Сейчас одним из ключевых вопросов в аэрокосмической отрасли стала тема новых орбитальных станций – особенно на фоне постоянных обсуждений скорой ликвидации Международной космической станции (на самом деле до 2030 года осталось уже совсем немного времени). Тем более, сейчас все чаще напоминает о себе проблема утечки воздуха на МКС. И если три-четыре года назад многим казалось, что в самом скором времени удастся запустить минимум одну частную орбитальную станцию, то сейчас все чаще преобладают гораздо более сдержанные оценки…
На первый взгляд, между ступеньками «ракета-носитель – космический корабль – орбитальная станция» примерно одинаковое расстояние. На самом деле разрыв на стадии «ракета-корабль» намного меньше, чем на стадии «корабль-станция». При переходе на уровень «орбитальная станция» резко возрастает сложность технических задач. Попытки просто увеличить космический корабль и получить орбитальную станцию все же не дают долгосрочного результата. Что и показал опыт первых орбитальных станций Китая – Tiāngōng-1 и Tiāngōng-2. Обе они в 2011-2019 годах приняли только три пилотируемые экспедиции, которые в сумме провели 58 дней на орбите – 13 и 15 на Tiāngōng-1, 30 на Tiāngōng-2. Эти станции представляли собой сочетание модернизированного сервисного модуля от пилотируемого Shénzhōu и большого герметичного отсека. Позднее базовая платформа Tiāngōng-1/2 легко превратилась в грузовой корабль Tiānzhōu.
Один из ключевых параметров – время пребывания на орбите. SpaceX Crew Dragon может находиться в космосе либо до 10 дней (автономный полет, вроде миссий Inspiration4 или Polaris Dawn), либо до 210 дней (когда пристыкован к МКС). Другие пилотируемые корабли («Союз», его «брат» Shénzhōu, Boeing CST-100 Starliner) имеют близкие показатели автономности. Даже гипотетическое увеличение размеров космического корабля не всегда гарантирует соответствующую автономность. Наглядным примером могут стать 100-тонные Space Shuttle, которые за тридцать лет эксплуатации никогда не дотягивали до отметки в три недели пребывания на орбите – рекорд длительности полета для них составляет 17 дней 15 часов (миссия STS-80, Space Shuttle Columbia, продолжалась с 19 ноября до 7 декабря 1996 года).
Все эти цифры не сопоставимы со сроком службы полноценной орбитальной станции вроде советской «Мир» (14 лет) или Международной космической станции (уже 26 лет). Даже упрощенный список технических и технологических сложностей быстро разрастается до нескольких страниц, напечатанных мелким шрифтом – от систем жизнеобеспечения до прочности материалов в условиях длительного пребывания в космосе… Поэтому подобные проекты пока удавалось реализовать только в рамках государственных программ (советские «Салюты» и «Мир», американский Skylab, китайские Tiāngōng) или международного сотрудничества (МКС). В 80-90-х годах США не рискнули в одиночку запустить национальный проект станции Freedom – только позднее ее базовую концепцию удалось реализовать в виде американского сегмента МКС, причем только в тесном сотрудничестве с Европой и Японией.
Поэтому проекты орбитальных станций от частных компаний приходится оценивать с большой долей осторожности – даже с поправкой на достижения частников в космической сфере (где лидирует SpaceX, за ней пытаются тянуться Rocket Lab, Firefly Aerospace, Blue Origin). Сейчас чаще всего упоминают четыре проекта станций на низкой околоземной орбите, которые могли бы заменить МКС. Это Axiom Station (компания Axiom Space, Inc.), Haven 1 (компания Vast Space), Orbital Reef (совместный проект Blue Origin и Sierra Nevada Corporation), Starlab (ожидалось, что это будет программа компаний США, но сейчас она постепенно превращается в большой международный проект с участием корпораций Airbus и Mitsubishi).
Если оценивать шансы на запуск новой орбитальной станции в ближайшие пять лет, то этот короткий перечень можно легко сократить вдвое – временно отставить в сторону Orbital Reef и Starlab. Эти проекты пока существуют только на бумаге, причем их общие концепции успели не раз измениться, порой самым радикальным образом. Это уже произошло со Starlab, которая планировалась с большим надувным отсеком, а позднее превратилась в более традиционный металлический модуль. Зато Axiom Space, Inc. и Vast Space уже могут показать что-то материальное – как минимум, полноразмерный макет (Vast Space) или почти готовый корпус первого орбитального модуля (Axiom Space, Inc.).
Axiom Space, Inc.
