Американский лунный трактор / Offсянка

⇡#Начало работ

Упомянутые выше предложения легли в основу четырёхэтапной программы исследования дальнего космоса, впервые сформулированной NASA в канун 1960 года. На первом этапе предлагалось создать автоматический пролетно-ударный зонд, запускаемый ракетой Atlas-Agena (позднее это направление привело к реализации проектов Ranger и Mariner), на втором — разработать автоматические станции для выхода на орбиту вокруг планеты-цели и посадки на ее поверхность, запускаемые носителем Atlas-Centaur (это направление вылилось в проекты Surveyor и Mariner). Третий этап предусматривал мягкую посадку на Луну тяжелого универсального роботизированного аппарата, четвертый — выполнение пилотируемых облетных миссий. Последние два этапа выполнялись с помощью носителей типа Saturn.

Вскоре из-за соображений экономии эта стройная программа стала видоизменяться. Первым на обочине оказался проект пилотируемого облётного корабля, затем начались дискуссии вокруг лунохода и напланетной станции. Причина — конкуренция между предложениями JPL и АВМА: первые были проще, имели меньшую размерность и могли быть реализованы более дешевыми носителями, вторые казались сложнее и дороже, но их научная ценность оспаривалась. А если аналогичные результаты можно получить более простым и дешёвым способом, зачем платить больше?

В результате на свет появились проекты исследования Луны автоматическими аппаратами Ranger, Surveyor и Prospector. Первые два были реализованы и достаточно известны, о третьем даже специалисты-историки знают куда меньше. Ответственность за все три возлагалась на JPL, тогда как за ABMA, в июле 1960 года преобразованным в Центр Маршалла, оставалась роль поставщика средств выведения.

В рамках системы Prospector («геолог», «изыскатель» или даже «старатель») NASA предполагало создать самый сложный и универсальный беспилотный космический аппарат первой четверти 1960-х, предназначенный для мягкой посадки на Луну «с полезным грузом весом в несколько тысяч фунтов». Система фактически должна была состоять из трех блоков: грузовой платформы, ровера и аппарата для возвращения на Землю образцов лунного грунта. Первый блок мог доставить на Луну любую из предлагаемых на тот момент научных полезных нагрузок, в том числе планетоход или возвратную ракету.

Prospector должен был занять место после аппаратов Ranger и Surveyor. Источник: https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=28478.20

Реальные работы по проекту пошли лишь с ноября 1960 года, и, поскольку проработку выполняли частные компании, единого подхода к концепции не было. Предполагалось только, что Prospector будет исследовать области Луны, «представляющие наибольший научный интерес либо являющиеся плановыми местами высадки астронавтов». Разработку предполагали завершить за три-четыре года, но, хотя Центр Маршалла получил высший приоритет по проекту Saturn, все силы JPL оказались брошены на Ranger, и Prospector на некоторое время остался «беспризорником».

Лишь летом 1961 года аэрокосмические фирмы получили кратковременные (сроком на три месяца) и сравнительно недорогие (суммой не более 50 тыс. $ каждый) контракты на детальное изучение конкретных технических вопросов проекта. Так прошел первый этап программы. На втором этапе, рассчитанном на шесть месяцев, начиная с 1 марта 1962 года, планировалось отобрать лучшие предложения участников конкурса по посадочной платформе, роверу и аппарату для возвращения образцов грунта. На третьем этапе, который начинался с 1 января 1963 года, предполагалось отобрать генеральных подрядчиков для реализации проекта под общим надзором JPL. Первый запуск системы намечался уже на год позже первоначальных планов, на 1966-й.

Предложения JPL и ABMA служили лишь ориентирами, и варианты участников конкурса оказались весьма разнообразны, из-за чего невозможно было точно оценить стоимость проекта. Выяснилось лишь, что это была очень дорогая по тем временам затея. В частности, смета, составленная весной 1961 года, определяла общую стоимость в 996 млн $ без учёта эксплуатационных расходов! Для сравнения: по первоначальной оценке, стоимость проекта Surveyor составляла около 120 млн $, но Prospector был на порядок сложнее…

К завершению программы стоимость проекта Surveyor выросла с расчетного значения в 120 млн $ до 469 млн $. Фото NASA

⇡#Луноходы и луночерпалки по-американски

В общих чертах принципы дистанционного управления американскими и советскими аппаратами были аналогичны — и теми и другими должны были «рулить» в режиме реального времени операторы с Земли, полагаясь на телевизионные изображения, передаваемые с Луны с малой частотой смены кадров. Система Prospector рассчитывалась на 4 кадра в секунду и минимальную требуемую скорость передачи данных порядка 2000 бит/с.

В состав полезной нагрузки могли входить датчики для составления карт магнитного и гравитационного поля Луны, телекамеры высокого разрешения для съёмок крупных планов и панорам, приборы для определения физических свойств лунного грунта и подповерхностных слоёв, масс-спектрометры для детального определения их микроструктуры и сверхчувствительный манометр для определения составных частей лунной атмосферы и давления на её поверхности. Кто-то даже говорил о газовом хроматографе для поиска органических молекул и примитивной жизни!..

