Почему полет Crew Dragon необходим весной. По материалам НАСА.

Вячеслав Ермолин, 18 февраля 2020 года.

Будущее. Crew Dragon и Starliner у МКС. Фантазия художника.

Текст из трех разделов: мое предисловие, раздел доклада аудита НАСА (2019), мое заключение.

Мое предисловие:

В среде интернет-космофанов существует устойчивое заблуждение, что НАСА чуть-ли не специально тормозит усилия SpaceX запустить свой пилотируемый корабль с астронавтами на борту. «Параноидальная осторожность», «предвзятость», «перестраховка»… такое часто встречается. А серьезное отставание (в 3-4 года от согласованного контрактного графика) представляют результатом жестких требований НАСА, а не проблемами в разработке пилотируемых кораблей SpaceX и Boeing.

На мой взгляд ситуация диаметрально противоположная — НАСА как можно скорее хочет полетов американских пилотируемых кораблей. Проблема в кораблях. Они пока не готовы к пилотируемым полетам.

Есть реальные проблемы с самими кораблями, сроками их строительства и подготовки, выполнения элементарных требований по безопасности и эксплуатации во время полета, сертификацией. Ясно, что мы не узнаем сейчас о всех существующих проблемах, кроме тех, обойти которые невозможно из-за публичного освещения испытаний. Но есть собственная оценка НАСА последствий очередной отсрочки первых полетов со штатными экипажами на МКС. Эта оценка дана в докладе аудита НАСА в прошлом году. Предлагаю вспомнить и понять, что ситуация для программы работ на МКС для НАСА и ее партнеров (в том числе и русских) является критической. И виноваты в этом «новые частники» — SpaceX и Boeing, которые убедили руководство НАСА отказаться от дополнительных закупок мест на КА «Союз», обещая до весны 20-го года полеты со штатными экипажами МКС.

Из доклада НАСА:

NASA’S MANAGEMENT OF CREW TRANSPORTATION TO THE INTERNATIONAL SPACE STATION. IG-20-005. Стр 23.
Быстрый и кривой перевод (как всегда у меня) раздела доклада аудита НАСА относительно рисков и последствий отсрочки полетов «частников».

ЗАДЕРЖКА КОММЕРЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА МОЖЕТ ПРИВЕСТИ К ЗНАЧИТЕЛЬНОМУ СОКРАЩЕНИЮ ЭКИПАЖА И СОКРАЩЕНИЮ ИССЛЕДОВАНИЙ НА МКС В 2020 ГОДУ.

НАСА, вероятно, столкнется с сокращением числа членов экипажа USOS на борту МКС с трех до одного, начиная с весны 2020 года, с учетом задержек с графиком в разработке систем космических кораблей Boeing и SpaceX в сочетании со снижением частоты полетов кораблей «Союз». В прошлом НАСА успешно обеспечивало доступ к МКС, покупая неиспользуемые места на «Союзе» у компаний «Boeing» и Роскосмоса, когда в год летали четыре корабля «Союз». Однако эти альтернативы могут быть недоступными, потому что на 2020 год запланированы только два полета корабля «Союз». Кроме того, астронавты, продлевающие свои вахты на станции дольше стандартных 6 месяцев, могут столкнуться с серьезными проблемами со здоровьем, вызванными длительным пребыванием в космосе. Любое сокращение числа членов экипажа на борту USOS ограничит задачи астронавтов прежде всего эксплуатацией и обслуживанием станции, оставляя мало времени для научных исследований. Результатом сокращения исследований и технологических экспериментов на станции, необходимых для будущих целей НАСА по исследованию космоса людьми, может, в свою очередь, задержать разработку систем жизнеобеспечения, предусмотренных для поддержки «Лунных Врат», и испытания космических скафандров, предназначенных для будущих посадок на Луну.

Без коммерческого транспорта доступ США и партнеров к МКС значительно уменьшится.

Первоначальный план НАСА заключался в том, чтобы покончить с зависимостью от покупки мест на кораблях «Союз», начав полеты на пилотируемых кораблях Boeing и SpaceX, способных доставить на станцию четырех членов экипажа за раз. В ожидании начала этих полетов НАСА и Роскосмос договорились сократить полеты «Союз» с четырех до двух в год, начиная с января 2020 года. Если к апрелю 2020 года не начнутся полеты коммерческих экипажей, Станция сможет принимать только трех членов экипажа - двух космонавтов и одного астронавта USOS - вместо запланированного полного экипажа из семи человек. В таблице 2 показано прогнозируемое количество членов экипажа на станции, если коммерческие транспортные полеты НАСА будут отложены после апреля 2020 года.

