Японський “Фобос-Грунт” зіткнувся з ризиком затримки старту на два роки

Імовірність перенесення місії Martian Moons eXploration, яка має доставити на Землю реголіт із супутника Марса, зростає з кожним днем. Остаточного рішення поки що не ухвалено, але готовність нової японської ракети H3 до найближчого пускового вікна до Червоної планети під великим питанням. Інших відповідних носіїв у Країни висхідного сонця немає.

Орбітальна механіка – штука безсердечна: вона диктує, як довго доведеться летіти до того чи іншого небесного тіла і скільки палива для цього знадобиться. Період оптимальних стартових умов називають пусковим вікном. Для подорожі від Землі до Марса воно відкривається приблизно раз на два роки. Найближче – осінь 2024-го, з кінця вересня до початку листопада.

Щоб встигнути до цього періоду, будь-яка місія в бік Червоної планети має бути готова заздалегідь, бажано ще наприкінці літа 2024 року. Тобто потрібно мати в наявності ракету-носій і сам міжпланетний апарат, щоб кожен компонент пройшов усі випробування, тести, а програма польоту була повністю розрахована. Поспіх у космонавтиці неприпустимий, він лише підвищує ризик відмови.

Проблема з місією Martian Moons eXploration (MMX) полягає в обраній ракеті – новітній H3. Її розробку ведуть із 2013 року, і за планом носій мав замінити успішну, але дорогу, за сучасними мірками, ракету H-IIA (H-2A). Проєкт її створення виявився складнішим, ніж очікувалося, і замість 2020 року H3 вперше стартувала в березні 2023-го, після невдалої спроби запуску в лютому.

Тестовий політ тривав трохи менше ніж 15 хвилин, перший ступінь відпрацював нормально, а ось другий підвів: виникли проблеми із запалюванням двигуна.

Наступний випробувальний політ H3, як повідомив сайт NHK, заплановано на кінець березня 2024 року. Навіть якщо він пройде успішно, у Mitsubishi Heavy Industries залишилося менше ніж вісім місяців на складання і доведення носія для MMX. У разі невдачі марсіанська місія зовсім нікуди не полетить у найближче пускове вікно. Теоретично можна спробувати відправити наукову станцію на ракеті попереднього покоління. Але, по-перше, її вантажопідйомності ледь вистачає, а по-друге, останні три H-2A, що перебувають зараз у виробництві, вже призначено на свої місії – не факт, що вийде замінити корисне навантаження так швидко.

Усередині Японського агентства аерокосмічних досліджень (JAXA) точиться активна дискусія з приводу перенесення запуску MMX, повідомило Kyodo News з посиланням на власні джерела. Для Країни висхідного сонця це дуже важлива місія, і її провал серйозно вдарить по репутації. Однак перенесення означає, що на Всесвітній виставці 2025 року в Осаці (Expo 2025) у прямому ефірі не вдасться продемонструвати знімки з першого в історії візиту до супутника Марса Фобоса (якщо він, звісно, буде успішним).

Існує ще одна екстрена альтернатива H3 – SpaceX Falcon Heavy. Американська приватна космічна компанія продемонструвала здатність готувати ракети до старту в рекордні терміни. І за бажання можна встигнути – щоправда, доведеться транспортувати апарат через океан, проводити все передпускове тестування наново і впроваджувати MMX у носій, до якого від початку місія не була адаптована.

Нарешті, траєкторію потрібно буде обраховувати заново. Не кажучи вже про питання національного престижу – на власній ракеті запускати свою міжпланетну станцію всяко почесно. Тому не можна впевнено сказати, що Falcon Heavy як носій для MMX офіційно розглядають, хоча чутки такі ходять.

Неполадки з другим ступенем у випробувальному запуску H3 стали неприємним сюрпризом для всіх. Річ у тім, що вона заснована на перевіреній часом і вкрай надійній конструкції другого ступеня ракет сімейства H-2. І з 1998 року жодної відмови з її вини не було, а це 38 запусків. На другому ступені H3 встановлюється двигун LE-5B-3 – не копія, а модернізація своїх попередників, і це може бути причиною аварії. Але до випробувального польоту він викликав найменше підозр.

Перший ступінь – інша справа. Серед усіх інших носіїв H3 виділяється двигунами першого ступеня. На ньому встановлюють абсолютно нові LE-9, що працюють за циклом із фазовим переходом. У таких двигунах частина палива спрямовується на охолодження камери згоряння і сопла, випаровуючись у патрубках навколо них. Одержаний газ під високим тиском приводить у рух турбонасоси пального і окислювача. Це дає змогу підвищити ефективність двигуна, але є серйозні принципові обмеження щодо максимальної тяги, що розвивається (розмір конструкції).

Для порівняння: як правило, турбонасоси приводяться в дію від спеціальних малих камер згоряння (газогенератори), в яких витрачається частина палива. Вихлоп газогенераторів йде або назовні і витрачається практично даремно, або прямо в основну камеру згоряння. Але останній варіант дуже складний у реалізації.

Фобос на тлі Марса. Комбіноване зображення на основі знімків, зроблених апаратом Mars Express / © ESA, DLR, FUBerlin, AndreaLuck

Рідинні ракетні двигуни з циклом фазового переходу зазвичай використовують тільки на верхніх ступенях носіїв. Фактично H3 стала першою ракетою з такими двигунами на першому ступені. Але, щоб створити LE-9, японським інженерам довелося добряче постаратися – саме двигуни стали основною причиною затримок у розробці нового носія. За розрахунками, це технічне рішення призведе до значного здешевлення експлуатації H3, а як воно обернеться в реальності, поки не зрозуміло.

Місія Martian Moons eXploration складається з перелітного, дослідницького і поворотного модулів, а також ровера масою 30 кілограмів. За планом польоту апарат має провести забір ґрунту з Фобоса і відправити зразок масою приблизно 10 грамів до Землі. Потім MMX залишиться в системі Марса і продовжить вивчення його супутників.