Компания представила максимально рациональный проект, который позволит избежать временного «разрыва» между завершением деятельности Международной космической станции и запуском новой орбитальной станции. Общий принцип – создание на МКС дополнительного автономного блока модулей Axiom Orbital Segment (минимум три модуля), который позднее можно отстыковать и отправить в самостоятельное «плавание» под названием Axiom Station. То есть осуществляется плавный эволюционный переход от МКС к Axiom Station – при необходимости можно даже переместить часть научно-исследовательской аппаратуры и иного оборудования на новую станцию.
Плановая последовательность операций (в нынешней версии) – сначала запуск модуля AxH1, который в составе МКС станет дополнительным жилым и научным блоком. Но в дальнейшем он станет узловым модулем для новой орбитальной станции, о чем и говорит его конструкция – шесть точек стыковки (две с торцов, четыре радиально), к которым можно присоединить и новые модули, и стыковочные узлы для космических кораблей. Второй по счету модуль AxH2 будет оборудован автономной системой жизнеобеспечения и системой связи. После этого должна прийти очередь ключевого модуля – AxPT (Axiom Power Thermal), который должен обеспечить энергетическую независимость Axiom Orbital Segment от МКС.
Фото: Axiom Space, Inc.
Система из трех модулей (AxH1+AxH2+AxPT) пока что является тем самым минимумом, который позволит в дальнейшем безопасно отсоединить Axiom Orbital Segment от МКС и преобразовать его в отдельную орбитальную станцию. Кроме того, в дальнейшем AxH2 планируется оборудовать манипулятором, аналогом Canadarm-2 на Международной космической станции. Была даже версия, что при частичном демонтаже МКС манипулятор Canadarm-2 переставят на Axiom Orbital Segment. Однако такой вариант вызывает немало сомнений в возможности его реализации – Canadarm-2 размещен на ферменной конструкции МКС и его вряд ли получится переместить на обычный орбитальный модуль.
Сначала были оптимистичные планы, что AxH1 запустят в 2024 году – во всяком случае, компания Thales Alenia Space (получившая заказ на изготовление модуля) осенью 2021 года планировала уже в 2023 году передать готовый корпус в США для дальнейшей подготовки и оснащения. Но сейчас сроки сдвинулись минимум на два года – корпус будет доставлен не ранее лета 2025 года, его запуск к МКС запланирован на конец 2026 года. По всей видимости, все три модуля удастся собрать не ранее 2029 или даже 2030 года. Кроме того, в последнее время стали появляться слухи о финансовых проблемах Axiom Space, Inc. – то есть в любой момент проект Axiom Orbital Segment может оказаться под большим знаком вопроса.
На этом фоне интерес вызвала почти незамеченная новость Reuters в начале ноября о том, что Axiom Space, Inc. рассматривает варианты сотрудничества с Европой и Индией – пока в области применения их ракет-носителей при строительстве и снабжении станции. Вариант партнерства с европейцами выглядит вполне вероятным. У них уже есть ракета-носитель Ariane 6, которая способна вывести на орбиту грузовой корабль или даже один из модулей. Важно, что у ESA имеется опыт производства и запуска «грузовиков» к МКС – в свое время на ракете-носителе Ariane 5 были осуществлены пять запусков корабля ATV (Automated Transfer Vehicle) с грузоподъемностью до 7,5 т. Кроме того, ряд европейских компаний давно и активно работают над собственными проектами космических кораблей – например, The Exploration Company с ее грузовым Nyx (аналог Cargo Dragon, способен доставить на МКС до 4 т).
Гораздо больше удивил индийский вариант – ведь проект космического корабля Gaganyaan еще далек от реализации. Плюс в случае сотрудничества обоим партнерам поначалу придется ориентироваться лишь на возможности ракеты-носителя LVM3 (грузоподъемность до 10 т) и ее будущей новой полу-криогенной версии LVM3-SC (с керосиново-кислородным двигателем SCE-200 вместо двух гептиловых Vikas, что должно увеличить грузоподъемность до 13 т). В какой-то момент даже складывается впечатление, что в Axiom Space, Inc. ищут возможность как-то пополнить свой бюджет за счет продажи ISRO части своих разработок для применения в будущей индийской орбитальной станции Bharatiya Antariksha Station. Индийцы недавно заявили, что планируют запустить первый модуль из пяти уже в 2028 году, и завершить строительство станции к 2035 году. Учитывая нынешний уровень готовности пилотируемой программы Gaganyaan, эти сроки выглядят чрезмерно оптимистичными. Зато гипотетическое партнерство с Axiom Space, Inc. вполне может немного сократить отставание от такого графика.
