«Японский „Фобос-Грунт“» столкнулся с риском задержки старта на два года

Орбитальная механика — штука бессердечная: она диктует, как долго придется лететь к тому или иному небесному телу и сколько топлива для этого понадобится. Период оптимальных стартовых условий называют пусковым окном. Для путешествия от Земли к Марсу оно открывается примерно раз в два года. Ближайшее — осень 2024-го, с конца сентября по начало ноября.

Чтобы успеть к этому периоду, любая миссия в сторону Красной планеты должна быть готова заранее, желательно еще в конце лета 2024 года. То есть нужно иметь в наличии ракету-носитель и сам межпланетный аппарат, чтобы каждый компонент прошел все испытания, тесты, а программа полета была полностью рассчитана. Спешка в космонавтике недопустима, она лишь повышает риск отказа.

Проблема с миссией Martian Moons eXploration (MMX) заключается в выбранной ракете — новейшей H3. Ее разработку ведут с 2013 года, и по плану носитель должен был заменить успешную, но дорогую, по современным меркам, ракету H-IIA (H-2A). Проект ее создания оказался сложнее, чем ожидалось, и вместо 2020 года H3 впервые стартовала в марте 2023-го, после неудачной попытки запуска в феврале.

Тестовый полет продлился чуть менее 15 минут, первая ступень отработала нормально, а вот вторая подвела: возникли проблемы с зажиганием двигателя.

Старт ракеты H3 с космодрома Танегасима, 7 марта 2023 года. Первая ступень и боковые твердотопливные ускорители отработали нормально, однако вторая ступень не смогла запустить двигатель, и полет пришлось прервать. Полезная нагрузка — спутник ALOS-3 — потеряна. Несмотря на неготовность H3, носитель буквально нарасхват, его запуски расписаны до 2029 года. Это еще одна причина, по которой миссию MMX лучше не откладывать: есть риск, что в 2026 году межпланетному аппарату просто не найдется места в плотном расписании новой ракеты / © Kyodo, NYT

Следующий испытательный полет H3, как сообщил сайт NHK, намечен на конец марта 2024 года. Даже если он пройдет успешно, у Mitsubishi Heavy Industries осталось менее восьми месяцев на сборку и доводку носителя для MMX. В случае неудачи марсианская миссия вовсе никуда не полетит в ближайшее пусковое окно. Теоретически можно попытаться отправить научную станцию на ракете предыдущего поколения. Но, во-первых, ее грузоподъемности едва хватает, а во-вторых, последние три H-2A, находящиеся сейчас в производстве, уже назначены на свои миссии — не факт, что получится заменить полезную нагрузку так быстро.

Внутри Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) идет активная дискуссия по поводу переноса запуска MMX, сообщило Kyodo News со ссылкой на собственные источники. Для Страны восходящего солнца это очень важная миссия, и ее провал серьезно ударит по репутации. Однако перенос означает, что на Всемирной выставке 2025 года в Осаке (Expo 2025) в прямом эфире не получится продемонстрировать снимки с первого в истории визита к спутнику Марса Фобосу (если он, конечно, будет успешным).

Существует еще одна экстренная альтернатива H3 — SpaceX Falcon Heavy. Американская частная космическая компания продемонстрировала способность готовить ракеты к старту в рекордные сроки. И при желании можно успеть — правда, придется транспортировать аппарат через океан, проводить все предпусковое тестирование заново и внедрять MMX в носитель, к которому изначально миссия не была адаптирована.

Наконец, траекторию нужно будет обсчитывать заново. Не говоря уже о вопросе национального престижа — на собственной ракете запускать свою межпланетную станцию всяко почетно. Поэтому нельзя уверенно сказать, что Falcon Heavy в качестве носителя для MMX официально рассматривают, хотя слухи такие ходят.

Неполадки со второй ступенью в испытательном запуске H3 стали неприятным сюрпризом для всех. Дело в том, что она основана на проверенной временем и крайне надежной конструкции второй ступени ракет семейства H-2. И с 1998 года ни одного отказа по ее вине не было, а это 38 запусков. На второй ступени H3 устанавливается двигатель LE-5B-3 — не копия, а модернизация своих предшественников, и это может быть причиной аварии. Но до испытательного полета он вызывал меньше всего подозрений.

Первая ступень — другое дело. Среди всех прочих носителей H3 выделяется двигателями первой ступени. На ней устанавливают совершенно новые LE-9, работающие по циклу с фазовым переходом. В таких двигателях часть топлива направляется на охлаждение камеры сгорания и сопла, испаряясь в патрубках вокруг них. Получившийся газ под высоким давлением приводит в движение турбонасосы горючего и окислителя. Это позволяет повысить эффективность двигателя, но есть серьезные принципиальные ограничения по максимальной развиваемой тяге (размере конструкции).

Для сравнения: как правило, турбонасосы приводятся в действие от специальных малых камер сгорания (газогенераторы), в которых расходуется часть топлива. Выхлоп газогенераторов идет либо наружу и расходуется практически впустую, либо прямо в основную камеру сгорания. Но последний вариант очень сложен в реализации.

Фобос на фоне Марса. Комбинированное изображение на основе снимков, сделанных аппаратом Mars Express / © ESA, DLR, FUBerlin, AndreaLuck

Жидкостные ракетные двигатели с циклом фазового перехода обычно используют только на верхних ступенях носителей. Фактически H3 стала первой ракетой с такими двигателями на первой ступени. Но, чтобы создать LE-9, японским инженерам пришлось здорово постараться — именно двигатели стали основной причиной задержек в разработке нового носителя. По расчетам, это техническое решение приведет к значительному удешевлению эксплуатации H3, а как оно обернется в реальности, пока не ясно.

Миссия Martian Moons eXploration состоит из перелетного, исследовательского и возвратного модулей, а также ровера массой 30 килограммов. По плану полета аппарат должен провести забор грунта с Фобоса и отправить образец массой примерно 10 граммов к Земле. Затем MMX останется в системе Марса и продолжит изучение его спутников.