В случае, если размер экипажа МКС сокращается до трех или менее членов экипажа в течение более 21 дня, программа МКС должна провести комплексную оценку, чтобы определить способность систем и экипажа МКС продолжать работу МКС и определить меры по обеспечению устойчивости функционирования МКС. НАСА. Общие принципы, требования и ограничения, часть 1: Стратегическое и тактическое планирование (SSP 50261-01 Rev. L § 8.1.1, сентябрь 2017 г.).

Источник: НАСА анализ плана полета МКС от 24 сентября 2019 года. Этот график находится на рассмотрении Агентства и может быть изменен по состоянию на ноябрь 2019 года.

Примечание. Красные ячейки указывают на сценарии с экипажем, которые представляют риск для операций МКС, желтые ячейки указывают на номинальные операции, а зеленые - на оптимальные условия, основанные на текущей вместимости МКС.

Роскосмос в настоящее время планирует доставить трех членов экипажа на МКС на борту одного корабля «Союз» в октябре 2020 года, однако НАСА не приобрело место на борту этого корабля и может столкнуться с ограничениями в оплате за обратный рейс, как описано ниже.

Задержка полетов коммерческих кораблей уменьшат усилия по научным исследованиям, техническому обслуживанию и коммерциализации МКС

МКС предоставляет лабораторию с длительным сроком службы и испытательный стенд для исследований и разработок, которые НАСА использует для подготовки к будущим полетам за пределы околоземной орбиты.

— С учетом экипажа USOS, равного трем, типичная рабочая неделя позволяет каждому члену экипажа выполнить научные исследования около 12-ти часов, 6 часов работы с транспортными операциями и 4 часа технического обслуживания, помимо множества других задач и операций. Тем не менее, если коммерческие экипажи задерживаются, а сегмент USOS сокращается до одного члена экипажа, этот астронавт будет вынужден сосредоточиться в первую очередь на транспортных и медицинских операциях, а также на обслуживании МКС, а не на научных исследованиях (см. Рисунок 5).

Если НАСА не сможет обеспечить дополнительную доставку экипажа USOS к апрелю 2020 года, у одного члена экипажа, оставшегося на борту, будет только время приблизительно 5,5 часов в неделю для выполнения исследований. Начиная с октября 2019 года, на МКС в настоящее время работают четыре астронавта USOS. Таким образом, сокращение с 1 786 часов исследований до 143 часов в течение 6-месячного периода значительно сократит объем исследований и количество экспериментов, выполняемых на борту МКС.

— Такое сокращение может препятствовать способности НАСА учитывать риски для здоровья астронавтов и развивать возможности. необходим для исследований дальнего космоса. Текущие исследования на борту МКС включают исследования:
(1) как длительное пребывание на МКС влияет на структуру мозга, старение артерий и радиационное облучение;
(2) новые системы жизнеобеспечения, в том числе методы удаления углекислого газа из воздуха и регенерации воды;
(3) технологии автономной стыковки для потенциального использования на «Лунном шлюзе».
Кроме того, значительное сокращение экипажа и доступности исследований может задержать запланированные испытания космических скафандров НАСА следующего поколения. В 2017 году мы сообщили о значительном риске того, что прототип космического скафандра не будет изготовлен вовремя для испытаний на МКС до запланированного выхода на пенсию станции в 2024 году.

— НАСА планировало провести испытания ключевой части нового проекта скафандра на МКС в 2020 году, и существенные отклонения от этого графика могут повлиять на готовность скафандра для запланированного полета на Луну в 2024 году.

Сокращение контингента экипажа НАСА также, вероятно, сократит время, имеющееся для выполнения важных вспомогательных работ, связанных с техническим обслуживанием, и одновременно увеличит время, затрачиваемое членами экипажа на самообслуживание. В настоящее время график технического обслуживания НАСА предусматривает проведение шести дополнительных работ в 2020 году по замене старых батарей новыми литий-ионными батареями. Поскольку НАСА не разрешает выполнять выходы только с одним астронавтом, Агентство готовит русских космонавтов для помощи в выполнении необходимых ремонтов вместе с членом экипажа USOS. Тем не менее, такой сценарий повысит риск для безопасности станции, потому что только один член экипажа останется внутри станции во время такого выхода, уменьшая необходимую избыточность для реагирования на внутренние или внешние аварийные ситуации во время выхода. Кроме того, НАСА планирует провести приблизительно 600 часов внутрисервисного технического обслуживания на МКС в 2020 году. Хотя НАСА учло другие задержки профилактического обслуживания, некоторые виды оборудования могут выйти из строя без своевременного ремонта, такого как воздушный теплообменник и узел управления жидкостями и насосом в сборе.

