Миф Аполлонов как препятствие развитию пилотируемой космонавтики

Фил Кутс
Июль 2017

"The Apollo Myth: A Hindrance to Human Space Exploration
The Apollo story is increasingly revealing itself to be pure fabrication"
                                                                                                           by Phil Kouts PhD
AULIS Online: http://aulis.com/moonbase2017-...  (оригинал)

                                                       * * *
Постоянный наблюдательный совет при Программе Орион
высказывает опасения, что в графике программы не представлена
деятельность, которая могла бы повлиять на способность программы
аккуратно определять, какие факторы оказывают влияние на график.
                                    Счетная Палата США, Оценка главных проектов НАСА.
                                                             Отчет GAO-16-309SP. Март 2016
НАСА без лишнего шума подписало контракт с Боингом на пять дополнительных мест на кораблях Союз ...на полеты с осени 2017 г. по весну 2018 г., с возможностью резервирования еще трех мест на Союзах в 2019 году.
                                                         Джефф Фауст, Spacenews.com, 27 Февраля 2017
                                                            * * *

Не в силах “вернуть" человека на Луну, НАСА сейчас продвигает еще более амбициозный план полетов на Марс, но только в отдаленном будущем. В то же время агентство по-прежнему должно заполнить пробелы в знаниях, связанные с освоением человеком космического пространства за пределами низкой околоземной орбиты (НОО).
Автор завершил серию статей на основе официально опубликованных НАСА сведений и технических протоколов и пришел к выводу, что практически все технические аспекты программы Аполлон при прагматичном рассмотрении не выдерживают никакой критики.
“Любой такой полёт - это цепь обязательных операций, которые должны быть успешно выполнены. Достаточно для одного или двух звеньев в цепи быть ненадежными, чтобы сделать полет на Луну смертельно опасным, и миссия становится совершенно невозможной, если только одно звено является неполным. Наличие таких проблемных звеньев в цепочке лунной программы было фактически признано НАСА.” (MB1)
[Справка:  - прим. Nikkuro]

Автор написал серию статей про Лунную Базу (Moon Base) в журнале Nexus 21/05, 22/03, и 23/04 - они цитируются здесь как MB1, MB2, MB3.Эти статьи имеются также в русском переводе по следующим ссылкам:
MB1: Лунная база. Есть ли надежда построить, наконец, лунную базу?
MB2: К созданию лунной базы: есть ли что взять из Аполло-наследия?
MB3: К созданию лунной базы: оставляя наследие Аполлонов позади.

                                               ***
В Отчете НАСА NASA/TP–2015–218575, аббревиатура ISS-TEPC означает Эквивалентный Впитывающий (радиационный) Счетчик на (борту) МКС; а MPCV означает Многоцелевой Пилотируемый Корабль, в данной статье – это просто Орион.

                                                ***

Дело в том, что НАСА до сих пор совершенно не способно безопасно возвратить экипаж из дальнего космоса, и, следовательно, в силу одного этого обстоятельства миф Аполлона разваливается на части.

Мифология программы Аполлон раскрывается из источников НАСА по следующим направлениям:

- Попытка разработать тяжелую лунную ракету-носитель в течение пяти лет завершилась признанием наличия серьезных вибрационных проблем в первой ступени ракеты, аналогичных тем, что имели место на Сатурне-5. Впоследствии от ракет серии Арес пришлось отказаться;

- Неудивительно, что двигатели F-1 первой ступени Сатурна-5 даже не обсуждаются в текущих аналитических документах НАСА;

- Модернизированная версия двигателя J-2 второй ступени Сатурна-5 была предложена десять лет тому назад для новой тяжелой ракеты, но НАСА теперь утверждает, что это реально сводится к новой разработке, и работа была приостановлена. Непонятно, когда модернизированный двигатель J-2 будет готов для применения на Пусковой Системе;