А конструкции роверов могли быть различны. В частности, компания General Electric предложила одно-, двух- и трёхосные колёсные аппараты. Большинство приборов заимствовалось из программы Surveyor, за исключением активных сейсмических экспериментов. Миссия выполнялась в три этапа: прилунение с проведением научных измерений в четырех точках в радиусе 80 км от места посадки; расширение радиуса действия до 800 км; исследование обратной стороны Луны с использованием искусственного спутника-ретранслятора для связи с Землёй.

У фирмы Grumman был альтернативный двухосный вариант с четырьмя колёсами. Передняя и задняя части соединялись пространственным шарниром, что, по идее, обеспечивало планетоходу высочайшую проходимость.

Важнейшей составной частью проекта Prospector была доставка образцов лунного грунта на Землю. Несмотря на то, что NASA не выставило каких-либо конкретных требований, еще в конце 1959 года ABMA представило своё видение такой миссии. Предварительные расчеты показали, что при использовании Saturn B-1 система может вернуть более 11 кг образцов.

Схема миссии по доставке на Землю образцов лунного грунта. Источник: https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=28478.0

Как и в случае с советскими «Лунами», основной технической проблемой при решении такой задачи оставалось большое количество операций разделения, запуска двигателей, обеспечивающее сначала мягкую посадку, а потом старт с Луны и возвращение на Землю. Каждый из этапов сулил кучу неприятностей, тогда как большие затраты ресурсов требовали от миссии высочайшей надёжности. Однако по сравнению с Е-8 американский зонд был гораздо тяжелее и позволял особо не экономить на матчасти.

Как и в случае с ровером, миссии по возврату образцов могли развиваться поэтапно. Считалось, что вначале можно доставить на Землю небольшое — не более 2,3 кг — количество грунта из любой области Луны, затем можно было углубиться на 1,5—2 м, а в конце концов привезти образцы и керны из любого выбранного типа лунной поверхности — «моря» или «высокогорья». Наибольший научный интерес представляли бы доставки из семи конкретных мест, в том числе (возможно) с обратной стороны Луны.

Кроме трёх основных типов миссий, в рамках программы Prospector рассматривались и другие проекты. Например, изучался крупный стационарный посадочный аппарат, который к середине 1961 года превратился в долговременную геофизическую станцию с многочисленными приборами, отслеживающими вариации магнитного поля и сейсмической активности в течение двух лет или даже больше. Другая идея подразумевала доставку на поверхность Луны живых организмов для оценки опасности полётов за пределами радиационных поясов Земли. В качестве технической основы бралась ракета для возврата образцов лунного грунта.

В поддержку будущих пилотируемых полётов предлагалось оснастить Prospector радиомаяками и оборудованием для ретрансляции данных с пилотируемых кораблей, а также создать на его основе «логистический» аппарат для миссий снабжения.

Стационарный посадочный аппарат – напланетная станция. Источник: https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=28478.20

⇡#Конец?

В начале 1960-х ученые считали, что перед высадкой на Луну важно собрать исчерпывающие данные об окружающей среде, составе, структуре и топографии места посадки. Стремясь удовлетворить потребность в подробной информации, NASA рассматривало разные проекты — от спутников Луны, оснащенных автоматическим фотографическим и измерительным оборудованием, до систем точного определения состава и характеристик поверхности, полученных контактным способом с беспилотных посадочных станций и роверов.

Эти концепции не предполагали внезапного внедрения множества новых устройств и новых технологий и считались продолжением опыта Ranger и Surveyor. Тем не менее миссия Prospector требовала создания механизмов для передвижения по Луне, которые считались принципиально новыми.

Все эти проекты должны были обеспечить плавный переход от беспилотных к пилотируемым миссиям. Многочисленные варианты системы Prospector могли бы быть реализованы, если бы пилотируемая программа драматически не ускорилась.

25 мая 1961 года президент США Джон Кеннеди (John Fitzgerald Kennedy), выступая в Конгрессе, поставил перед нацией новую цель — до конца десятилетия отправить астронавтов на Луну и безопасно вернуть их на Землю.

Работы по проекту лунной экспедиции, неотъемлемой частью которого были носители семейства Saturn, получили статус национальной программы и «спуртанули». Внезапно оказалось, что и Prospector, и Apollo должны были выполняться в одно и то же время — примерно в 1966-1968 годах. Но в этом случае многие задуманные автоматические миссии становились бесполезными — они не успевали оказать техническую поддержку пилотируемой программе. Как отмечал британский историк космонавтики Бёрнэм (D.I. Burnham), «в одно мгновение статус проекта Prospector перескочил из предшественника в почти прямого конкурента Apollo!». Утверждение недалеко от истины, ибо обе программы претендовали на один бюджет.