Имея только одного члена экипажа USOS на борту МКС, НАСА должно было бы посвятить 12 часов в неделю мероприятиям по техническому обслуживанию станции по сравнению с 4 часами на члена экипажа, которые в настоящее время посвящены этим задачам с экипажем из трех астронавтов.

Сокращение времени исследований экипажа может также повлиять на исследования на МКС с участием Национальной лаборатории МКС. С августа 2011 года Центр содействия развитию науки в космосе, Inc. (CASIS) руководил исследовательской деятельностью, проводимой не НАСА, на американской части МКС, известной как Национальная лаборатория МКС. Способность CASIS обеспечить исследовательские возможности на борту МКС существенно зависит от способности НАСА полностью укомплектовать МКС четырьмя членами экипажа USOS. Учитывая портфель исследований и разработок CASIS, значительное сокращение доступа исследователей к времени экипажа негативно скажется на его планах. Кроме того, возможность расширения коммерческого интереса к МКС может быть отложена, если НАСА не сможет завершить свои запланированные внеплановые мероприятия в 2020 году. Например, частная компания Nanoracks, LLC начала строительство коммерческого шлюза, установленного для запуска в 2020 году, и подписала коммерческие контракты на использование других шлюзов другими организациями.

— Ограниченная доступность экипажа может привести к задержкам в выполнении дополнительных операций, необходимых для установки шлюза, что может повлиять на планы коммерческих фирм.

— Задержки в коммерческих перевозках могут также повлиять на усилия НАСА по коммерциализации МКС. В 2019 году НАСА объявило о планах стимулировать коммерческое использование МКС и околоземной орбиты, в частности, разрешив коммерческим компаниям доставлять частных астронавтов на МКС уже в 2020 году. Однако НАСА сталкивается с рядом ограничений в реализации своих целей коммерциализации , Во-первых, задержки в начале регулярных полетов коммерческих экипажей на МКС повлияют на вероятность и темпы работы участников частных космических полетов. Во-вторых, до тех пор, пока участники частного космического полета не получат доступ к МКС, сокращение времени, необходимого для проведения исследований на МКС, будет ограничивать способность астронавтов НАСА посвящать время коммерческой деятельности. В-третьих, контракты Boeing и SpaceX на CCP предусматривают возможность обновления их космических кораблей для введения дополнительного экипажа сверх четырех мест, обещанных НАСА, но НАСА необходимо будет рассмотреть обновленные сертификаты и утвердить эти конструктивные изменения перед внедрением. Любые задержки в сертификации CCP для миссий НАСА могут повлиять на графики подрядчиков по сертификации транспортных кораблей и доставке частных участников космического полета на МКС. Согласно контрактам CCP, НАСА сохраняет контроль над всеми местами для каждой миссии с экипажем. Однако, если НАСА не планирует использовать место, подрядчик может заполнить его участником неправительственного космического полета при условии одобрения Агентством и только в том случае, если правительство не несет каких-либо дополнительных расходов.

Варианты решения проблемы сокращения экипажа ограничены.

Без коммерческих полетов экипажей на кораблях Boeing и SpaceX возможности НАСА ограничены по доставке астронавтов на МКС весной 2020 года. В частности, существуют серьезные проблемы с обеспечением дополнительных мест для кораблей «Союз» и увеличением продолжительности полетов астронавтов на борту МКС для избежания сокращения экипажа USOS. Из-за отсрочек в расписании коммерческого экипажа, в марте 2018 года НАСА приобрело два дополнительных места на кораблях «Союз» за 86 миллионов долларов каждое, одно для полета «Союз» в сентябре 2019 года и другое для предстоящей миссии в апреле 2020 года. Этот последний рейс гарантирует, что по крайней мере один астронавт USOS будет проживать на станции в период с апреля 2020 года по октябрь 2020 года. Однако возможности Роскосмоса для продажи дополнительных мест на кораблях «Союз» для увеличения числа членов экипажа USOS на борту МКС в этот период представляется маловероятным по двум причинам.