На самом деле есть и другие «индийские» следы в деятельности Axiom Space, Inc. Весной 2025 года запланирован очередной частный пилотируемый полет на Международную космическую станцию, он же Axiom Mission 4 (четвертая миссия из заказанных компанией Axiom Space, Inc.). В составе миссии должен полететь индиец Шубханшу Шукла, а его дублером станет Прасант Наир – оба входят в отряд астронавтов Индии, которые проходят подготовку к будущим пилотируемым полетам Gaganyaan. Важно, что ISRO планирует отправить своего пилота на МКС в рамках сотрудничества с Axiom Space, Inc. (миссия на 14-20 дней), а не напрямую с NASA с ее полноценными экспедициями на шесть-семь месяцев пребывания на орбите. К этому необходимо добавить, что одним из директоров Axiom Space, Inc. является Перли Пандия, уроженка Индии. Подобные факты действительно трудно назвать простым совпадением…
Пока готовилась эта статья, буквально в последний момент (точнее, 18 декабря 2024 года) в Axiom Space, Inc. внезапно объявили об изменениях в графике сборки Axiom Orbital Segment. Прежде всего, изменена последовательность запуска модулей и их сборки – сначала будет отправлен энергетический Payload Power Thermal Module (Ax PPTM, он же AxPT), а позднее к нему пристыкуют Ax HAB-1 (он же AxH1). Этот вариант выглядит более логичным, поскольку в такой конфигурации достаточно двух модулей, чтобы получить максимальную автономность и превратить Axiom Orbital Segment в самостоятельную Axiom Station, с дальнейшим ее расширением и достройкой. Но при этом все сроки снова смещаются на неопределенный срок – пока ожидается, что два модуля удастся собрать вместе не ранее 2028 года.
Vast Space
Компания основана в 2021 году, свою деятельность начала в сентябре 2022 года. За последние полгода уже представила два проекта будущих орбитальных станций – одномодульной Haven-1 и полноценной Haven-2 (в перспективе до девяти модулей). Периодически появлялись намеки, что Vast Space тесно связана со SpaceX – еще в прошлом году существовала концепция большой орбитальной станции (аналога Skylab) на основе SpaceX Starship. Но сейчас этот проект с условным названием Starship-class Module пересмотрели в пользу новой концепции Haven-2.
Первым шагом является проект станции Haven-1, которая должна стать демонстратором технологий. Основные параметры – длина 10,1 м, диаметр 4,4 м, масса 14 т, герметичный объем 80 куб.м, жилой отсек 45 куб.м. Пока планируется, что Haven-1 будет запущен уже в конце 2025 года на ракете-носителе SpaceX Falcon 9. Ожидается, что станция проработает три года и примет за этот период не менее трех пилотируемых экспедиций (до четырех человек каждая), которые могут провести на орбите до двух-четырех недель. В целом, Haven-1 можно назвать аналогом советских одномодульных станций «Салют/Алмаз» первого поколения, которые оборудованы одним стыковочным узлом (два узла появились только на станциях второго поколения, начиная с «Салют»-6).
Что касается многомодульной Haven-2, то на первой стадии ее строительства используют увеличенные версии модуля Haven-1 – длина 16,0 м, герметичный объем 127 куб.м, жилой отсек 55 куб.м, масса 24 т, два стыковочных узла на торцах. Такие модули придется запускать уже на SpaceX Falcon Heavy. Первый этап планового строительства Haven-2 – с 2028 года вывести на орбиту четыре модуля с интервалом в полгода, которые будут состыкованы последовательно. Второй этап – запуск в 2030 или 2031 году центрального модуля Haven Core диаметром 7 м (минимум с четырьмя стыковочными узлами, плюс манипулятор класса Canadarm). Такой модуль можно вывести на орбиту только с помощью SpaceX Starship, в крайнем случае на Blue Original New Glenn. После этого к Haven Core в форме «креста» будут присоединены все четыре первых модуля, которые раньше находились на орбите в виде «гирлянды». В будущем к концам этого «креста» можно будет пристыковать еще четыре таких универсальных модуля.
В общих чертах концепция обеих орбитальных станций выглядит реальной. Но когда дело доходит до деталей, немедленно возникают вопросы. Например, во время презентации Haven-1 было упоминание, что эта станция не имеет полноценной автономной системы жизнеобеспечения – во время каждой пилотируемой экспедиции Haven-1 будет подключаться к системе жизнеобеспечения корабля Crew Dragon… Но потом эту деталь быстро убрали почти из всех публикаций, посвященных станции Haven-1. Видимо, подобная информация спровоцировала логичный вопрос – если Crew Dragon с герметичным отсеком 9 куб.м способен проработать в автономном режиме 10 дней, то как его система жизнеобеспечения обеспечит функционирование станции объемом 80 куб.м в течение минимум двух недель?
