Lunar Gateway: будівництво першого кроку до зірок

Наступна космічна станція

В історії освоєння космосу космічні станції були важливою віхою, оскільки вони дозволили космічним агентствам розробити та випробувати незліченну кількість систем, необхідних для тривалого перебування в космосі. Вони також дали нам уявлення про вплив невагомості на людське тіло та створили безпечну конструкцію для проведення багатьох наукових експериментів.

Оскільки очікується, що МКС почне сходити з орбіти через кілька років, може здатися, що новіша китайська космічна станція Tiangong, тепер відкривається для некитайських астронавтів, швидше за все, перший для російських космонавтів, стане найбільшою житловою спорудою в космосі в осяжному майбутньому.

Плани Китаю подвоїти станцію з 3 до 6 модулів у найближчі рокиЦе збільшило б його масу до 180 метричних тонн, або лише 40% від 450 тонн МКС.

джерело: Вікіпедія

Але це невірно, оскільки будується значно амбітніший проект, ніж МКС: Lunar Gateway.

Lunar Gateway є наріжним каменем програми Artemis, серії місій у глибокому космосі, спрямованих на повернення західних астронавтів на Місяць. Ви можете прочитати огляд місій Artemis та їх обґрунтування в «Місія «Артеміда: Полетіть мені на Місяць (Знову)»".

Місячні ворота з часом стануть опорною точкою для майбутніх висадок на Місяць Артеміди та пов’язаних з ними місій. Це також буде перша глибока космічна станція, що обертається навколо іншого небесного тіла, ніж Земля, і розташована на відстані приблизно 350,000 210,000 км від Землі (400 250 миль), тоді як МКС оберталася лише на XNUMX км над нами (XNUMX милях).

Навіщо будувати Місячні ворота?

Вписується в дизайн Artemis

Місії Artemis спрямовані на тривале перебування на Місяці протягом днів і тижнів і, зрештою, на постійне заселення цього місця.

Ви можете прочитати детальний опис програми Artemis у спеціальному звіті, який ми нещодавно опублікували.

Це означає, що багато матеріалів, запасних частин, запасів, персоналу та потенційної допомоги повинні бути розташовані в безпосередній близькості від місячних місій, а не як мінімум за кілька днів, навіть якщо припустити, що ракета готова до негайного запуску. Ось чому місія Artemis IV буде здебільшого присвячена будівництву Lunar Gateway, космічної станції, що обертається навколо Місяця.

джерело: Досліджуйте глибокий космос

Точна дата Артеміди IV невідома, оскільки програма зазнавала неодноразових затримок. Наразі «Артеміда II» запланована на квітень 2026 року, а «Артеміда III» стане першою людиною, яка висадиться на Місяць.

Хронологія «не раніше 2027 року». веб-сайт NASA, присвячений Gateway швидше за все, слід розуміти більш реалістично як дату 2028-2030 років.

Місячні ворота як надійна гавань

Боротьба з пилом

Загалом, NASA та космічні агентства набагато комфортніше почуваються під час тривалого перебування на космічних станціях, ніж на поверхні Місяця. Це пояснюється тим, що вони мають великий досвід успішного проведення подібних робіт на МКС.

Навпаки, Місяць представлятиме серію унікальних викликів.

Першим буде наявність місячного пилу. На відміну від пилу на Землі, відсутність атмосфери та ерозії означає, що місячний пил складається з надзвичайно гострих і абразивних мікрочастинок.

джерело: Національний інститут стандартів і технологій

Це, ймовірно, швидко пошкодить скафандри, ущільнення та обладнання на поверхні. Отже, безпечне місце без пилу, коли ви не досліджуєте Місяць, може стати порятунком для астронавтів Artemis.

«Частинки зубчасті через мільйони років ударів мікрометеоритів, липкі через хімічні та електричні сили та надзвичайно малі. Навіть невелика кількість місячного пилу може мати великий вплив на обладнання та системи».