Во-первых, для производства корабля «Союз» требуется 3 года. Таким образом, самый ближний доступный корабль Роскосмос может предоставить в октябре 2022 года.
Во-вторых, покупка дополнительных мест на «Союзе» потребовала бы отказа от существующих запретов относительно Ирана, Северной Кореи в Законе о нераспространении ядерного оружия в Сирии (INKSNA) против осуществления платежей российскому правительству. Срок действия действующего отказа НАСА истекает 31 декабря 2020 года, что не позволяет оплатить дополнительные места, которые открываются или возвращаются после декабря 2020 года.

В дополнение к отсутствию дополнительных мест на «Союзе» после середины 2020 года, вариант увеличения продолжительности полетов астронавтов на борту МКС также может оказаться проблематичным. В настоящее время два члена экипажа USOS должны находиться на борту МКС с сентября 2019 года по апрель 2020 года (189 дней). Астронавты, как правило, остаются на борту МКС в течение 5 месяцев, при этом самая длинная миссия астронавтов на сегодняшний день длится 340 дней.

На основании прошлых исследований НАСА астронавты сталкиваются с рисками для здоровья после пребывания в течение года на борту МКС. Следовательно, продление любой миссии для одного или обоих из двух членов экипажа USOS на борту станции в апреле 2020 года - точка, в которой НАСА должно определить, кто останется на борту станции - вероятно, превысит отметку года. Для этих двух членов экипажа USOS продление на 6 месяцев увеличило бы миссию для одного астронавта до 445 дней и 378 дней для другого. Кроме того, такие продления потребуют покупки обратного рейса на корабле «Союз», что потребует продления отказа от INKSNA.

Мое заключение:

— НАСА уже весной прошлого года имела реальное представление о ходе подготовки коммерческих кораблей. Ни о каких полетах с людьми в 2019 году речи не шло. Но весь прошлый год прошел в публичном ожидании (подогреваемом СМИ) пилотируемого полета частного корабля.

— Срок первого полета весной 2020 года (при взгляде из прошлого года) также не представлялся гарантированным. Возможно текущие усилия SpaceX и Boeing такую вероятность повысили, но сказать наверняка нельзя. Руководители НАСА и представители фирм, как и в прошлом году, озвучивают на публике уверенность и оптимизм, но есть сомнения (обманувший раз, обманет еще).

— НАСА предприняло серьезную корректировку своих планов по выходам в космос для ремонта и обслуживания МКС. Шесть выходов, ранее запланированные на два года, были ударно осуществлены в этом. Эта проблема снята, если возникнут задержки с полетами.

— НАСА планирует, как вариант, увеличить продолжительность пребывания астронавтов на станции. До 400 дней. Начало — Кристина Кук на станции провела 328 дней и четыре раза выходила в космос для ремонта МКС.

— Планы, уже ставшие реальностью, первый полет с двумя астронавтами на МКС на Crew Dragon превратить в полуштатный из экспериментального — от критической ситуации со сменой экипажей. Это понятно из прогноза НАСА относительно проблем с американскими экипажами МКС, если полеты не начнутся до апреля 20-го. А они не начнутся.

— Следует ожидать от НАСА, SpacеX и Boeing «ускоренной» процедуры решения проблем с кораблями (если они возникнут), учитывая критическую ситуацию с экипажами МКС. Это потенциально чревато снижением уровня безопасности полетов.

— Научные и технологические программы исследований на МКС сдвигаются вправо, вызывая задержки в планах лунной программы США, в частности разработку систем жизнеобеспечения и новых скафандров для Луны.

— русские планируют увеличить свой экипаж на МКС, возможно для работы с модулем «Наука». Если с «Наукой» не получится в этом году, у американцев появляется возможность прикупить дополнительное место на «Союзе». Тоже вариант решения возможной проблемы.

— разговоры о покупке дополнительных мест на «Союзе» в 21-22 годах я не понимаю. Возможно просто перестраховка. Частные корабли должны полететь и решить эту проблему в полном объеме. Или нет?

— пилотируемая космонавтика сложное и затратное занятие, которое требует длительной подготовки, опыта и повышенного внимания к безопасности полетов.

И конечно я жду и надеюсь, что частные корабли SpaceX и Boeing успешно полетят с людьми и откроют новую страницу как в жизни МКС так и околоземной орбиты. Успехов им.