Полет «Артемиды-1» к Луне зависит от точности ракетных запусков для достижения сложной траектории

Даже с помощью самой мощной ракеты, которую когда-либо создавало НАСА, доставить непилотируемый космический корабль Orion на Луну для испытательного полета Artemis 1 будет нелегко. Это будет зависеть от сложной серии точно спланированных маневров в глубоком космосе.Планировщики миссии должны были учесть постоянно меняющееся положение Земли и Луны, чтобы ракета Space Launch System точно доставила Orion в точку перемещения на низкой околоземной орбите для критического «транслунного впрыска» — TLI — запуска ракеты, которая начнет путешествие к Луне.Они должны были спроектировать траекторию, по которой «Орион» будет находиться на расстоянии 60 миль от поверхности Луны для пролета, после чего его путь будет направлен на запланированную «дальнюю ретроградную орбиту» — орбиту, которая доставит капсулу дальше от Земли, чем любой другой космический корабль с человеком.

Траектория должна минимизировать время нахождения корабля Orion на солнечных батареях в тени Луны, при этом последний облет Луны должен быть точно нацелен на падение капсулы в Тихий океан в светлое время суток, когда Земля движется в космосе и вращается вокруг своей оси.
Все эти факторы определили двухчасовое окно запуска, которое откроется в понедельник в 8:33 утра EDT, когда, если все пойдет хорошо, ракета Space Launch System высотой 322 фута стартует с площадки 39B в Космическом центре имени Кеннеди.Создав тягу в 8,8 миллионов фунтов при старте, ракета SLS выведет Orion, его служебный модуль и разгонный блок на начальную орбиту с высшей точкой, или апогеем, около 1100 миль и низшей точкой, или перигеем, всего 18 миль.Через десять минут после отделения от основной ступени SLS, но все еще присоединенного к промежуточной криогенной двигательной ступени, или ICPS, служебный модуль капсулы Orion, предоставленный Европейским космическим агентством, развернет четыре управляемые солнечные панели, чтобы начать подзарядку бортовых батарей.Единственный двигатель ICPS — Aerojet Rocketdyne RL10B — впервые запустится, когда космический корабль приблизится к высшей точке орбиты примерно через 51 минуту после старта. В результате «сгорания» низкая точка орбиты поднимется с 18 до примерно 115 миль.Двухчасовое окно лунного запуска SLS определяется требованием, чтобы ICPS достиг точки в космосе на противоположной стороне Земли от Луны, известной как антипод, где он может запустить свой двигатель, чтобы оторваться от земной орбиты и направиться к Луне.Эта точка постоянно движется, поскольку Земля вращается и движется по своей орбите вокруг Солнца, а Луна движется по своей орбите вокруг Земли. Траектория Artemis 1 разработана таким образом, чтобы перигей ракеты синхронизировался с антиподом, и двигатель мог отправить Orion в точку в космосе, где Луна будет находиться пять дней спустя.

В этот момент, через час и 36 минут после старта, двигатель RL10B корабля ICPS будет работать в течение 18 минут, что является самым продолжительным запуском, когда-либо выполнявшимся двигателями этого семейства, увеличивая скорость космического корабля примерно до 22 600 миль в час и фактически поднимая высокую точку орбиты до окрестностей Луны.Через полчаса после запуска двигателя TLI капсула Orion отделится от ICPS для самостоятельного полета. С этого момента ICPS продолжит движение к Луне, развернув по пути дюжину малых научно-исследовательских спутников, называемых CubeSats, перед тем как запустить двигатели для выхода на «утилизационную» орбиту вокруг Солнца.Тем временем диспетчеры Orion проверят двигатель системы орбитального маневрирования, питающий служебный модуль капсулы, выполнив четыре маневра коррекции траектории. Это позволит провести критически важный запуск двигателя «Outbound powered flyby».Это большой прожег, который фактически сдвинет «Орион» с места и направит его на запланированную дальнюю ретроградную орбиту (вокруг Луны)», — сказал руководитель полета Рик ЛаБрод. «Когда мы выполним этот запуск и пролетим мимо Луны, мы будем находиться примерно в 60 милях от ее поверхности. Это будет впечатляющее зрелище».
Вылет с питанием произойдет над обратной стороной Луны, когда «Орион» будет вне связи с управлением полетом.»Так что мы будем молиться, и я задержу дыхание», — пошутил ЛаБрод. «Но (мы) уверены, что все пройдет хорошо».После витка вокруг Луны, похожего на рогатку, еще одна вспышка выведет аппарат на запланированную далекую ретроградную орбиту.