Джош Літофскі – керівник проекту, який проводить кампанію тестування адгезії місячного пилу Gateway

Регулярні подорожі на Місяць можуть зрештою також вплинути на Місячні ворота, якщо після повернення астронавтів на станцію накопичиться занадто багато місячного пилу, що призведе до накопичення пилу зовні станції (і, сподіваємося, не всередині).

Ось чому NASA працює над програмою моделювання та аналізу місячного пилу Gateway On-orbit (GOLDMAP), який має передбачити, як пил може рухатися та осідати на зовнішніх поверхнях Gateway.

Ранні моделювання GOLDMAP показали, що місячний пил може утворювати хмари навколо Gateway, при цьому більші частинки прилипають до поверхонь.

Надання домашнього табору

Ще однією причиною будівництва Gateway є те, що це забезпечить великий простір для зберігання та проживання, який не потрібно буде висаджувати на Місяць. Це заощадить гроші та технічні потужності, оскільки таким чином на орбіті Місяця буде встановлено більшу масу та об'єм.

Зрештою, як незалежна станція, що знаходиться поруч, вона забезпечить астронавтам резервне місце на випадок, якщо під час дослідження на поверхні Місяця щось піде не так. Мікрометеорити або технічні збої можуть зробити місячні середовища існування непридатними для життя, і астронавти не можуть просто потрапити в евакуаційну капсулу, як на МКС, якщо це станеться. Їм знадобиться базовий табір якомога ближче.

Окрім цих критичних місій, Lunar Gateway також надаватиме послуги для місії дослідження Місяця, як-от високошвидкісний телекомунікаційний зв’язок, накопичення та передачу на Землю зібраних зразків місячних порід, сканування поверхні Місяця на наявність таких ресурсів, як вода тощо.

Огляд архітектури шлюзу

Шлюз буде побудований з 7 основних модулів, до яких буде прикріплена капсула «Оріон», що перевозить астронавтів на орбіту Місяця із Землі:

• Crew & Science Airlock, наданий Об’єднаними Арабськими Еміратами, для здійснення виходів у відкритий космос.
• Lunar-I-Hab із житловими приміщеннями та засобами життєзабезпечення, надані Європейським космічним агентством (ESA) і Японським агентством аерокосмічних досліджень (JAXA).
• HALO, наданий Northrop Grumman і NASA, житлове приміщення екіпажу.
• Lunar View, також від ESA, з вантажним відділенням і великими вікнами.
• Силові та рухові системи, включаючи 60 кВт електроенергії від сонячних батарей, найбільше, що коли-небудь вироблялося на космічному кораблі.
• Логістичний модуль, призначений для доставки вантажів та майбутніх наукових експериментів, як на космічній станції, так і за її межами, буде базуватися на кораблі SpaceX Dragon XL та оптимізований для перевезення понад п'яти метричних тонн вантажу до Gateway на місячній орбіті.
• Канада також надасть роботизовану руку Canadarm3, яка зможе пересуватися в різні частини станції.

джерело: NASA

(Ви також можете побачити повністю анімовану 3D-модель Місячного шлюзу за цим посиланням.)

Будівництво Місячного шлюзу

Силовий і руховий елемент (PPE) буде побудований Максар, а також житлово-логістичний аванпост (HALO), побудований компанією Northrop Grumman (NOC ) і обидва спочатку будуть запущені за допомогою важкої ракети SpaceX Falcon Heavy.

На HALO буде встановлена ​​велика антена HALO Lunar Communication System, яка була розроблена ESA. Дебет зв’язку становитиме від кількох Кбіт/с до 25 Мбіт/с залежно від відстані та споживатиме до 600 Вт.

Сонячну панель PPE надасть JAXA, яка також оснастить її батареями, щоб космічна станція не перебувала під сонячним світлом.

джерело: NASA

HALO і PPE витратить близько року на подорож до місячної орбіти, використовуючи високоефективний сонячно-електричний двигун і силу тяжіння Землі, Місяця та Сонця, щоб досягти місця призначення.

Потім Artemis 4 виведе на місячну орбіту космічний корабель Orion з екіпажем і Lunar I-Hab Gateway, які зістикуються з модулем HALO.

джерело: NASA

Решта модулів буде доставлено пізніше.