- НАСА до сих пор не в состоянии разработать тяжелую ракету с грузоподъемностью 70 тонн, не говоря уже о повторении возможностей Сатурна-5;

- НАСА квалифицирует взлет с поверхности Луны как подъем из «глубокого гравитационного колодца», и планы по высадке на Луну оказались отложенными настолько, что от них практически отказались. Это не удивительно, поскольку лунный модуль Аполлона был явно неспособен стартовать с посадочной платформы из-за отсутствия каналов для отвода газов;

- Командный модуль Аполлона (КМ) имел свойство бистабильности при посадке, то есть существовала равновероятная опасность его переворота и сгорания при входе в атмосферу Земли;

- НАСА до сих пор не имеет надежного теплозащитного экрана для КМ, чтобы безопасно вернуть экипажи из дальнего космоса;

- Профиль «прямого» входа в атмосферу, заявленный в аполлоновских отчетах, практически неприменим (при возвращении на Землю со второй космической скоростью - прим. Ред.), и в случае его реализации при приземлении, скорее всего он окажется катастрофическим для посадочного модуля;

- Если бы спускаемый аппарат каким-то образом все же удачно перенёс вход в атмосферу, то пережившие спуск астронавты оказались бы в критическом состоянии из-за серьезной опасности тяжелых гравитационных перегрузок после длительного периода невесомости и, скорее всего, после приводнения находились бы в тяжелом состоянии и не выглядели бы столь бодрыми;

- Недостаток ключевых знаний, касающихся воздействия на человека солнечной и космической радиации за пределами НОО, делает реальную защиту от радиации весьма проблематичной.

После того, как программа «Созвездие» (ПС), которая включала в себя высадку на лунную поверхность в течение 15 лет, была отменена в 2010 году, никаких новых планов полетов на Луну в обозримом будущем не предлагалось. “После того, как ПС была остановлена, стало ясно, что существуют глубокие пробелы в техническом протоколе общеизвестных высадок на Луну в прошлом. Словно впервые, должны быть разработаны и заново созданы следующие элементы программы: ракета большой грузоподъемности; ЛМ (Лунный Модуль) для операций на Луне; аппаратная часть для безопасного возвращения в атмосферу Земли.” (MB2)

Миф Аполлона находится сейчас в завершающей стадии своего существования и вскоре будет отброшен как серьезное препятствие на пути освоения человеком космического пространства. Однако, “НАСА действует в рамках парадигмы "уловка-22": Агентство не может двигаться вперед без признания истинного положения дел в контексте опыта, накопленного в области пилотируемых исследований космического пространства, в первую очередь наследия Аполлонов, каковым бы оно ни было, а с другой стороны, оно не может раскрыть правду об Аполлонах по различным политическим причинам.” (MB3)

Справка от Википедии:
Уловка-22 (англ. Catch-22) — ситуация, возникающая в результате логического парадокса между взаимоисключающими правилами и процедурами. В этой ситуации индивид, попадающий под действие таких норм, не может их никак контролировать, так как попытка нарушить эти установки автоматически подразумевает их соблюдение.
                                                                                                                        (прим. Nikkuro)

Хотя корни мифа Аполлонов в основе своей были политические, в настоящей статье рассматриваются только технические аспекты и будет показано, как продолжающаяся поддержка этого мифа препятствует развитию пилотируемых исследований космического пространства. Лунная база – такой же амбициозный проект сегодня, каким была высадка на Луну около 50 лет назад. Однако НАСА не удалось разработать жизнеспособную программу по возвращению на Луну, и теперь Агентство решило увести идею лунной базы подальше от общественного внимания и вместо этого продвигать Марс в качестве реальной цели.
См. также главу «Изъяны программы Аполлон» в Приложении (ниже)

В чём заключается препятствие?

