Строительство Артемиды: внутри огромного лунного ракетного завода НАСА

В течение 50 лет люди не путешествовали над Землей более чем на несколько сотен миль. Теперь план НАСА по возвращению на Луну набирает обороты.

НАСА собирается отправиться в путешествие, которого оно не совершало полвека. Чтобы добраться туда, ему нужен самый совершенный космический корабль: сверхтяжелая ракета, известная как Space Launch System, и пилотируемый корабль под названием Orion.

Вместе эти впечатляющие механизмы составляют «Артемиду» — исторический космический корабль и более широкую космическую программу, которая доставит первую женщину и первого цветного человека на Луну и затолкнет человечество дальше в глубокий космос, чем когда-либо прежде.

НАСА запланировало три полета Artemis в первые годы программы, все с использованием системы космического запуска — самой мощной ракеты, которую оно когда-либо создавало. У SLS не будет испытательного полета, и каждая ракета SLS будет летать только один раз.

Этот огромный космический корабль отправится на Луну во время своего первого запуска в этом году, возможно, к августу, без экипажа. Во время своего второго полета полезная нагрузка SLS, капсула Orion, будет сопровождать людей вокруг Луны, прежде чем снова войти в атмосферу Земли и достичь скорости 24 500 миль в час и температуры 5000 ° F. В третьем полете, намеченном на 2025 год, Orion высадит до четырех членов экипажа Artemis на Луну, которая находится на расстоянии в 1000 раз дальше от Земли, чем Международная космическая станция. Это будет первый раз, когда люди ступят туда с 1972 года.

Это амбициозная цель с соответствующей ценой: 93 миллиарда долларов с 2012 года, согласно недавнему аудиту. Но в 2022 году, через десять лет после того, как эти затраты впервые начали подсчитываться, первая ракета готовится к запуску. И мир, наконец, увидит, на что действительно способна лунная ракета следующего поколения.

Сборка Artemis — это масштабный проект, и он происходит на том же месте, где НАСА работало над аппаратным обеспечением, восходящим к космическим шаттлам и программам «Сатурн» и «Аполлон»: сборочному комплексу Michoud в Новом Орлеане.

Это место называют «Американским ракетным заводом». И вот НАСА, Боинг и Локхид Мартин создают оборудование, которое отправит нас в поистине историческое путешествие.

Как и любая фабрика, это целый улей, где в любой день проходят сборки для нескольких ракет. Тем не менее, люди здесь знают значение такого проекта, как Artemis.

«Мы не производим стиральные машины, — говорит Тим ​​Ливингстон, менеджер по интегрированному планированию Orion в компании Lockheed Martin в Мишуде. «Мы строим национальные сокровища».

Эпическая сборка

Представьте себе линию по производству автомобилей. Но вместо того, чтобы прикреплять двери и панели кузова, вы строите ракету высотой 322 фута, которая больше, чем Статуя Свободы. Для проекта такого размера требуется уникальная фабрика и 2 миллиона квадратных футов помещения.

«Что вам нужно, так это большие открытые пространства», — говорит директор сборочного цеха Мишуда Лонни Дютрейкс. «У вас должны быть широкие открытые проходы, у вас должны быть места с кранами, чтобы иметь возможность поднять тяжелую ракету. И нагрузка на пол — люди не понимают, что в Южной Луизиане нет фундамента… так что пол здесь должен быть усилен, чтобы выдержать вес».

Дютрей разговаривает со мной в комнате с моделями Мишуда, нависая над масштабной моделью всего сборочного цеха Мишуда и показывая мне путь, по которому ракета проходит через завод по мере его сборки. У него легкие манеры и сильное луизианское произношение — в отличие от застегнутой манеры поведения, которую я ожидал от инженера, наблюдающего за самым большим сооружением в Мишуде с тех пор, как была построена первая ступень «Сатурн-5» для первой программы «Аполлон». (Артемида I немного короче, чем Сатурн V, используемый для программы Аполлон, но он может поднять в космос на 1,3 миллиона фунтов больше полезной нагрузки. Будущая конфигурация Артемиды, над которой Мишуд уже начал работу и которая предназначена для более глубоких космических миссий., будет выше Сатурна).