Artemis V привезе модуль Lunar View, а космічний корабель Human Landing System пристикується до Gateway.

Під час місії Artemis VI екіпаж Gateway і Science Airlock були надані ОАЕ Космічний центр Мохаммеда бін Рашида, що дозволить екіпажу та науковцям переміщатися в космічний вакуум і з нього.

Основним внеском Канади буде Canadarm3, роботизована рука на зовнішній стороні місячного Gateway. Це оновлення порівняно з Канадарм1, який встановлювався на кожному космічному човнику, і Канадарм2, який був встановлений на МКС.

Це допомагатиме обслуговувати, ремонтувати та оглядати Gateway, фіксуватиме транспортні засоби, що відвідують кораблі, допомагатиме астронавтам під час виходів у відкритий космос та забезпечуватиме наукові дослідження на місячній орбіті Gateway.

джерело: NASA

Шлюз овальної форми орбіта забезпечить доступ як до північного, так і до південного полюсів Місяця для орбітальних спостережень.

Експерименти Lunar Gateway

Хоча основна роль Gateway полягає в підтримці пілотованих місій з дослідження Місяця, вона також виконуватиме власні наукові експерименти.

Значна частина першої наукової роботи на космічній станції Gateway буде зосереджена на випромінюванні Сонця та далекого космосу.

ESA надасть внутрішню дозиметричну матрицю (МАР), за допомогою інструментів, наданих JAXA, для вивчення потенційного випромінювання всередині Gateway.

Тим часом набір експериментів з вимірювання випромінювання навколишнього середовища Heliophysics (ГЕРМЕС) та Європейський масив радіаційних датчиків (ERSA) проїде автостопом на екстер’єрі HALO, щоб виміряти радіацію навколо космічної станції.

Це важливий набір даних для збору, оскільки Місячні ворота стануть першим космічним середовищем існування поза захисною магнітосферою Землі. Таким чином, рівень радіації буде вищим, і набагато вищим під час сонячних бур.

джерело: NASA

Інструменти випромінювання також будуть активні, коли компоненти Gateway рухатимуться до місячної орбіти, проходячи через радіаційні пояси Ван Аллена, зону навколо Землі, де частинки високої енергії захоплюються магнітним полем нашої планети.

Таким чином, ці вимірювання розширять знання вчених про космічну погоду, щоб допомогти їм зрозуміти ризики, які становить радіація як для людей, так і для матеріалів.

Це буде важлива інформація для будь-якої майбутньої космічної місії на Марс, яка потребуватиме багатьох місяців або навіть років подорожей у глибокий космос із таким же впливом радіації.

Місячні ворота майбутнього

Оскільки термін служби Lunar Gateway спочатку очікувався на рівні 15 років, ймовірно, що основною місією буде дослідження Місяця.

Однак це може бути точкою шляху для першої пілотованої експедиції на Марс. Причина в тому, що на той момент МКС може перестати працювати. Але було б розумно, щоб астронавти мали карантин і тренування на орбіті перед відправленням у багаторічну подорож. Тож їх можна було б спочатку переправити до Місячних шлюзів, а потім на борту космічного корабля (чи, можливо, SpaceX Spaceship?), який відправиться на Марс.

Якщо на те пішло, наявність у глибокому космосі повністю функціонального середовища існування, оснащеного повітрям, їжею, екіпажем, енергією та обладнанням, може зробити Lunar Gateway хорошою базою для будь-якої роботи зі складання людини, яка потенційно знадобиться для підготовки майбутнього марсіанського космічного корабля.

Космічні середовища майбутнього

Гексагональні середовища існування

Перш ніж ступити в (все ще наукову фантастику) сферу величезних космічних середовищ, здатних обслуговувати сотні чи навіть мільйони людей, космічна промисловість повинна досягти серйозного прогресу.

Найвірогіднішим першим кроком є ​​відмова від випробуваної модульної системи, яка використовується для МКС і Місячного шлюзу.

Натомість збирання компонентів, необхідних у космосі, ймовірно, буде набагато ефективнішим.

