Зараз одним з важливих питань в аерокосмічній галузі стала тема нових орбітальних станцій – особливо на тлі постійних обговорень про швидку ліквідацію Міжнародної космічної станції (насправді до 2030 року залишилося зовсім небагато часу). Тим більш, все частіше нагадує про себе проблема витоку повітря на МКС. Якщо три-чотири роки тому багато хто вважав, що вже найближчим часом вдасться запустити мінімум одну приватну орбітальну станцію, то зараз переважають набагато більш стримані оцінки…
На перший погляд, між сходинками «ракета-носій – космічний корабель – орбітальна станція» приблизно однакова відстань. Насправді розрив на стадії «ракета-корабель» є набагато меншим, ніж на стадії «корабель-станція». Під час переходу на рівень «орбітальна станція» стрімко зростає складність технічних завдань. Спроби просто збільшити космічний корабель і отримати станцію все одно не дають довготермінового результату. Що й підтверджує приклад перших орбітальних станцій Китаю – Tiāngōng-1 і Tiāngōng-2. Обидві вони у 2011-2019 роках прийняли тільки три пілотовані експедиції, які в сумі провели 58 днів на орбіті – 13 і 15 на Tiāngōng-1, 30 на Tiāngōng-2. Ці станції становили собою поєднання модернізованого сервісного модуля від пілотованого Shénzhōu і великого герметичного відсіку. Пізніше базова платформа Tiāngōng-1/2 легко перетворилася на вантажний корабель Tiānzhōu.
Один з найбільш важливих параметрів – час перебування на орбіті. SpaceX Crew Dragon може перебувати в космосі або до 10 днів (автономний політ, на кшталт місій Inspiration4 чи Polaris Dawn), або до 210 днів (коли пристикований до МКС). Інші пілотовані кораблі («Союз», його «брат» Shénzhōu, Boeing CST-100 Starliner) мають подібні показники автономності. Навіть гіпотетичне збільшення розмірів космічного корабля не завжди гарантує відповідну автономність. Наочним прикладом можуть бути 100-тонні Space Shuttle, які протягом тридцяти років експлуатації ніколи не доходили до позначки в три тижні перебування на орбіті – рекорд тривалості польоту для них становить 17 днів 15 годин (місія STS-80, Space Shuttle Columbia, тривала з 19 листопада до 7 грудня 1996 року).
Всі ці цифри взагалі не порівнянні з терміном служби повноцінної орбітальної станції на кшталт радянської «Мир» (14 років) або Міжнародної космічної станції (вже 26 років). Навіть спрощений перелік технічних і технологічних складнощів стрімко розростається до кількох сторінок, надрукованих дрібним шрифтом – від систем життєзабезпечення до витривалості матеріалів в умовах тривалого перебування в космосі… Тому подібні проєкти поки що вдавалося реалізувати лише в рамках державних програм (радянські «Салюти» та «Мир», американський Skylab, китайські Tiāngōng) або міжнародної співпраці (МКС). У 80-90-х роках США не ризикнули самотужки запустити національний проєкт станції Freedom – тільки пізніше її базову концепцію вдалося реалізувати у вигляді американського сегмента МКС, причому тільки в тісній співпраці з Європою і Японією.
Тому проєкти орбітальних станцій від приватних компаній доводиться оцінювати з чималою обережністю – навіть з врахуванням досягнень приватників у космічній галузі (де беззаперечно лідирує SpaceX, за нею намагаються тягнутися Rocket Lab, Firefly Aerospace, Blue Origin). Зараз найчастіше згадують чотири проєкти станцій на низькій навколоземній орбіті, які могли б з часом замінити МКС. Це Axiom Station (компанія Axiom Space, Inc.), Haven 1 (компанія Vast Space), Orbital Reef (спільний проєкт Blue Origin і Sierra Nevada Corporation), Starlab (спочатку очікувалося, що це буде програма компаній США, але зараз вона поступово перетворюється на великий міжнародний проєкт з участю корпорацій Airbus і Mitsubishi).