Когда дело доходит до принятия решения, приступить ли к реальной работе по нерешенным проблемам пилотируемой космонавтики, НАСА вынуждено выбирать: либо признать лживость программы Аполлон, либо продолжать вывешивать дымовую завесу для сохранения мифологии Аполлонов. И выбором для НАСА, несомненно, оказывается второй вариант. В этой искаженной системе ценностей, когда упорное следование аполлоновской версии имеет первостепенное значение, прогресс техники пилотируемой космонавтики будет систематически из года в год приноситься в жертву. Ключевые технические этапы на пути к осуществлению полетов человека на Луну были вполне определены, но никогда не были завершены.

Критически важным недостающим элементом является методика безопасного возвращения экипажа из дальнего космоса. Для компетентного аналитика очевидно, что нет смысла планировать длительные космические полеты за пределы НОО, пока полностью не отлажена техника надежного и безопасного возвращения экипажа на землю, и для этого, помимо решения вопросов, связанных с радиационной защитой, наверняка потребуется несколько испытаний в реальных условиях входа в земную атмосферу.

Аполлон имел принципиальные недостатки, касающиеся эффективной тепловой защиты, аэродинамики спускаемого аппарата при входе в атмосферу, а также важных медико-биологические аспектов жизнеобеспечения и безопасности экипажей. Последний фактор налагает бескомпромиссные требования к первым двум. Годы, проведенные в самодовольстве за каменной стеной постоянной лжи о возможностях Аполлонов, методически подавляли работу администраторов, ученых и инженеров, которые могли бы гораздо ранее добиться значительного прогресса в этих критически важных областях.

Триумфу Аполлона исполнилось 20 лет к тому дню, когда Джордж Буш подхватил призыв Р. Рейгана в его обращении к нации в 1984 году. [R. Reagan, 1984 - Адреса источников (здесь и далее по тексту) указаны в разделе "Ссылки", расположенном сразу после статьи - прим. Nikkuro] Вслед за Дж. Ф. Кеннеди, Рейган говорил: "Сегодня я поручаю НАСА создать постоянно действующую пилотируемую космическую станцию и сделать это в течение десятилетия." Джордж Буш-старший, стоя на ступенях Национального Музея Авиации и Космонавтики, объявил в 1989 г. об Инициативе по освоению космоса (Space Exploration Initiative). В ней были обозначены планы создания не только космической станции, но также и лунной базы, и, в конечном счете, планы отправить астронавтов на Марс. Президент отметил, что эти исследования – предназначение человечества, а предназначение Америки – в них лидировать. Доклад, опубликованный после президентской речи 20 июля, заявлял, что:
"Следующим стратегическим шагом явится создание постоянно действующего лунного форпоста, который начнется с двух-трех запусков с Земли на станцию «Фридом» кораблей с лунным оборудованием, экипажем, транспортными средствами и топливом. На станции «Фридом» экипаж, грузы и топливо перегружаются на транспортный корабль, который доставит их на окололунную орбиту." [90-Day Report, 1989, p.3-12]

Часть этих впечатляющих замыслов позднее была материализована в виде Международной Космической Станции (МКС), основанной на ключевых российских элементах начиная с 1998 г., к которым в 2001 г. был пристыкован американский модуль «Дестини».
Страстный сторонник идеи полетов на Марс, Роберт Зубрин, хорошо осведомленный в делах НАСА на протяжении многих лет, предоставил информацию из первых рук о том, как эта инициатива 1989 года была отвергнута – как только НАСА получило финансирование для программ Спейс Шаттл и МКС. Зубрин описывает, как “Руководство НАСА отказалось отстаивать программу, которую президент Буш назвал национальным приоритетом.” [Zubrin, 2011, p.294] Он упоминает о “многих людях”, которые воспринимали подход со стороны администрации НАСА как “откровенный саботаж”, который стал возможным благодаря “безразличию президента”.