Один із варіантів запропонований Інститутом Аурелії:

«У міру того як людство наближається до того, щоб стати космічним видом, ми швидко переростемо маленькі циліндричні труби, які визначили перше століття космічних польотів.

Майбутнє — за самозбірними, адаптивними та реконфігурованими конструкціями».

Ідея полягала б у тому, щоб використовувати самозбірні шестикутні модулі для побудови масивних геодезичних структур замість готових і зібраних на Землі циліндричних модулів, з якими ми більше знайомі.

Одним із таких прикладів є TESSERAE.

джерело: Інститут Аурелія

Це дозволить використати абсолютно величезну вантажопідйомність таких ракет, як Starship (150-200 тонн), чого ніколи раніше не мали у розробників космічних станцій.

Ви можете прочитати більше про цю концепцію з перша наукова публікація 2016 року написано вченим MIT Аріель Екблау.

Інший приклад розроблено в Think Orbital, прагнучи створити в космосі структуру, схожу на футбольний м’яч, діаметром від 4.5 до 20 м (15-65 футів), створюючи об’єм від 300 до 4000 м3.

джерело: Think Orbital

Надувні космічні місця проживання

Наразі всі космічні станції побудовані з використанням жорстких, виготовлених із Землі та зібраних модулів. Нова концепція починає кидати виклик цьому дизайну, надувні космічні місця існування.

Ця ідея спирається на прогрес, досягнутий у матеріалознавстві Вектранволокно, виготовлене з рідкокристалічного полімеру (LCP), матеріалу в 5 разів міцнішого за сталь і в 10 разів міцнішого за алюміній.

Lockheed Martin (LMT ) is вже тестує цю концепцію, а також ILC Dover, дочірня компанія Ingersoll Rand (IR ) та Космос Сьєрра.

Ця дизайнерська ідея обіцяє набагато більший житловий простір при тій же масі, ніж класичні модулі. Він також може поміститися в обмежений об’єм більшості пускових установок, що може бути таким же критичним обмеженням, як загальна маса великогабаритного обладнання.

Ці надувні місця існування можна використовувати для космічних станцій, а також для постійних станцій на Місяці чи Марсі.

Олдрін Сайклер

Нащадком Місячних шлюзів може бути так званий велосипедист Олдріна, або Марсовий велосипедист, який мав би постійну орбіту таким чином, щоб регулярно наближатися до Землі та Марса (зеленим унизу, червоним — орбіта Марса, а синім — Землі).

джерело: Ітан Макдональд

Таким чином ви можете побудувати постійну космічну станцію для транзиту людей на Марс і з нього з мінімальними потребами в паливі.

Він міг би мати важчий захист від радіації та місцеве виробництво їжі, а також більш комфортні та просторі кімнати та спортивні споруди, щоб підтримувати людей у ​​формі, незважаючи на відсутність гравітації.

Це виконувало б функцію, подібну до Місячних шлюзів, забезпечуючи більш безпечне та просторе середовище для астронавтів, ніж космічний корабель, але цього разу для місій дослідження Марса.

Така установка, ймовірно, буде обов’язковою для будь-якої розробки марсіанська економіка, включаючи будь-який транзит персоналу або космічний туризм.

Використання ресурсів на місці

Підняття будь-чого з орбіти все ще коштує тисячі доларів за кілограм. Це справедливо для їжі, води і навіть повітря, і робить будь-яку справді велику космічну споруду чи космічний корабель непомірно дорогими.

І навіть якщо надважкі пускові установки, такі як оптимізований Starship, стануть звичним явищем і почнуть масово виготовлятися, ціна, ймовірно, залишиться вище 100-200 доларів США за кілограм.

Це виключає деякі рішення, які були б дуже ефективними, але потребують занадто багато матеріалу, як, наприклад, метровий шар води, щоб зупинити випромінювання глибокого космосу.

Однак, якби ресурси з Місяця чи астероїда могли бути використані, це б повністю змінило рівняння.

Наприклад, навіть невелика комета може забезпечити мільйони тонн води, достатньої для створення радіаційних щитів для космічного середовища проживання та величезних космічних ферм для годування астронавтів без необхідності піднімати їжу з Землі взагалі.