Якщо оцінювати шанси на запуск нової орбітальної станції в найближчі п’ять років, то цей короткий перелік можна легко скоротити вдвічі – тимчасово відсунути вбік Orbital Reef і Starlab. Бо ці проєкти поки існують лише на папері, при цьому їх загальні концепції встигли зазнати неодноразових змін, часом насправді радикальним чином. Це вже сталося з Starlab, яка спочатку планувалася з великим надувним відсіком, але пізніше перетворилася на більш традиційний металевий модуль. Зате Axiom Space, Inc. і Vast Space вже можуть показати щось матеріальне – як мінімум, повнорозмірний макет і заготовини (Vast Space) або навіть майже готовий корпус першого орбітального модуля (Axiom Space, Inc.).
Axiom Space, Inc.
Компанія запропонувала максимально раціональний проєкт, який дозволить уникнути тимчасового «розриву» між завершенням діяльності Міжнародної космічної станції та запуском нової орбітальної станції. Загальний принцип – створення на МКС додаткового автономного блока модулів Axiom Orbital Segment (мінімум три модулі), який пізніше можна відстикувати та відправити у самостійне «плавання» під назвою Axiom Station. Тобто здійснюється плавний еволюційний перехід від МКС до Axiom Station – за потреби можна навіть перемістити частину науково-дослідної апаратури й іншого обладнання на нову станцію.
Планова послідовність операцій (принаймні, в поточній версії) – спочатку запуск модуля AxH1, який у складі МКС стане додатковим житловим і науковим блоком. Але в майбутньому він стане вузловим модулем для нової орбітальної станції, про що й свідчить його конструкція – шість точок стикування (дві з торців, чотири радіально), до яких можна приєднати и нові модулі, і стикувальні вузли для космічних кораблів. Другим модулем стане AxH2, який буде обладнаний автономною системою життєзабезпечення та системою зв’язку. Після цього повинна надійти черга на ключовий модуль – AxPT (Axiom Power Thermal), який повинен забезпечити енергетичну незалежність Axiom Orbital Segment від МКС.
Фото: Axiom Space, Inc.
Система з трьох модулів (AxH1+AxH2+AxPT) поки що є тим самим мінімумом, який дозволить у майбутньому безпечно від’єднати Axiom Orbital Segment від МКС і перетворити його на окрему орбітальну станцію. Крім того, надалі планується обладнати модуль AxH2 маніпулятором, аналогом Canadarm-2 на Міжнародній космічній станції. Була навіть версія, що під час часткового демонтажу МКС маніпулятор Canadarm-2 перенесуть на Axiom Orbital Segment. Але подібний варіант поки викликає чимало сумнівів у можливості його реалізації – Canadarm-2 розташований на ферменній конструкції МКС, тому його успішне переміщення на орбітальний модуль виглядає малоймовірним.
Спочатку були оптимістичні плани, що AxH1 запустять у 2024 році – принаймні, компанія Thales Alenia Space (яка отримала замовлення на виготовлення модуля) восени 2021 року планувала вже у 2023 році передати готовий корпус до США для подальшої підготовки й обладнання. Але зараз всі терміни зсунулися щонайменше на два роки – корпус буде доставлений не раніше літа 2025 року, його запуск до МКС запланований на кінець 2026 року. Скоріш за все, всі три нових модулі вдасться зібрати разом не раніше 2029 чи навіть 2030 року. На додачу до цього, останнім часом стали з’являтися чутки про відчутні фінансові проблеми Axiom Space, Inc. – тобто в будь-який момент проєкт Axiom Orbital Segment може опинитися під чималим знаком запитання.