Другую серию вопросов вызвала одна особенность конструкции будущих Haven-1 и Haven-2. В Vast Space заявили, что каждый модуль получит минимум один большой обзорный купол диаметром 110 см (на увеличенных модулях Haven-2 планируется по два таких купола). Интересно, что на первоначальной версии Haven-1 этот купол планировалось разместить в носовой части модуля – то есть повторили идею обзорного купола, который был смонтирован на SpaceX Crew Dragon во время миссии Inspiration4 (на космическом корабле стыковочный узел заменили соответствующим переходником с куполом). Но в обновленной концепции Haven этот купольный иллюминатор «переместился» из носового конуса на бок модуля – то есть сама базовая конструкция модуля в этом случае потребовала серьезных изменений.
Такой монолитный обзорный купол требует соответствующих материалов и технологий изготовления, которые гарантируют сохранность купола при длительном пребывании в космосе. В SpaceX изготовили обзорный купол для Inspiration4 из материала на основе плексигласа – с толщиной стекла до 20 см. Но миссия Inspiration4 продолжалась лишь три дня. Выдержит ли такой купол многолетнее пребывание на орбите? Причем купол необходимо защищать от микрометеоритов и мелких частиц космического мусора – то есть потребуется еще и откидной защитный кожух (кстати, он не помешает также для защиты такого иллюминатора во время запуска). Для сравнения, достаточно взглянуть на конструкцию обзорного мини-модуля Cupola на Международной космической станции – конструкторы не стали рисковать со сферическими цельными куполами, а создали жесткую каркасную конструкцию из стали и алюминиевого сплава, с плоскими стеклянными многослойными окнами. Причем каждый такой стеклянный фрагмент защищен отдельной сдвижной или откидной металлической заслонкой.
Сроки запусков Haven-1 (конец 2025 года) и первого модуля Haven-2 (ориентировочно 2028 год) тоже вызывают сомнения. Сможет ли компания, которая начала свою деятельность лишь два года назад, наладить настоящее серийное производство модулей? Ведь согласно этому плану Vast Space должна в 2025-2030 годах произвести, полностью оборудовать и вывести на орбиту до шести модулей (включая Haven Core). Для сравнения, компания Thales Alenia Space с ее колоссальным опытом в космической отрасли только на изготовление и базовые испытания одного «пустого» модуля тратит два-три года, после чего еще минимум год уходит на его оснащение всем оборудованием. А если учесть, что Vast Space в 2028-2030 годах хочет запустить четыре модуля с интервалом в полгода, то компании в какой-то момент придется одновременно строить сразу четыре универсальных блока.
Хронология проекта Haven-1 интригует. Ведь 29 апреля 2024 года Vast Space сообщила, что завершила все предварительные исследования структуры будущего модуля. И сразу начала изготовление квалификационного образца – тестовой конструкции, которая должна пройти основные наземные испытания (давление, вибрация, перегрузки, температура). Теоретически, этот модуль можно потом вывести на орбиту как Haven-1, но такой вариант кажется сомнительным – как правило, именно по итогам квалификационных наземных испытаний начинают создавать полноценный рабочий образец. То есть Vast Space до конца 2025 года должна построить квалификационный модуль, провести все базовые испытания, внести соответствующие изменения в конструкцию, создать рабочий модуль, оборудовать его, снова протестировать и запустить на орбиту. Такие темпы кажутся оторванными от реальности… Более вероятным кажется вариант, что при благоприятном ходе событий Haven-1 запустят в 2026 году либо в начале 2027 года.
Конец декабря 2024 года внес ощутимые изменения во все предварительные оценки проектов частных орбитальных станций. Сначала Axiom Space, Inc. объявила, что значительно изменила график постройки своей орбитальной станции. А буквально через два дня в Vast Space сообщили, что компания подписала соглашение со SpaceX о запуске двух частных пилотируемых миссий к МКС – аналогичных миссиям Axiom Space, Inc. (Axiom-1, Axiom-2, Axiom-3, Axiom-4). То есть в Vast Space фактически признали, что сначала необходимо приобрести какой-то опыт полетов на орбиту, а потом уже организовывать пилотируемые миссии на будущую Haven-1. Даже в лучшем случае эти два полета Vast Space на Международную космическую станцию могут состояться в конце 2025 года и в середине 2026 года – только на формирование экипажей, курс подготовки, согласование графиков полетов с NASA уйдет не менее года. Пока эти факты только подтверждают высказанную выше версию, что запуск орбитальной станции Haven-1 состоится не ранее второй половины 2026 года.
