Космический форум Харьковского планетария

Crew Dragon Demo-2. Все о пилотируемом запуске SpaceX

Если погода будет благосклонна, 27 мая 2020 г. в 20:33:31 UTC (23:33:31 по киевскому времени) состоится запуск ракеты-носителя Falcon 9 Block 5 и космического корабля Crew Dragon с двумя астронавтами на борту. Это первый пилотируемый старт с территории США за последние 9 лет, и ждут его лишь немногим меньше, чем в свое время ждали первого полета астронавтов на Луну. Что запланировано и почему это так важно? Начать, естественно, придется издалека, примерно с конца 60-х гг. прошлого века.

Конец эпохи шаттлов
Программа Space Shuttle, первые работы по которой начались еще в 1969 г., до посадки Apollo 11 на Луну, была официально представлена публике в 1972 г. Собственно сами челноки описывались тогда как «Космические грузовики», предназначенные для сборки и обслуживания будущей низкоорбитальной космической станции США, чье строительство было запланировано на середину 80-х гг. прошлого века. Как мы знаем, проект станции Freedom, представленный президентом Рейганом в 1984 г., так и не был воплощен в реальность, превратившись в конце концов в совместный проект пяти космических агентств, приведший к созданию Международной космической станции. Собственно, шаттлы приняли самое активное участие в сборке МКС, подвозя модули как американского, так и российского производства. К 2011 г. растянувшееся на 13 лет строительство было в целом завершено и предполагавшийся изначально как временное решение, дорогостоящий и отслуживший уже более 25 лет флот шаттлов (самые старые корабли, Challenger и Columbia, были потеряны еще во время инцидентов 1986 и 2003 гг.), ушел на покой.

В качестве замены шаттлам NASA готовила в 2005–2009 гг. программу Constellation, включающую в себя создание космического корабля Orion (Lockheed Martin, Airbus Defence and Space) и ракеты-носителя Ares I (Alliant Techsystems, Boeing), но в 2010 г. администрация Обамы объявила о прекращении финансирования Constellation. Вместо этого в том же 2010 г. стартовала Commercial Crew Program, в рамках которой в 2014 г. Boeing и SpaceX получили контракты на разработку пилотируемых кораблей для полетов к МКС.

Atlantis в последний раз выкатывается на стартовую площадку LC-39A. 31 мая 2011 г.
Финальный полет по программе Space Shuttle совершил челнок Atlantis (миссия STS-135). 8 июля 2011 г. корабль отправился в космос с исторической «лунной» стартовой площадки LC-39A на мысе Канаверал. Как оказалось, это был последний на длительный срок пилотируемый запуск с территории США. Россия стала единственной страной в мире, способной осуществлять доставку людей и грузов на МКС.

NASA и «Роскосмос»
Впрочем, NASA начала «покупать билеты» на «Союзы» значительно раньше. Первым американцем, еще 14 марта 1995 г. попавшим в космос на российском корабле «Союз ТМ-21», стал Норман Эрл Тагард, для которого этот полет, включавший посещение станции «Мир», стал пятым и последним в карьере. Российские космонавты начали летать на шаттлах еще раньше. В рамках совместной программы Shuttle–Mir первым россиянином на борту американского корабля стал Сергей Крикалёв, шестой член экипажа шаттла Discovery миссии STS-60, стартовавшей 11 февраля 1994 г.

Космический челнок Atlantis и российская станция «Мир». 4 июля 1995 г.
С 2002 г., несмотря на активную эксплуатацию космических челноков, полеты американцев на «Союзах» стали регулярными – одно, а порой и два из трех мест в каждом стартовавшем с тех пор российском корабле занимали астронавты NASA. После 8 июля 2011 г. «Союзы» стали единственными способом доставки экипажей МКС. Вначале данное решение рассматривалось как временное, но в связи с завершением программы Constellation и задержками в реализации Commercial Crew Program, переходный период растянулся.