На цьому інформаційному тлі зацікавила майже непомічена новина Reuters на початку листопада про те, що Axiom Space, Inc. розглядає варіанти співпраці з Європою й Індією – поки що на рівні використання їх ракет-носіїв для будівництва та забезпечення станції. Варіант співпраці з європейцями виглядає цілком ймовірним. Бо вони вже мають ракету-носій Ariane 6, яка здатна вивести на орбіту вантажний корабель або навіть один з модулів станції. Важливим також є той факт, що ESA має досвід виробництва та запуску «вантажівок» до МКС – свого часу на ракеті-носії Ariane 5 були здійснені п’ять запусків корабля ATV (Automated Transfer Vehicle) з вантажністю до 7,5 т. На додачу до цього, вже кілька європейських компаній давно й активно працюють над власними проєктами космічних кораблів – наприклад, The Exploration Company з її вантажним Nyx (аналог Cargo Dragon, який здатний доставити на МКС до 4 т).
Набагато більше здивував індійський варіант – адже проєкт космічного корабля Gaganyaan поки ще далекий від його реалізації. Плюс у випадку співпраці обом партнерам спочатку доведеться орієнтуватися лише на можливості ракети-носія LVM3 (вантажність до 10 т) та її майбутньої нової пів-кріогенної версії LVM3-SC (з гасово-кисневим двигуном SCE-200 замість двох гептилових Vikas, що повинно збільшити вантажність до 13 т). Часом навіть виникає враження, що в Axiom Space, Inc. шукають можливість якось поповнити свій бюджет шляхом продажу ISRO частини своїх напрацювань для використання в майбутній індійській орбітальній станції Bharatiya Antariksha Station. Індійці недавно оголосили, що планують запустити перший модуль з п’яти вже у 2028 році, і завершити будівництво станції до 2035 року. Враховуючи поточний рівень готовності пілотованої програми Gaganyaan, ці терміни виглядають надмірно оптимістичними. Зате гіпотетична співпраця з Axiom Space, Inc. цілком здатна трохи скоротити відставання від такого графіка.
Насправді останнім часом можна помітити чимало «індійських» слідів у діяльності Axiom Space, Inc. Весною 2025 року запланований черговий приватний пілотований політ на Міжнародну космічну станцію, він же Axiom Mission 4 (четверта місія зі замовлених компанією Axiom Space, Inc.). У складі екіпажу повинен летіти індієць Шубханшу Шукла, а його дублером стане Прасант Наір – обидва входять до загону астронавтів, які проходять програму підготовки до майбутніх пілотованих польотів Gaganyaan. Важливо, що ISRO планує відправити свого пілота на МКС у рамках співпраці з Axiom Space, Inc. (місія на 14-20 днів), а не безпосередньо з NASA з її повноцінними експедиціями на шість-сім місяців перебування на орбіті. До цього слід додати, що одним з директорів Axiom Space, Inc. є Перлі Пандія, яка народилася в Індії. Такі факти насправді складно назвати простим збігом…
Оновлення: Поки готувалася ця стаття, буквально в останню мить (точніше, 18 грудня 2024 року) в Axiom Space, Inc. раптом оголосили про зміни в графіку збирання Axiom Orbital Segment. Перш за все, змінена послідовність запуску модулів і їх складання – спочатку буде відправлений енергетичний Payload Power Thermal Module (Ax PPTM, він же AxPT), а пізніше до нього пристикують Ax HAB-1 (он же AxH1). Цей варіант виглядає більш логічним, бо в цій конфігурації вистачить двох модулів, щоб отримати максимальну автономність і перетворити Axiom Orbital Segment на самостійну Axiom Station, з подальшим її розширенням і добудовою. Але при цьому всі терміни знову зсуваються на невизначений термін – поки що очікується, що ці два модулі вдасться зібрати докупи не раніше ніж у 2028 році.
Vast Space
Компанія заснована у 2021 році, свою діяльність розпочала в вересні 2022 року. Протягом останніх півроку вже представила два проєкти майбутніх орбітальних станцій – одномодульної Haven-1 і повноцінної Haven-2 (у перспективі до дев’яти модулів). Періодично з’являлися натяки, що Vast Space має тісні зв’язки з SpaceX – ще торік існувала концепція великої орбітальної станції (аналога Skylab) на основі SpaceX Starship. Але зараз цей проєкт з умовною назвою Starship-Class Module переглянули на користь нової концепції Haven-2.