Dutreix работает в космической отрасли уже несколько десятилетий. Он помогал создавать и тестировать детали для программы космических челноков в 1990-х годах. Но нет никакого самоуспокоения, которое приходит с этим опытом. Для Dutreix каждая часть этой сборки имеет решающее значение.

«Я использую аналогию, например, постройку самолета», — говорит он. «Мышление — это избыточность, надежность и множество испытаний, чтобы убедиться, что этот самолет будет безопасно выполнять свою работу, потому что у вас на борту есть люди. Что ж, возьмите это мышление с ракетой и усильте его в 100 раз».

В то время как НАСА уделяет особое внимание точности и безопасности в каждой космической программе и каждой постройке, за которую оно берется, ставки намного выше при полетах с экипажем. И хотя Artemis не запустит экипаж в своем первом полете, основное внимание в программе уделяется доставке людей на Луну и вглубь Солнечной системы.

В ближайшей перспективе НАСА сосредоточится на первых трех полетах Artemis.

Artemis I должен быть запущен в 2022 году и будет вращаться вокруг Луны без астронавтов. Этот полет проверит возможности системы космического запуска, космического корабля «Орион» и всех наземных исследовательских систем, поддерживающих полет. На Artemis II НАСА впервые отправит экипаж для облета обратной стороны Луны. Его запуск запланирован не ранее 2024 года. К Artemis III, который, по словам НАСА, произойдет не ранее 2025 года, третья ракета, наконец, отправит первую женщину и первого цветного человека, которые приземлятся на южном полюсе Луны и надавят на них. в лунную поверхность.

Каждая основная ступень и корабль Orion для этих полетов построены в Мишуде. На самом деле, ракета и корабль с экипажем для Artemis I уже были отправлены с объекта и направились к мысу Канаверал во Флориде. Сейчас Мишуд работает над Artemis II, III и IV, а также над деталями для будущих миссий в дальний космос.

«Мы должны опережать сборку, — говорит Дютрейкс. «Это не один и сделано».

Система космического запуска

В Мишуде Boeing делает основную ступень системы космического запуска или SLS. Здесь же Lockheed Martin строит сосуд высокого давления Orion, который является основной конструкцией, удерживающей сжатую атмосферу для выживания астронавтов в космосе.

Одна только основная сцена SLS имеет длину 212 футов, что больше, чем бассейн олимпийской длины. По сути, это два гигантских соединенных топливных бака: один, вмещающий 196 000 галлонов сверххолодного жидкого кислорода, и второй, больший бак, вмещающий 537 000 галлонов жидкого водорода. Эти баки вместе с твердотопливными ускорителями SLS (которые являются модернизированными частями программы шаттлов) обеспечивают тягу для подъема 27-тонной ракеты с Земли в космос.

Создание чего-то такого большого — гигантская задача, но, гуляя по Мишу, я понимаю, что это удивительно похоже на любую другую производственную линию — отдельные кольца, из которых состоит ракета, свариваются вместе, образуя бочки большего размера, а затем закрываются крышками, чтобы получились баки в форме таблеток… Компоненты могут быть массивными, но, как и в случае любой другой производственной задачи, инженеры собирают их по частям. Построить Артемиду (цитируя старый афоризм) — это просто съесть слона по кусочку за раз. Только в данном случае это гигантский слон из металла, и он летит в космос.

Стоя рядом с частями SLS на полу Michoud Assembly, я чувствую себя по-настоящему карликом. Но, по словам Боинга, несмотря на то, что SLS выглядит огромным, его стенки на удивление тонкие.

«Если вы представляете себе банку кока-колы, увеличенную до размера нашего бака с жидким водородом, толщина стенок вашего ствола довольно близка к тому же соотношению», — говорит Аманда Гертьеянсен, руководитель интегрированной проектной группы Boeing по основной стадии Artemis II.

«Техника, способная выдерживать давление, и сотни тысяч галлонов топлива, которые будут сожжены, — эти резервуары способны поддерживать такую ​​криогенную температуру и давление. Это довольно удивительно».

Прогуляться по Мишу — значит увидеть (и услышать) активно строящуюся ракету. Гигантские панели складываются для сварки, кольца ракеты передвигаются от станции к станции. Это занято и громко. И, так помогите мне, клянусь, есть один рабочий, чья работа состоит в том, чтобы следовать за мной по заводу в очень медленном темпе, перевозя гигантский кольцеобразный кусок ракеты на пищащем прицепе-платформе.