Те саме можна сказати і про космічні станції. У довгостроковій перспективі масове виробництво важких чавунних/сталевих/титанових/алюмінієвих панелей і балок, ймовірно, утворюватиме структурні елементи космічних середовищ існування, а сировинні ресурси надходитимуть із видобутку астероїдів або ливарних виробництв на Місяці. Так само Місячні бази можуть бути побудовані з 3D-друкованого реголіту, замість імпортних матеріалів.

Висновок

Lunar Gateway — це амбітний проект, який має на меті досягти багатьох перших: першу пілотовану станцію в глибокому космосі, перше постійне перебування на місячній орбіті, перше позаземне поселення не на LEO (низькій навколоземній орбіті).

Водночас це проект, дуже схожий на МКС: він базується на багатонаціональній співпраці, побудований на модульній конструкції, випробуваній на попередніх космічних станціях, і призначений в основному для наукових експериментів і цілей дослідження космосу.

Ймовірно, це також буде остання з таких космічних станцій, оскільки більші пускові установки відкривають нові можливості з радикально іншими філософіями дизайну.

Це можуть бути модульні самозбірні панелі, надувні станції або навіть пізніше відправка в космос шахтного обладнання та ливарного цеху для виробництва на місці.

Але жоден із цих проєктів не буде реалізований без попереднього відкриття Місячної Брами, часу, коли людство вийде з-під захисту Землі та назавжди оселиться у порожнечі за сотні тисяч миль звідси.

Компанія Artemis-Linked

Lockheed Martin

Lockheed Martin — одна з найбільших у світі аерокосмічних та оборонних компаній, про яку ми детально розповідали у листопаді 2025 року у статті «…Lockheed Martin (LMT) у центрі уваги: ​​лідер у галузі оборони та аерокосмічної галузі".

Коротше кажучи, це компанія, що стоїть за такими літаками Вертольоти Black Hawk або F-16, а також сучасне обладнання, як F-35, літаючі радіолокаційні літаки або логістичні літаки, як Галактика С-5 & C-130J Super Hercules.

джерело: Lockheed Martin

Він також є виробником деяких найважливіших ракетних систем для американської армії, таких як JAASM, дротик, ATACMS та HIMARS, що користується надзвичайно високим попитом після виснаження запасів через конфлікт в Україні.

Він також є важливим постачальником систем протиракетної оборони, таких як морські AEGIS і THAAD (Terminal High Altitude Area Defense) від балістичних ракет.

джерело: Lockheed Martin

Зброя, однак, не все, що компанія робить. Lockheed є головним підрядником для проектування, тестування розробки та виробництва космічного корабля Orion, який може бути найменш суперечливою частиною всієї програми Artemis.

Оріон включає Каллісто, система допомоги на основі штучного інтелекту з голосовим керуванням, у партнерстві з Alexa від Amazon (AMZN ), який також включає тест підтримки відеочату з Землі у співпраці з Cisco (CSCO ).

джерело: Lockheed Martin

Чи буде програма зрештою розширена завдяки дешевшим і більш частим запускам за допомогою Starship? Це також може збільшити виробництво Orion.

Також стосується Артеміди, Компанія Lockheed оголосила про завершення критичних випробувань прототипу місячної сонячної батареї які можуть працювати на південних полюсах Місяця. це, однак, програв Лейдосу (LDOS ) проект для програми марсохода Artemis.

Компанія бере активну участь в інших космічних програмах, таких як ЇДЕ-Р метеорологічні супутники, колекція зразків астероїдів OSIRIS-REx, зонд Юпітера ЧЕРВОНЬ, радіаційно-захисний жилет AstroRad,

Загалом, від ключових військових систем до не менш важливих космічних апаратів і програм, Lockheed Martin є лідером американських інновацій і, здається, зберігає перевагу набагато гостріше, ніж багато його великих конкурентів-підрядників у сфері оборони. Компанія повинна отримати вигоду від наступних ітерацій програми Artemis, а також від багатьох інших місій у глибокому космосі та на Марс у довгостроковій перспективі.

Останнє про Lockheed Martin