Першим кроком є станція Haven-1, яка повинна стати демонстратором технологій. Основні параметри – довжина 10,1 м, діаметр 4,4 м, маса 14 т, герметичний об’єм 80 куб.м., житловий відсік 45 куб.м. Поки планується, що Haven-1 буде запущений вже наприкінці 2025 року на ракеті-носії SpaceX Falcon 9. Очікується, що станція працюватиме три роки та зможе прийняти протягом цього часу мінімум три пілотовані експедиції (до чотирьох осіб кожна), які можуть провести на орбіті до двох-чотирьох тижнів. Загалом, Haven-1 можна назвати аналогом радянських одномодульних станцій «Салют/Алмаз» першого покоління, які були обладнані одним стикувальним вузлом (два вузли з’явилися тільки на станціях другого покоління, починаючи з «Салют»-6).
Стосовно багатомодульної Haven-2, то на першій стадії її будівництва використають збільшені версії модуля Haven-1 – довжина вже 16,0 м, герметичний об’єм 127 куб.м, житловий відсік 55 куб.м, маса 24 т, по два стикувальних вузли на торцях. Такі модулі потрібно буде запускати вже на SpaceX Falcon Heavy. Перший етап планового будівництва Haven-2 – з 2028 року вивести на орбіту чотири модулі з інтервалом у півроку, які будуть стиковані послідовно. Другий етап – запуск у 2030 або 2031 році центрального модуля Haven Core діаметром 7 м (мінімум з чотирма стикувальними вузлами, плюс маніпулятор класу Canadarm). Такий модуль можна вивести на орбіту тільки за допомогою SpaceX Starship, у крайньому випадку на Blue Original New Glenn. Після цього до Haven Core в формі «хреста» будуть приєднані всі чотири перших модуля, які раніше перебували на орбіті в вигляді «гірлянди». Надалі до кінців цього «хреста» можна буде пристикувати ще чотири таких універсальних модулі.
В загальних рисах концепція обох версій Haven виглядає реальною. Але коли справа стосується різних деталей, негайно виникають питання. Наприклад, під час презентації Haven-1 була згадка, що ця станція не матиме повноцінної автономної системи життєзабезпечення – під час прибуття кожної пілотованої експедиції Haven-1 будуть підключати до системи життєзабезпечення корабля Crew Dragon… Але пізніше цю деталь швидко прибрали майже зі всіх публікацій, присвячених станції Haven-1. Скоріш за все, подібна інформація спровокувала логічне питання – якщо Crew Dragon з герметичним відсіком 9 куб.м здатний пропрацювати в автономному режимі 10 днів, то як його система життєзабезпечення зможе підтримувати функціонування станції об’ємом 80 куб.м протягом мінімум двох тижнів?
Другу серію питань викликала одна особливість конструкції майбутніх Haven-1 і Haven-2. У Vast Space заявили, що кожен модуль отримає щонайменше один великий оглядовий купол діаметром 110 см (на збільшених модулях Haven-2 плануються по два таких куполи). Цікаво, що на початковій версії Haven-1 цей купол планували розташувати в носовій частині модуля – тобто повторили ідею оглядового купола, яким був обладнаний SpaceX Crew Dragon під час місії Inspiration4 (на космічному кораблі стикувальний вузол замінили відповідним перехідником з куполом). Але в оновленій концепції Haven цей купольний ілюмінатор «перемістився» з носового конуса на бік модуля – тобто власне базова конструкція модуля в цьому випадку потребувала серйозних змін.
Такий монолітний оглядовий купол потребує відповідних матеріалів і технологій виготовлення, які гарантують здатність купола перебувати тривалий час в космосі. У SpaceX свого часу виготовили оглядовий купол для Inspiration4 з матеріалу на основі плексигласу – з товщиною скла до 20 см. Але місія Inspiration4 тривала лише три дні. Чи витримає такий купол багаторічне перебування на орбіті? При цьому купол потрібно захищати від мікрометеоритів і дрібних частин космічного сміття – тобто потрібний також відкидний захисний кожух (до речі, він буде корисним також для захисту такого ілюмінатора під час запуску). Для порівняння досить поглянути на конструкцію оглядового міні-модуля Cupola на Міжнародній космічній станції – конструктори не стали ризикувати зі сферичними цільними куполами, а створили жорстку каркасну конструкцію зі сталі й алюмінієвого сплаву, з пласкими скляними багатошаровими вікнами. При цьому кожен такий скляний фрагмент захищений окремою зсувною чи відкидною металевою заслінкою.