За 25 лет сотрудничества более 70 астронавтов NASA совершили полеты в космос на «Союзах», что обошлось агентству почти в $4 млрд. Текущая стоимость одного билета на «Союз» для NASA составляет около $86 млн. и, несмотря на ожидаемое начало полетов Crew Dragon и Boeing CST-100 Starliner, агентство собирается купить у «Роскосмоса» еще как минимум два места на конец 2020 – весну 2021 г. По крайней мере в списке экипажей «Союз МС-17» (старт запланирован на 14 октября 2020 г.), «Союз МС-18» (март 2021 г.) и «Союз МС-19» (сентябрь 2021 г.) пока еще значатся американские астронавты.

Make America Launch Again!
Впрочем, дело вовсе не в деньгах. Стоимость доставки на МКС одного астронавта на SpaceX Dragon 2 составит около $55 млн., а на Boeing Starliner — и вовсе $90 млн., даже дороже, чем у «Роскосмоса». При этом каждый запуск Dragon 2 будет обходиться NASA в $209 млн., а Boeing Starliner – $345 млн., так что об особой экономии речь не идет. Это в первую очередь вопрос престижа.

США – одна из трех великих космических держав, единственная, доставившая людей на Луну; не иметь возможности самостоятельно, со своей территории, запускать пилотируемые космические корабли для нее неприемлемо. С 8 июля 2011 г. в космос летают только русские и китайские корабли, мало того, за прошедшее время даже Китай совершил три пилотируемые миссии, в 2012, 2013 и 2016 гг., плюс совсем недавно провел испытание корабля нового поколения, а в 2021 г. планирует начать сборку собственной третьей космической станции.

Ares I-X, прототип ракеты-носителя программы Constellation на стартовом комплексе LC-39B. 26 октября 2009 г.
Не добавляли чиновникам NASA оптимизма и высказывания генерального директора «Роскосмоса» одиозного Дмитрия Рогозина, в 2014 г. предложившего американцам доставлять астронавтов на МКС с помощью батута. И хотя в NASA сделали вид, что не заметили этого демарша, слова Рогозина, похоже, неслабо задели многих в агентстве, именно в 2014 г., на фоне охлаждения американо-российских отношений, активизировались работы по Commercial Crew Program.

В преддверии запуска Crew Dragon Demo-2 NASA развернула нешуточную активность в социальных сетях под хештегом #LaunchAmerica. Этого запуска действительно с нетерпением ждут. Не зря же на ракете Falcon 9 вновь появился легендарный «червь» NASA, канонический логотип, использовавшийся агентством с 1975 по 1992 гг.

Falcon 9 Block 5
Crew Dragon Demo-2 станет 86 стартом для ракет семейства SpaceX Falcon 9. За прошедшее с первого запуска десятилетие ракета-носитель получила несколько серьезных апгрейдов и улучшений. Представленная в 2018 г. версия Block 5 является на текущий момент основной ракетой SpaceX, и именно она получила так называемый Human-rating certification NASA.

Одним из базовых требований NASA для получения разрешения на «перевозку людей» было замораживание дизайна. Ведь, по словам самих представителей SpaceX, до появления Block 5 не существовало двух одинаковых Falcon 9, небольшие изменения вносились при каждом запуске. NASA потребовала от SpaceX совершить несколько стартов подряд с одной и той же конфигурацией ракеты-носителя.

Falcon 9 Block 5 и Crew Dragon C205 во время миссии Crew Dragon In-Flight Abort Test. 19 января 2020 г.
Самым важным изменением в Block 5 стало использование новых carbon overwrapped pressure vessel (COPV), композитных баков высокого давления для гелия, которые стали причинами аварий Falcon 9 в 2015 и 2016 гг. Всего же в конструкцию было внесено около 100 изменений: на 7-8% увеличена тяга двигателей Merlin 1D; улучшенная система управления позволила экономить топливо при посадке возвращаемых ступеней; был увеличен объем обтекателя полезной нагрузки, стало возможно его многократное использование; термальное покрытие двигателей тоже стало многоразовым; решетчатые посадочные рули начали лить из титана; посадочные опоры теперь можно складывать при транспортировке и т.д. По словам Илона Маска, при необходимости Falcon 9 Block 5 можно подготовить к повторному запуску всего за сутки.