Дополнительные наблюдения
Важная деталь – уже более полувека модули многих орбитальных станций (советские «Салюты» и «Мир», международная МКС, китайские Tiāngōng, будущие Axiom Station и Haven) разрабатываются под характеристики существующих ракет-носителей. Соответственно, все они имеют ограничения по массе и размерам – практически на всех орбитальных станциях модули имеют диаметр от 3,9 м до 4,6 м. То есть все нынешние технологии строительства модулей «заточены» под этот диапазон – включая проекты Китая, чья пилотируемая программа (от корабля Shénzhōu до станций Tiāngōng) почти полностью построена на технологиях, которые были старательно «вытянуты» из СССР после его распада.
Фото: NASA, CNAS
Когда возникает вопрос создания орбитальных модулей большего диаметра, приходится искать новые технологии производства – ни у кого нет опыта постройки корпусов диаметром 7-8 метров для станций диаметром 7-8 метров (как у будущих Haven Core и Starlab). Конечно, есть опыт Skylab диаметром 6,6 м, но его трудно применить при создании новых станций. Во-первых, Skylab строили по принципу «из того, что есть» – взяли готовую ступень S-IVB (третья ступень ракеты-носителя Saturn V), удалили все лишнее, произвели полную внутреннюю перестройку, оснастили оборудованием, после чего вывели на орбиту. Во-вторых, на современных орбитальных станциях атмосфера соответствует земной – с аналогичным давлением и составом (≈21% кислорода, ≈78% азота). А на Skylab давление было в три раза ниже (треть атмосферы), с составом ≈74% кислорода, ≈26% азота. То есть любой модуль большого диаметра все равно придется проектировать с нуля и разрабатывать для него целую череду новых технических и технологических решений.
Периодически появляются предложения переоборудовать SpaceX Starship в орбитальную станцию. Но такой план вызывает сомнения – станцию, которая минимум на две трети состоит из баков с криогенным топливом и оснащена пакетом двигателей Raptor (которые со своей тягой до 250 тс не слишком-то годятся для рутинных коррекций орбиты), трудно назвать равноценной заменой МКС. В этом случае действительно проще с нуля создать полноценный модуль орбитальной станции, с его дальнейшим запуском на Starship. Как правило, любая переделка специализированного аппарата под какие-то другие задачи превращается в полумеру – когда многие недостатки предыдущей конструкции остаются, а приобретенные преимущества не слишком велики.
Однако есть вариант, при котором Starship можно использовать как орбитальную станцию – вывести на околоземную орбиту «марсианскую» версию пилотируемого корабля. Экипаж прибывает на борт с помощью двух-трех Crew Dragon (останутся в качестве «спасательных шлюпок»), после чего проводится имитация полета на Марс – минимум полгода или год в автономном режиме, без снабжения с Земли, исключительно за счет резервов на борту корабля. Это отличная возможность проверить в деле все ключевые системы будущего пилотируемого марсианского корабля. Потом можно попробовать осуществить посадку «станционного» Starship на Землю после 6-12 месяцев пребывания на орбите. Главное преимущество такого эксперимента – все выявленные технические проблемы можно изучить непосредственно на околоземной орбите или даже на Земле (в случае успешного возвращения корабля), а не только по данным телеметрии за десятки и сотни миллионов километров от Земли.
Даже при изучении такого сокращенного списка потенциальных орбитальных станций (два варианта из четырех основных) становится очевидно – на самом деле это сложный и непредсказуемый процесс, в котором метод «штурма и натиска» не очень-то работает. Учитывая современные экономические и политические реалии, часть этих проектов могут быть либо закрыты, либо остановлены на какой-то стадии, либо пройдут очередное полное изменение концепции (что и подтвердила недавняя новость об изменении последовательности сборки Axiom Orbital Segment). Возможно, уже в 2025 году все ранее представленные концепции и планы Axiom Station или Haven-1/2 получат очередные радикальные изменения… Особенно на фоне нарастающей неопределенности с проектом окололунной станции Lunar Gateway, уровень сложности которого выше, чем почти у всех околоземных станций вместе взятых.
Телеграм-канал автора статьи, посвященный разным космическим темам и событиям – Space&World (https://t.me/UAspaceandworld)