Эта цепочка событий является хорошим примером того, как сначала провозглашают грандиозный замысел, а потом пускают его под откос как со стороны НАСА, так и правительства США. В итоге, с целью поддержания мифа об Аполлонах, на протяжении более тридцати лет практически ни одной разработки не было завершено в области пилотируемой космонавтики за пределами НОО. Подобный сценарий НИОКР-овских «американских горок», снова отбросивший идею лунной базы в никуда, повторился с Программой Созвездие. Однако, по крайней мере, первоначальный проблеск энтузиазма в 2005 - 2009 гг. вызвал целый ряд интересных теоретических работ, признающих проблемы с заявленным аполлоновским прямым входом спускаемого аппарата в атмосферу, а также исключительную важность решения задачи входа в атмосферу по профилю с отскоком.
Далее, в ходе разработки ракеты Арес были вновь подтверждены проблемы создания мощной ракеты - аналога Сатурну-5. Однако, дальнейшего прогресса добиться не удалось, поскольку Программа Созвездие была свернута, а затем восстановлена в 2010 г. (как новая безымянная - Прим. ред.), будучи упрощена наполовину и сведена к разработке мощного носителя и возвращаемой капсулы, но без лунного модуля и без каких-либо планов по фактической высадке на лунную поверхность.
Очевиден тот факт, что негласный консенсус между администрацией НАСА и правительственными учреждениями – которые достаточно хорошо знают, что высадки человека на Луну не было, – может продолжаться годами. Как признает Счетная Палата США, "Попытки агентства за последние два десятилетия по разработке средств доставки человека за пределы низкой околоземной орбиты в конечном счете не увенчались успехом." [GAO on Orion, 2016, p.1]
Похоже, специалисты НАСА не верят, что они смогут поднять этот серьезный вопрос в такой форме, которая потребовала бы практического решения. Их бездействие продолжает демонстрировать, что политический истеблишмент пресечет любые поползновения, способные подорвать значение Аполлона как американского трофея в космической гонке.

Подпись автора

[sup]19[/sup] ибо Закон ничего не довёл до совершенства (К евреям, Гл. 7)

Логистика и Аэродинамика Возвращаемой Капсулы

Логистика и аэродинамика возвращения капсулы с экипажем является еще одним важнейшим аспектом, который требует детальной проработки. Невероятно, но эти критические элементы программы не упоминаются ни в текущих планах НАСА, ни в соответствующих докладах Счетной Палаты.