Терміни запусків Haven-1 (кінець 2025 року) і першого модуля Haven-2 (орієнтовно 2028 рік) також викликають сумніви. Чи зможе компанія, яка розпочала свою діяльність лише два роки тому, налагодити справжнє серійне виробництво модулів? Адже згідно поточного плану Vast Space повинна в 2025-2030 роках збудувати, повністю обладнати та вивести на орбіту до шести модулів (включаючи Haven Core). Для порівняння, Thales Alenia Space з її колосальним досвідом у космічній галузі тільки на виготовлення та базові випробування одного «порожнього» модуля витрачає два-три роки, після чого ще щонайменше рік йде на його обладнання всією апаратурою. А якщо врахувати, що Vast Space у 2028-2030 роках бажає запустити чотири модулі з інтервалом у півроку, то компанія в якийсь час мусить провадити одночасне будівництво відразу чотирьох універсальних блоків.
Хронологія Haven-1 інтригує. Адже 29 квітня 2024 року Vast Space повідомила, що завершила всі попередні дослідження структури майбутнього модуля. І негайно розпочала виготовлення кваліфікаційного зразка – тестової конструкції, яка повинна пройти основні наземні випробування (тиск, вібрація, перевантаження, температура). Теоретично, цей модуль можна потім вивести на орбіту як Haven-1, але подібний варіант здається сумнівним – зазвичай саме за підсумками кваліфікаційних наземних випробувань починають створювати повноцінний робочий зразок. Тобто Vast Space до кінця 2025 року повинна побудувати кваліфікаційний модуль, провести всі базові випробування, впровадити відповідні зміни до конструкції, створити робочий модуль, обладнати його, знову провести тестування та запустити на орбіту. Такі темпи видаються просто відірваними від реальності… Більш ймовірним здається варіант, що за сприятливого перебігу подій Haven-1 запустять у 2026 році або на початку 2027 року.
Кінець грудня 2024 року приніс помітні корекції до всіх попередніх оцінок проєктів приватних орбітальних станцій. Спочатку Axiom Space, Inc. оголосила, що суттєво змінила графік будівництва своєї орбітальної станції. А буквально за два дні в Vast Space повідомили, що компанія підписала угоду зі SpaceX про запуск двох приватних пілотованих місій до МКС – аналогічних місіям Axiom Space, Inc. (Axiom-1, Axiom-2, Axiom-3, Axiom-4). Тобто у Vast Space фактично визнали, що спочатку потрібно отримати якийсь досвід польотів на орбіту, а потім вже організовувати пілотовані місії на майбутню Haven-1. Навіть у найкращому випадку ці два польоти Vast Space на Міжнародну космічну станцію можуть відбутися наприкінці 2025 року та в середині 2026 року – тільки на формування екіпажів, курс підготовки, узгодження графіків польотів з NASA піде щонайменше рік. Поки всі ці факти лише підтверджують висловлену вище версію, що насправді запуск орбітальної станції відбудеться не раніше другої половини 2026 року.
Додаткові спостереження
Важлива деталь – уже понад півсторіччя модулі багатьох орбітальних станцій (радянські «Салюти» та «Мир», міжнародна МКС, китайські Tiāngōng, майбутні Axiom Station і Haven) проєктуються під характеристики наявних ракет-носіїв. Відповідно, всі вони отримали суттєві обмеження за масою та розмірами – практично на всіх орбітальних станціях модулі мають діаметр від 3,9 м до 4,6 м. Тобто всі поточні технології будівництва модулів «заточені» під цей діапазон – включаючи проєкти Китаю, чия пілотована програма (від корабля Shénzhōu до станцій Tiāngōng) майже повністю створена на технологіях, які свого часу були старанно «витягнені» з СРСР після його розпаду.