Камеры внутри и снаружи

На протяжении всего полета камеры внутри и снаружи Orion будут документировать вид, передавая селфи и снимки космического корабля, Луны и Земли, включая запланированные виды восхода Земли над лимбом Луны, напоминающие знаменитый снимок из миссии Apollo 8, который стал символом экологического движения.
Все это время диспетчеры будут тестировать системы Orion и собирать непрерывный поток инженерной телеметрии для документирования работы космического корабля в условиях глубокого космоса. За служебным модулем будет вестись пристальное наблюдение, поскольку миссия «Артемида-1» продлится в два раза дольше, чем предусмотренный проектом 21-дневный срок сертификации модуля.Мы проводим информационно-разъяснительную работу с общественностью, в ходе которой мы, возможно, совершим маневр, сделаем селфи «Ориона» с Луной на заднем плане или Землей на заднем плане», — сказал ЛаБрод. «Мы попытаемся поймать восход Земли. Это впечатляющее зрелище».8 сентября «Орион» окажется дальше от Земли, чем рекорд, установленный экипажем «Аполлона-13» — 248 654 мили, — поскольку он совершит полтора круга вокруг Луны по этой далекой орбите.

Долгий путь домой

Путешествие домой начнется 21 сентября, когда двигатель служебного модуля снова запустится, чтобы сойти с далекой ретроградной орбиты и вернуться обратно к Луне. Три дня спустя, благодаря меняющейся геометрии Земли, Луны и космического корабля, «Орион» достигнет максимального расстояния от Земли в 280 000 миль.3 октября двигатель служебного модуля снова запустится, и «Орион» совершит еще один облет Луны, на этот раз на высоте около 500 миль. В результате этого пролета «Орион» войдет в атмосферу Земли точно в точке, необходимой для того, чтобы при дневном свете высадиться в Тихом океане в 50 милях или около того к западу от Сан-Диего.Если все пойдет по плану, Orion вернется на Землю 10 октября. За 20 минут до входа в атмосферу капсула отделится от уже ненужного служебного модуля и сориентируется так, чтобы ее теплозащитный экран шириной 16,5 футов был направлен в сторону движения.
Затем капсула врежется в верхнюю часть видимой атмосферы на высоте 400 000 футов, двигаясь со скоростью почти 25 000 миль в час. Космический корабль нырнет в атмосферу, чтобы замедлиться, а затем снова вынырнет, как камень, скачущий по озеру. Несколько мгновений спустя он войдет в атмосферу во второй раз, выдерживая температуру до 5 000 градусов, поскольку атмосферное трение замедляет скорость аппарата до примерно 300 миль в час.»На самом деле мы выполняем так называемый профиль входа с пропуском», — объяснил руководитель полета Джадд Фрилинг. «То есть мы войдем в интерфейс входа на высоте 400 000 футов, а затем сразу же начнем управлять вектором подъема капсулы таким образом, чтобы немного погрузиться в атмосферу, затем немного подняться и снова войти. Как только мы выйдем из этого второго периода, мы продолжим наше путешествие к месту падения».Орион» сбросит крышку парашютного отсека на высоте 35 000 футов с помощью трех небольших парашютов, которые, в свою очередь, вытянут два 23-футовых парашюта, которые стабилизируют космический корабль и помогут ему замедлиться до скорости около 130 миль в час.
Затем на высоте около 6 800 футов развернутся три пилотных парашюта шириной 11 футов, которые вытянут три основных парашюта капсулы шириной 116 футов. Основные парашюты замедлят спуск до относительно мягкой скорости 17 миль в час для падения на землю.Ожидаемая продолжительность полета после спуска: 42 дня, 3 часа и 20 минут.»После спуска мы оставим аппарат включенным примерно на два часа», — сказал Фрилинг. Мы проведем там некоторые испытания, тепловые испытания, чтобы убедиться, что у нас есть достаточное охлаждение для астронавтов, когда они окажутся на борту и будут ждать, когда их заберут эвакуационные команды».»А затем, после этого двухчасового периода, мы отключим питание аппарата и передадим (его) команде эвакуации, которая находится там на корабле ВМС».Совместная команда ВМС и НАСА, базирующаяся на корабле ВМС США «Портленд», соберет основной и нагнетательный парашюты, а затем присоединит тросы и отбуксирует «Орион» на колодезную палубу корабля — своего рода закрытый сухой док, который можно затопить или откачать воду.Орион» будет отбуксирован в затопленную камеру и установлен над монтажным приспособлением. Когда вода будет откачана, капсула осядет на крепление для отправки обратно на военно-морскую базу США в Сан-Диего, а оттуда — в Космический центр имени Кеннеди для детального осмотра.