Учитывая заявленный успех Аполлонов, отправка по плану EM-1 беспилотного корабля на облет Луны (планировалась в 2018 году, теперь перенесена на 2019-й), на первый взгляд, кажется скромной задачей. В действительности, ЕМ-1 - это тот беспилотный полет, который отсутствовал в ходе подготовки программы Аполлон. По версии НАСА, за предварительными испытаниями на НОО неожиданно последовал полет Аполлона-8 с экипажем, который якобы отправился прямо к Луне, и, после облета Луны с выходом на окололунную орбиту, его якобы удалось благополучно вернуть на Землю. (MB2) После испытаний Ориона в декабре 2014 г. его тепловой щит – заявленный как улучшенная версия экрана Аполлонов – был признан недостаточно надежным для полетов и возвращения из дальнего космоса.
Так что же тогда нужно сделать, чтобы добиться успеха?
Еще до попытки долететь до Луны, необходимо провести предварительные испытательные полеты для сертификации возвращаемой капсулы пилотируемого класса, чтобы удостовериться в надежной отработке методики вхождения в атмосферу из глубин космоса со второй космической скоростью. Это может быть целая серия полетов подобных тому, который был выполнен в декабре 2014 года, но с более высокой эллиптической орбитой и со скоростью корабля равной 11,2 км в секунду относительно гравитационного тела Земли. Для предполагаемого профиля входа в атмосферу его параметры могут быть аналогичны параметрам планируемого возвращения с Луны с фактической скоростью входа в атмосферу в области интерфейса примерно 10,8 км в секунду с учетом вращения планеты.
Здесь следует напомнить, что аполлоновская методика входа в атмосферу признана специалистами НАСА как прямой вход, то есть такой, когда возвращающийся аппарат входит в слой атмосферы только один раз и после этого выполняет все маневры по дальнейшему спуску на типичных высотах ниже 100 км. "В Программе Аполлон для возвращения экипажей с Луны применялась методика прямого входа. Скользящий вход с отскоком никогда (еще) не применялся в пилотируемых космических полетах…" ([NASA Johnson, 2011, p.5] – также цитируется в MB2).
Во время прямого входа в атмосферу, предположительно осуществленного в полетах Аполлонов, спускаемый аппарат в процессе приземления не покидал пределы атмосферы, поэтому длительное время он должен был испытывать постоянные, если не возрастающие, термические и динамические нагрузки, и, как следствие, это налагало существенные дополнительные требования к теплозащитному экрану. Наблюдая непрекращающиеся попытки обелить программу Аполлон, следует отметить, что ее современные адвокаты рассматривают вход в атмосферу по схеме Аполлон как происходивший на самом деле с отскоком (см. также комментарии Криса Крафта в MB3) и обсуждают критичность угла входа: “Необходимо было дать спускаемому аппарату возможность войти и выйти из атмосферы, чтобы снизить скорость... При слишком остром угле корабль отскочил бы от атмосферы в космос без всякой надежды на спасение.” [Earthrise, 2008, p.27]
Это утверждение оказалось ключевой ошибкой конструкторов Аполлона, которые приняли решение не применять вариант с отскоком и последующим повторным входом в атмосферу. В действительности, после потери энергии во время первой фазы погружения в атмосферу возвращаемая капсула не может избежать гравитации Земли, так что она не сможет улететь далеко в космос, а вместо этого продолжит свое движение вдоль поверхности Земли. Как оказалось, русские не сделали подобной ошибки, а отработали метод повторного входа в атмосферу после отскока в своих успешных беспилотных полетах начиная с 1968 года. (см. MB2)
Крис Крафт, Директор Полетов НАСА во времена Аполлонов, со времени опубликования его книги об Аполлонах в 2001 году сделал несколько совершенно сфабрикованных заявлений на тему «скользящего» входа модулей Аполлон. К 2009-му году эта искаженная история Крафта про вход Аполлонов в атмосферу превратилась в следующее уверенное утверждение: “По причине того, что скорость была слишком велика, если пытаться осуществить прямой вход в атмосферу, то требования к теплозащитному экрану должны быть очень высоки. Поэтому то, что мы сделали, это дали им войти в атмосферу, потом отскочили от неё, чтобы погасить скорость, и затем вновь погрузились в неё. Это привело к значительному снижению теплового удара на теплозащитный экран космического аппарата.” ([PopularMech., 2009] – см. подробнее в MB3) Естественно, за многие годы, прошедшие со времен Аполлонов, он понял критическую значимость скользящего входа с отскоком, поэтому и инкорпорировал такого рода заявления в свои рассказы для того, чтобы обелить невероятную историю Аполлонов, которая на каждом этапе оказывается слишком красивой, чтобы быть реальной.
Теперь НАСА вынуждено принять концепцию возвращения с отскоком и реализовать, например, метод, предлагаемый в Архитектурном Исследовании 2005 года (Рис.1а). На Рис.1б, приведенном ниже, предлагаемый теоретический профиль возвращения с отскоком сравнивается с профилями прямого спуска, описанными в докладах программы Аполлон – с момента входа в зону т.н. интерфейса и до момента раскрытия парашютов на высоте 6 - 7 км. Далее, в Архитектурном Исследовании целевой диапазон (протяженность траектории приземления – Прим. ред.) для прямого входа в полетах Аполлонов предполагается равным примерно 2600 км (Рис.1г) и, далее: ”версия руководства 1969 г. по управлению кораблем Аполлон используется для моделирования прямого входа” [Arch. Study, 2005, p.330], вместо того, чтобы использовать реальные профили, указанные в отчетах.
Вполне вероятно, что на определенном этапе НАСА будет вынуждено признать, что даже в случае возвращения согласно этой теоретической версии с отскоком [Arch. Study, 2005], первоначальный этап входа не является оптимальным из-за выбора угла входа (– 6.0 град), слишком близкого по величине к обычно сообщаемому для спуска Аполлонов (– 6.65 град). Более реалистичные профили входа рассматривались позднее в теоретических работах академических и военных научно-исследовательских институтов, цитируемых в MB2.