Все эти части ракеты SLS проходят через сборочный цех Michoud, в конечном итоге попадая в вертикальный сборочный центр, где они загружаются в гигантскую стопку, похожую на перевернутый дозатор Pez, и свариваются вместе в массивные танки.

Затем он отправляется в зону окончательной сборки, где баки окончательно соединяются или «сопрягаются» с секцией двигателя, чтобы стать полноценным SLS. И вот тут действительно становится очевиден масштаб сборки.

«Огромный размер корабля, который мы здесь строим, поразителен», — говорит инженер NASA Stages Чендлер Шойерманн. «Дизайн и производственный талант, необходимые для создания автомобиля такого размера — для всех инженеров в мире — должны шокировать и трепетать».

Внутри Ориона

Если SLS предназначен для создания чистой мощности и тяги для доставки астронавтов в космос, то конструкция корабля Orion предназначена для управления ими (и поддержания их жизни), когда они туда доберутся.

В то время как каждая часть сборки Artemis имеет решающее значение для миссии, ставки особенно высоки, когда речь идет о машине экипажа.

«Когда вы строите космический корабль, вы не можете ошибаться», — говорит Тим ​​Ливингстон, менеджер по интегрированному планированию Orion в Lockheed Martin. «Вы отправляетесь в среду, которую никто и ничто никогда не увидит. Поэтому вы должны убедиться, что продукт, который вы создаете, достаточно надежен, чтобы гарантировать, что транспортное средство или жизнь не будут потеряны».

Экипаж Orion Crew Vehicle состоит из нескольких секций. В базе находится Европейский служебный модуль, построенный Европейским космическим агентством, который будет направлять Orion в космос и вокруг Луны еще долго после того, как SLS будет сброшен после запуска. В нем также достаточно еды и воды для четырех астронавтов, чтобы пережить трехнедельную миссию.

Над служебным модулем находится модуль экипажа. Это герметичная капсула, которую строит Локхид. Он примерно на треть больше командного модуля Аполлона, а его вычислительные системы в 4000 раз быстрее. В нем есть места для четырех членов экипажа (а не три, как у «Аполлона»), укрытие от радиации, куда экипаж может укрыться во время солнечных бурь, и даже компактный тренажер. Но в то время как НАСА нацеливается на более длительные миссии в глубокий космос, эта капсула не совсем вместительна.

«Это все еще очень тесно», — говорит Ливингстон. «В большинстве миссий будет четыре астронавта… [поэтому] это будет тесный контакт в течение длительного времени».

Но даже несмотря на то, что космос тесный, мы все еще прошли долгий путь от эпохи Аполлона. Больше никаких впитывающих космических штанов. Вместо него есть туалет с закрывающейся дверью.

«Мы не строим стиральные машины… мы строим национальные сокровища».

Тим Ливингстон,

менеджер по планированию Orion Integrated,

Lockheed Martin

Эта капсула должна не только поддерживать жизнь астронавтов в космосе. Он также должен защищать их, когда они возвращаются на Землю. По словам Ливингстона, пилотируемые космические корабли, возвращавшиеся с низкой околоземной орбиты в течение последних четырех десятилетий, должны были выдерживать температуры около 3000°F. На обратном пути «Орион» прилетит из далекого космоса и во время входа в атмосферу достигнет скорости 24 500 миль в час — быстрее, чем любой современный космический корабль, предназначенный для людей. Эта высокая скорость означает более высокие температуры. Капсула Orion должна выдерживать температуру 5000°F, поэтому системы тепловой защиты существенно отличаются.

«Это суровая среда, — говорит Ливинстон. „Но именно поэтому они космонавты, а мы нет“.

Сапоги на Луне

Когда работа над SLS и сосудом высокого давления Orion завершается, команда Michoud отправляет их для дальнейших испытаний в Космический центр Stennis через границу в Миссисипи, а затем на сборку на мысе Канаверал во Флориде. И именно здесь окупается расположение Michoud в Новом Орлеане. Здесь SLS можно просто погрузить на баржу в глубоководном порту у порога Мишуда. Чтобы добраться до Космического центра Кеннеди, находящегося в 900 милях от мыса Канаверал, нужно шесть дней плавать на лодке, но путь к первому запуску Artemis был намного дольше.

