 2028 года пролетит мимо астероида (11351) Левкус, день на котором, кстати, длится 446 часов. 11 ноября 2028 года станция посетит (21900) Орус, который может быть богат углеродом. После этого «Люси» совершит ещё один гравитационный манёвр у Земли и отправится уже к «защитникам Трои»: 2 марта 2033 года она исследует двойную систему (617) Патрокл и Менотий, находящуюся в точке L5 в системе Солнце–Юпитер. Т.е. с учётом двойных астероидов выходит сразу восемь небесных тел, которые будут изучены зондом!
Ещё одним необычный аппаратом, запущенным к астероидам, стал DART. Это первый в истории космонавтики аппарат в рамках международного проекта по созданию защиты Земли от малых небесных тел! Нет, конкретных известных угроз нашему общему дому, к счастью, сейчас нет, лишь только потенциально опасные объекты, DART — экспериментальная миссия.
DART подлетает к двойному астероиду (65803) Дидим. Иллюстрация. Credit: NASA/Johns Hopkins APL.
DART (Double Asteroid Redirection Test, русс. «Испытания перенаправления двойного астероида») — первый в истории проект по изменению траектории астероидов и их перенаправлению. С помощью него человечество опробует на практике один из методов защиты Земли от астероидов — кинетический удар (или кинематический таран). Миссия осуществляется NASA совместно с ESA. Целью стал (65803) Дидим — околоземный астероид из группы аполлонов диаметром около 800 метров, у которого есть 160-метровый спутник Диморф, вращающийся вокруг основного астероида по орбите радиусом 1,1 км с периодом всего в 11,9 часа. (65803) Дидим был выбран неслучайно. Во-первых, этот двойной астероид периодически сближается с Землёй. Во-вторых, до астероида легко долететь, если правильно выбрать окно запуска: количество энергии, которую должен получить аппарат для выхода на нужную орбиту, даже меньше, чем при запуске к Луне. В-третьих, на двойном астероиде, состоящем из относительно небольших небесных тел, проще наблюдать изменение орбиты. В-четвёртых, это совершенно безопасно для Земли.
На иллюстрации отмечены текущая орбита Диморфа, и новая, которая будет, согласно расчётам, после столкновения с ним DART. Credit: NASA/Johns Hopkins APL.
Планируется, что столкновение DART с Диморфом произойдёт в октябре 2022 года, когда (65803) Дидим будет на расстоянии около 11 миллионов километров от Земли. Благодаря этому столкновение смогут наблюдать некоторые обсерватории. Кроме того, вместе с DART к Дидиму отправится итальянский кубсат LICIACube с двумя оптическими камерами — он отделится от основного аппарата за 10 дней до тарана астероида и будет следить за ходом всего процесса, передавая снимки на Землю. Первоначально планировалось, что вместе с DART к астероиду (65803) Дидим полетит и европейская станция Hera, но планы ESA изменились, она отправится только к 2024 году — изучать последствия столкновения.
Удар создаст кратер и высвободит астероидный материал, часть которого выйдет за пределы космической системы (65803) Дидим. Поскольку ближайшая точка приближения двойного астероида к орбите Земли составляет всего 6 миллионов км, что примерно в 16 раз больше расстояния Земля—Луна, какое-то количество выброшенного материала через неопределённое время попадёт на Землю, вызвав первый в истории искусственно созданный метеоритный дождь! Но он, правда, будет, скорее всего, очень слабым.
В декабре была запущена космическая обсерватория Imaging X-ray Polarimetry Explorer. Она позволит астрономам впервые исследовать скрытые детали некоторых из самых экстремальных и экзотических астрономических объектов.
Imaging X-ray Polarimetry Explorer. Иллюстрация. Credit: NASA.
325-килограммовый аппарат оснащён тремя телескопами для отслеживания источников рентгеновского излучения во Вселенной и будет работать на околоземной орбите с высотой около 600 км. Imaging X-ray Polarimetry Explorer будет исследовать такие объекты, как нейтронные звёзды и пульсары, но главная цель — изучение чёрных дыр. Они могут нагревать окружающие их газы до миллиона градусов и более. Высокоэнергетическое рентгеновское излучение, которое излучается этим газом, может быть поляризовано, что и будет изучать космическая обсерватория.
Но, пожалуй, самым ожидаемым и важным событием в научном мире стал запуск космической обсерватории «Джеймс Уэбб».
Телескоп «Джеймс Уэбб» в космосе. Иллюстрация. Credit: NASA/ESA/CSA.
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» создан в результате международного сотрудничества 17 стран, во главе которых стоит NASA, со значительным вкладом Европейского (ESA) и Канадского (CSA) космических агентств. Это один из самых дорогих космических аппаратов в истории космонавтики — суммарные затраты на его создание приблизились к 10 миллиардам долларов США, хотя первоначальная смета проекта равнялась $500 млн. При этом телескоп создавался с 1996 года. «Джеймс Уэбб», названный так в честь талантливого руководителя NASA, пал жертвой пересмотров концепции и неэффективного управления. Но всё позади — телескоп движется к точке Лагранжа L2, которую он достигнет в конце января. Стоит отметить, что первые наблюдения начнутся лишь через полгода, так как нужно время для охлаждения научных приборов до рабочих температур. Список первых целей содержит 286 заявок, которые в сумме займут около шести тысяч часов наблюдательного времени телескопа. В него входят уже открытые экзопланеты, диски вокруг молодых звёзд, туманности, галактики, квазары, объекты Солнечной системы.
Главное зеркало обсерватории — уникальная оптическая система. Оно сделано из бериллия и в шесть раз больше, чем у «Хаббла» — его площадь 27 квадратных метров, и при этом легче почти на треть. Зеркало покрыто тонким слоем золота, так как оно лучше отражает инфракрасное излучение и длинноволновую часть оптического излучения.
Сравнение главных зеркал «Спитцера», «Хаббла» и «Джеймса Уэбба». Credit: NASA/ESA/STScI/The Planetary Society.
Помимо зеркала, «Джеймс Уэбб» имеет различные инструменты для проведения исследования космоса от длинноволновой части оптического диапазона до среднего инфракрасного.
Ещё одна особенность «Джеймса Уэбба» — пятислойный теплозащитный экран. Он необходим обсерватории для защиты оптической системы и научных приборов от излучения Солнца, Земли и Луны. В развёрнутом состоянии экран похож размером на теннисный корт — 21,1 на 14,6 метра.
Телескоп должен проработать минимум пять с половиной лет, а через 10 лет после запуска у него подойдут к концу запасы топлива, а значит он потеряет способность поддерживать устойчивую гало-орбиту вокруг точки Лагранжа L2.
В статье были приведены основные события, связанные с началом или завершением различных миссий. Но, конечно же, множество других аппаратов в Солнечной системе, а некоторые даже за её пределами, продолжали свою работу в течение 2021 года, добывая бесценные для человечества знания. Не меньшее их число находится на стадии проектирования, чтобы вскоре также отправиться исследовать бескрайние космические просторы.
2022 год, как и 2021, обещает быть довольно интересным. Будем надеяться, что всё будет гладко, космонавтика продолжит своё развитие, а человечество сможет узнать много нового о бесконечных манящих космических далях, попутно ещё больше закрепляясь в них!
Author: Колпаксиди Александр Павлович.