Рис. 1а. Вариант возвращения по схеме с отскоком от атмосферы, предложенный в 2005 году, с проецированной дальностью до 13,590 км и общим временем около 37 минут с момента входа в интерфейс на высоте 122 км до посадки возле мыса Канаверал. [Arch. Study, 2005, p.324, Fig.5-65] Скорость входа в атмосферу в зоне интерфейса будет 11,07 км/сек.

Рис. 1б. Зависимость геодезической высоты от времени: сравнение профиля возвращения с отскоком, показанного на Рис.1а (эквивалент рис.5-74 в [Arch. Study, 2005, p.329]) с профилями прямого входа, представленными в докладах миссий Аполлон-8 (рис.5-6(b) в Докладе Миссии) и Аполлон-10 (рис.6-7(b) в Докладе Миссии); график Аполлона-10 слегка сдвинут для отображения всех данных, доступных из доклада (реконструкция автора).

Рис. 1в. Возвращение с отскоком в сравнении с прямым входом: профили из Рис.1б на первоначальном этапе входа. Спуск Аполлона-10 был объявлен выполненным менее, чем за 8 минут. Следует обратить внимание на пологий профиль входа по схеме возвращения с отскоком и плавность ухода обратно к линии интерфейса.

Рис. 1г. Зависимость геодезической высоты от проецированной дальности приземления: расчет по профилю с отскоком из Рис.1а, эквивалентного рис.5-67 в [Arch. Study, 2005, p.325] (реконструкция автора).
Для сравнения пунктиром показана протяженность траектории приземления Аполлона.

Подводя итог, можно утверждать, что нет необходимости для НАСА дожидаться создания тяжелой ракеты для того, чтобы разработать надежную технику возвращения. Агентству следует продолжать беспилотные испытания, аналогичные испытанию декабря 2014 года, с использованием пусковых систем средней мощности. Ничего подобного не наблюдается в текущих планах НАСА.

Более того, один из самых последних авторитетных документов НАСА перечисляет набор ключевых требований к сопряженной конфигурации Орион - Пусковая Система, включая следующее требование к методике входа: “Корабль Орион должен обладать способностью прямого входа в атмосферу Земли при скоростях на уровне интерфейса, достигающих 11,05 км в секунду. Это требование позволяет осуществить вход сразу по возвращении с лунной орбиты.” [Inspector General, 2017, p.65] Однако, здесь не упоминается возвращение по скользящей траектории с отскоком, которое уже было признано как строго предписанное требование еще в 2011 году. (см. ссылку на [Prelim. Report 2011] в MB2) Какое же возможное значение скрывается теперь за термином «прямой» вход, когда это должен быть скользящий вход с отскоком? Почему НАСА вынуждено вновь изобретать терминологию? Очевидно, что отсутствие прогресса в НИОКР-овских разработках Агентства выявляет явную нехватку реальных данных в техническом наследии Аполлонов.

Рис. 1д. Вход и приводнение, заявленные для прямого входа командных модулей Аполлонов (примерные траектории указаны желтыми стрелками) в сравнении с недавно предложенным (см. Рис. 1а) скользящим входом с отскоком. Координаты Аполлонов взяты из соответствующих Докладов Миссий.

Подпись автора

[sup]19[/sup] ибо Закон ничего не довёл до совершенства (К евреям, Гл. 7)