Даже один из идеологов проекта Эйб Сильверстайн засомневался в его полезности. А менеджеры NASA из Группы космических задач STG (Space Task Group), отвечающие за Mercury и Apollo, утверждали, что Prospector не нужен ни в каком виде. По их мнению, ровер, управляемый астронавтом на Луне, будет проще и полезнее.

Проект сочлененного ровера фирмы Bendix, управляемого астронавтов. Источник: https://twitter.com/apollo_50th/status/1207337024648183808

Проект сочлененного ровера фирмы Bendix, управляемого астронавтом. Источник: https://twitter.com/apollo_50th/status/1207337024648183808

Некоторое время ряд полезных качеств, таких как высокая точность посадки — плюс-минус 1 км, позволили предлагать технологии проекта Prospector для экзотической схемы пилотируемой экспедиции по типу «встречи на поверхности Луны» (Lunar Surface Rendezvous). Имелась в виду доставка отдельно от пилотируемого посадочного корабля некоего ресурсного модуля с припасами и топливом для возвращения на Землю. Но после принятия схемы «Встреча на окололунной орбите» LOR (Lunar orbit Rendezvous) эта концепция оказалась неактуальной.

Почти год Prospector просуществовал в условиях неопределённости. JPL, не уверенная в его полезности и не имевшая к тому же поддержки Конгресса, не решалась направлять запросы промышленности на более детальную проработку аппаратов. К тому же в начале 1962 года она столкнулась с дефицитом бюджета на программу Ranger и вынуждена была перебросить на неё часть ресурсов из проекта Prospector.

А в 1963 году усилились и сомнения конгрессменов, отвечавших за выделение денег на космос. Изучив документацию, они подивились тому, что NASA не имело чётких представлений даже о базовых параметрах аппаратов Prospector — их масса, к примеру, варьировалась от 2,2 до 80 т! Оценка стоимости колебалась примерно в таких же пределах. В один из моментов слушаний председатель подкомитета Палаты представителей по науке и астронавтике Джозеф Карт (Joseph Karth) прямо спросил у представителей NASA, является ли проект «настолько «бумажным», что нет даже оценки стоимости программы?». Неудивительно, что подкомитет отказал в выделении средств. «Эта конкретная космическая система окажется ненужной в тот период времени, когда она будет доступна для использования», — резюмировали конгрессмены. Prospector был отменен…

⇡#Эхо — короткое и долгое

Несмотря на смерть проекта, Prospector еще некоторое время был на слуху. Офис беспилотных программ NASA начал исследования по проекту Surveyor Block II, а Офис пилотируемых программ — по проекту Лунного логистического аппарата LLV (Lunar Logistics Vehicle). Первый задумывался как робот-разведчик для выбора посадочных площадок под пилотируемые миссии Apollo и точного наведения на них, второй должен был решать задачу снабжения астронавтов.

Один из ранних вариантов «убежища» на основе грузового лунного модуля. Видны баллоны с водородом и кислородом для топливных элементов, наддува жилого отсека и перезарядки скафандров после выхода астронавтов в открытый космос. Рисунок NASA из документа Early Lunar Shelter Design and Comparison Study, Volume IV. Источник: https://falsesteps.wordpress.com/2016/09/30/the-early-lunar-shelter-stay-a-just-a-little-bit-longer/

Схема встречи на окололунной орбите LOR оказалась самой экономичной из рассмотренных, но имела крупный недостаток — на поверхность садился относительно лёгкий лунный модуль, имеющий крайне ограниченные ресурсы. Изначально два астронавта были способны пробыть в нем не более суток и с небольшим грузом вернуться для стыковки с командным модулем. По мнению специалистов, потребность в некоем вспомогательном корабле снабжения казалась очевидной.

LLV должен был обеспечить длительное пребывание астронавтов на лунной поверхности, служить им аварийным укрытием, обеспечивать длительное электропитание, доставлять на поверхность Луны связное оборудование и ряд других грузов. Изучались два варианта логистического аппарата: лёгкий, массой около 4 т, доставляемый на Луну носителем Saturn C-1, и тяжёлый (почти 41 т), использующий сверхтяжёлый Saturn C-5. По плану первый мог стартовать в 1966-м, а второй — в 1967 году.

Ориентировочная стоимость разработки LLV оптимистично оценивалась в полмиллиарда долларов. Дальнейшим развитием концепции должна была стать обитаемая лунная база, создание которой планировалось на середину 1970-х. Однако финансовые проблемы и отсутствие очевидных выгод от использования аппаратов снабжения в краткосрочной перспективе — политический и технический результат мог быть получен и без них — поставили крест и на этих планах.

Через 35 лет аппарат с названием Prospector все-таки отправился к Луне. Но это было уже совершенно другое изделие — автоматическая станция для исследования Луны Lunar Prospector, созданная NASA в рамках программы Discovery и запущенная 7 января 1998 года. На борту небольшого (всего 168 кг) аппарата, вышедшего на окололунную орбиту, находились магнитометр, электронный рефлектометр, нейтронный спектрометр, гамма-спектрометр и альфа-спектрометр. Станция успешно проработала до 31 июля 1999 года.