Фото: NASA, CNAS
Коли виникає питання створення орбітальних модулів великого діаметру, доводиться шукати нові технології виробництва – зараз ніхто не має досвіду створення корпусів для станцій діаметром 7-8 метрів (як у майбутніх Haven Core та Starlab). Звичайно, можна згадати досвід Skylab діаметром 6,6 м, але його складно застосувати при створенні нових станцій. По-перше, Skylab будували за принципом «з того, що є» – взяли готовий ступінь S-IVB (третій ступінь ракети-носія Saturn V), видалили все зайве, здійснили повну внутрішню перебудову, спорядили всім обладнанням, після чого вивели на орбіту. По-друге, на сучасних орбітальних станціях атмосфера відповідає земній – тобто з аналогічним тиском і складом (≈21% кисню, ≈78% азоту). А на Skylab тиск був втричі нижчим (третина атмосфери), зі складом ≈74% кисню, ≈26% азоту. Таким чином, будь-який модуль великого діаметру все одно доведеться проєктувати з нуля і створювати для нього низку нових технічних і технологічних рішень.
Періодично з’являються пропозиції переобладнати SpaceX Starship на орбітальну станцію. Але цей план видається сумнівним – станцію, яка мінімум на дві третини складається з баків з кріогенним паливом і обладнана пакетом двигунів Raptor (які з своєю тягою до 250 тс не надто придатні для рутинних корекцій орбіти), складно назвати рівноцінною заміною МКС. У цьому випадку дійсно простіше з нуля створити повноцінний модуль орбітальної станції, з його подальшим запуском на Starship. Зазвичай будь-яка спроба переробити спеціалізований об’єкт під якісь інші завдання перетворюється на якийсь «проміжний варіант» – коли більшість недоліків попередньої конструкції все одно залишаються, а надбані переваги не є надто великими.
Але все ж є варіант, коли Starship можна використати як орбітальну станцію – вивести на навколоземну орбіту «марсіанську» версію пілотованого корабля. Екіпаж прибуває на борт за допомогою двох-трьох Crew Dragon (залишаться в ролі «рятувальних шлюпок»), після чого здійснюється імітація польоту на Марс – мінімум півроку або рік в автономному режимі, без постачання зі Землі, виключно за рахунок резервів на борту корабля. Це чудова нагода перевірити в максимально реальних умовах всі ключові системи майбутнього пілотованого марсіанського корабля. Потім можна спробувати здійснити посадку такого «станційного» Starship на Землю після 6-12 місяців перебування на орбіті. Головна перевага такого експерименту – всі виявлені технічні проблеми можна дослідити безпосередньо на навколоземній орбіті чи навіть на Землі (за умови успішного повернення корабля), а не тільки за даними телеметрії за десятки і сотні мільйонів кілометрів від Землі.
Навіть під час дослідження такого скороченого переліку орбітальних станцій (два варіанти з чотирьох основних) можна відзначити очевидну деталь – насправді це складний і непередбачуваний процес, в якому метод «штурму та натиску» не надто спрацьовує. Враховуючи сучасні економічні та політичні реалії, більшість з цих проєктів можуть бути або анульовані, або зупинені на якійсь стадії, або отримають чергове повне оновлення концепції (що й підтвердила свіжа новина про зміну послідовності збирання Axiom Orbital Segment). Можливо, вже у 2025 році всі попередньо представлені концепції та плани Axiom Station або Haven-1/2 отримають чергові радикальні зміни… Особливо якщо згадати все більшу невизначеність з проєктом навколомісячної станції Lunar Gateway, рівень складності якого є набагато вищим, ніж майже у всіх навколоземних станцій разом.
Телеграм-канал автора статті, присвячений різним космічним темам і подіям – Space&World (https://t.me/UAspaceandworld)