Программа Artemis разрабатывается НАСА уже более десяти лет. Конгресс изначально призывал к тому, чтобы ракета была готова к запуску к концу 2016 года. И хотя космическое агентство надеется запустить Artemis I к концу года, эта дата уже несколько раз переносилась. Что касается сапог на Луне? 2025 год может быть амбициозным. На самом деле генеральный инспектор НАСА называет эту дату не раньше 2026 года.

И тогда есть стоимость. По словам генерального инспектора НАСА Пола Мартина, ожидается, что к 2025 году программа будет стоить космическому агентству (и налогоплательщикам) 93 миллиарда долларов. Каждый отдельный полет Artemis I, II и III оценивается в 4,1 миллиарда долларов.

В программе также проводились сравнения с другими ракетами большой грузоподъемности от частных компаний, таких как SpaceX, которая строит космический корабль Starship. Как и Artemis, Starship строится для перевозки экипажа и грузов на Луну и Марс. Но в отличие от программы Starship, модифицированные прототипы SLS или Orion не отправлялись в испытательные полеты для Artemis.

По словам Аманды Гертьянсен из Boeing, основная ступень, построенная в Мишуде, — это тот же аппарат, который был отправлен для огневых испытаний в Космический центр Стеннис, и тот же аппарат, который был доставлен Кеннеди.

„У вас есть прототип, испытательная машина и ракета-носитель — все в одном“, — говорит она.

И хотя Artemis I не будет нести астронавтов, по словам Гертьянсена, эта ракета по-прежнему является „транспортным средством для людей“, что означает, что она сертифицирована как безопасная для перевозки людей.

Кроме того, в отличие от Starship SpaceX, Artemis не предназначен для повторного использования. Каждая ракета запускается только один раз. Так что, когда частные компании запускают и приземляют одни и те же ракеты для повторных миссий, зачем тратить все эти деньги на одноразовую ракету?

Для НАСА повторное использование обходится дорого.

„Наша миссия — доставить на Луну как можно больше массы за один запуск“, — говорит Дютрекс из Michoud. „Когда у вас есть возможность многократного использования, за это начисляются дополнительные штрафы за вес. У вас должно быть оборудование для посадки, у вас должно быть дополнительное топливо — все это отнимает массу, которую вы могли бы доставить на Луну“.

Несмотря на стоимость программы, НАСА в конечном итоге хочет окупить свои инвестиции. По словам Дютрейкса, цель состоит в том, чтобы коммерциализировать Artemis и продать ракету всем, кому нужны возможности для тяжелых запусков.

„Мы хотели бы, чтобы Artemis V перевела производство на коммерческий уровень“, — говорит Дютрейкс. „Если вы построите ракету, вы можете продать ее любому, кому нужны мощные средства запуска… [и] если они могут сделать это дешевле и лучше, они должны это делать. Нам нужно посмотреть на вещи с высоким риском“. как полет на Марс».

Это наш первый, и это интересно.

Лонни Дютрейкс, директор сборочного цеха Michoud

И это долгосрочное видение. НАСА хочет, чтобы Артемида проложила путь в дальний космос. Эти ранние запуски Artemis являются ступенькой к более важной цели: доставить астронавтов на Луну, создать лунную базу, а затем отправиться на Марс в долгосрочной перспективе.

В последний раз, когда НАСА летало на Луну, оно изобретало колесо: пытаясь выиграть космическую гонку 1960-х и 70-х годов, запустив элитную группу астронавтов в путешествие в неизвестность. Теперь НАСА снова делает все это с Артемидой, сестрой Аполлона. Космическая программа, которая отправит в космос больше людей, а не только 24 человека, побывавших на Луне в эпоху Аполлона, или счастливую дюжину, которым довелось втиснуться в лунную пыль.

«Это наша первая игра, и она захватывающая», — говорит Дютрейкс. «Я пытаюсь воодушевить молодых инженеров и ученых тем, что они творят историю. Сейчас вы этого не осознаете. Но в какой-то момент, когда вы станете моими мы начали это».