Crew Dragon
SpaceX Dragon 2 в конфигурации Crew Dragon – многоразовый космический корабль, развивающий идеи своего предшественника, грузового SpaceX Dragon. В то время как грузовая версия Cargo Dragon 2 придет на смену грузовику первого поколения, Crew Dragon, вместе с Boeing CST-100 Starliner, займется доставкой астронавтов на МКС и к будущей лунной станции Lunar Gateway. В отличие от своего предшественника, Dragon 2 может производить стыковку с МКС в автоматическом режиме, а не причаливаться в ручном режиме при помощи манипулятора Canadarm2.

Пилотируемая версия Dragon 2 оснащается системой аварийного спасения (САС) толкающего типа, состоящей из четырех боковых ускорителей, по два двигателя SuperDraco в каждом. САС была успешно испытана во время специальной миссии Crew Dragon In-Flight Abort Test 19 января 2020 г.

Еще одно важное отличие – новые парашюты версии Mark 3. Хотя парашютная система Mark 2 хорошо показала себя во время посадки Crew Dragon Demo-1, в SpaceX и NASA решили улучшить ее на базе тех данных, которые удалось собрать во время спуска. Общая площадь парашютов была увеличена, а для того, чтобы вместить их в старые обтекатели, пришлось поменять еще и материал.

Crew Dragon C206 перед интеграцией с Falcon 9 Block 5. 16 мая 2020 г.
Как и все космические аппараты США, кроме шаттлов, Crew Dragon приводняется, а не приземляется. Посадка миссии Crew Dragon Demo-2 запланирована в Атлантическом океане. Данные, собранные во время приводнения предыдущей тестовой миссии, привели к уменьшению вместимости Crew Dragon. По рекомендации NASA, посчитавшей, что перегрузки, испытываемые астронавтами во втором ряду, будут слишком высокими, инженеры SpaceX демонтировали три задних кресла, превратив Crew Dragon в четырехместный.

В миссии Crew Dragon Demo-2 используется корабль с серийным номером C206, это пятый Dragon 2, построенный SpaceX. Корабль с серийным номером C201, принимавший участие в первой тестовой миссии Crew Dragon Demo-1 и побывавший в космосе в марте 2019 г., был уничтожен во время статического прожига, предшествующего In-Flight Abort Test. Для полноценной первой миссии на МКС в конце 2020 г. SpaceX готовит корабль с номером C207, сборка которого еще продолжается.

На данный момент повторное использование кораблей Crew Dragon для пилотируемых миссий не планируется. После восстановления они будут летать в качестве грузовых. Впрочем, существует немалая вероятность, что именно C206 попадет в какой-то музей.

Экипаж
Как и во время первых испытательных полетов космических челноков в начале 80-х гг. прошлого века, Crew Dragon совершит первый пилотируемый полет с неполным экипажем. При максимальной вместимости 7 человек в миссии Demo-2 примут участие только два астронавта.

Командиром корабля назначен Даглас Джеральд Хёрли (53 года), астронавт, пилот-испытатель и полковник корпуса морской пехоты, для которого этот полет станет третьим в карьере. Очень символично, что именно Хёрли в качестве второго пилота принимал участие в последнем полете шаттла Atlantis, той самой, уже упоминавшийся выше миссии STS-135. Во время двух предыдущих полетов Даглас Хёрли провел в космосе 28 суток 11 часов.

Даглас Джеральд Хёрли (справа) и Роберт Бенкен (слева) во время репетиции запуска Crew Dragon Demo-2. 23 мая 2020 г.
Вторым пилотом Crew Dragon стал Роберт Бенкен (49 лет), астронавт, подполковник ВВС и Глава управления астронавтов NASA с 2012 по 2015 г. Для Бенкена это тоже третий полет, до этого он принимал участие в миссиях шаттлов STS-123 (2008 г.) и STS-130 (2010 г.), за время которых провел в космосе 29 суток 12 часов. Забавно, что жена Роберта Бенкена, океанограф Кэтрин Меган Макартур, тоже астронавт, мало того, прямо сейчас она занимает должность помощника Главы управления астронавтов.

В отличие от шаттлов, Crew Dragon – полностью автоматический корабль, как на этапе взлета и стыковки с МКС, так и во время снижения и посадки. Астронавты могут взять управление на себя во внештатной ситуации, без которых, надеемся, этот полет обойдется.

Миссия
Falcon 9 Block 5 с кораблем Crew Dragon отправится в космос 27 мая 2020 г. в 23:33:31 по киевскому времени с того самого легендарного стартового комплекса LC-39A, с которого взлетали лунные миссии и космические челноки. 28 мая 2020 г. корабль должен «догнать» МКС и пристыковаться к переднему стыковочному узлу модуля Harmony, именно так в свое время причаливали шаттлы.

Профиль миссии Crew Dragon Demo-2.
Хотя изначально планировалось, что экипаж проведет на МКС только 8 дней, миссия была продлена на период от 30 до 119 дней, то есть посадка корабля произойдет не позже 23 сентября 2020 г. Теоретически Crew Dragon может провести в космосе до 210 дней, причем семь из них — в автономном полете.

Если запуск 27 мая 2020 г. не состоится из-за погоды, зарезервированы еще два стартовых окна – 30 Мая 2020 г. 19:22 UTC (22:22 по Киеву) и 31 Мая 2020 г. 19:00 UTC (22:00 по Киеву).

Что дальше?
Если миссия Crew Dragon Demo-2 увенчается успехом, на что все мы искренне надеемся, SpaceX и NASA начнут подготовку к полноценной эксплуатации кораблей Crew Dragon.

Следующий полет, USCV-1 (US Crew Vehicle-1) или же просто Crew-1, запланирован на сентябрь-ноябрь 2020 г. В него отправится Crew Dragon с серийным номером C207 в четырехместной конфигурации с четырьмя астронавтами на борту – тремя американцами и представителем японского космического агентства JAXA. Продолжительность этой миссии составит 210 суток.

А вот в миссии USCV-2 (US Crew Vehicle-2), или CTS-1, будет использоваться уже ракета-носитель Atlas V N22 и корабль Boeing CST-100 Starliner, тоже в четырехместной конфигурации. Запуск запланирован на 2021 г., но до того времени Starliner должен пройти еще несколько этапов сертификации.

Ракета-носитель Atlas V и космический корабль Boeing CST-100 Starliner перед миссией Boeing Orbital Flight Test. 18 декабря 2019 г.
После успешного испытания системы аварийного спасения в ноябре 2019 г., первая орбитальная миссия Boe-OFT, стартовавшая 20 декабря 2019 г., завершилась частичной неудачей. Из-за ошибки в программном обеспечении Boeing Starliner Spacecraft 3 Calypso не смог достигнуть МКС и провести стыковку, программа полета была прервана раньше времени. Следующая беспилотная миссия Boe-OFT 2 запланирована на октябрь 2020 г. А Boeing Crewed Flight Test, первый тестовый полет с экипажем из трех человек – на начало 2021 г.

По планам NASA, SpaceX и Boeing будут чередовать запуски к МКС. Интересно, что следующая после USCV-3 (SpaceX) запланированная миссия – Axiom Space Dragon mission 1, в которой SpaceX Crew Dragon по заказу компании Axiom Space повезет на МКС трех космических туристов. Предварительно это случится в конце 2021 г.