Программа летных испытаний с космодрома Восточный для высадки на Луну

1. Составим практическую, инженерно-ориентированную программу летных испытаний с космодрома Восточный так, чтобы к моменту посадки и возврата человека вероятность успешного выполнения миссии была максимально высокой при разумных ресурсах. Важно сразу сказать честно: абсолютной гарантии безопасности не получить — можно лишь поэтапно повысить надёжность систем до приемлемого риска. Ключевые предпосылки и ограничения 1. «Восточный» — хорошая стартовая площадка (доступ к Тихому океану для downrange), но широта ≈51.9° требует больше ΔV по сравнению с южными широтами; это влияет на массу и архитектуру носителя. 2. Под «гарантировать посадку и возврат человека» мы понимаем достижение уровня операционной надёжности, при котором вероятность фатальной ошибки для одного полёта сравнима с современными пилотируемыми программами (~на уровне единиц процентов или ниже). Абсолютной 0% нельзя гарантировать. 3. Надёжность демонстрируется не только полётными тестами, но и насыщенной наземной отработкой, многоступенчатой верификацией, заводским контролем качества, удержанием запасов и дублёров критических систем. Общая структура программы (фазы) 1. Подготовка / верификация наземной инфраструктуры, симуляции, стендовые испытания (параллельно все фазы). 2. Фаза A — модульные LEO-тесты отдельных компонентов и ступеней. 3. Фаза B — интегрированные тяжелые испытания в LEO (старт-стоп, отработка автоматик, стыковок / отбора). 4. Фаза C — транс-лунные демонстрации (без посадки): TLI, коррекция, вхождение/выход в Лунную орбиту. 5. Фаза D — мягкая посадка (без экипажа) — посадочные демонстраторы. 6. Фаза E — взлёт с Луны: тесты подъёма/стыковки орбитального этапа (без экипажа). 7. Фаза F — комплексные «land+ascent» без экипажа (полный цикл посадка+взлёт+возврат на Землю). 8. Фаза G — «последняя репетиция»: пилотируемый полёт/многократно репетируемые с человеком (включая стрессовые сценарии), затем пилотируемая посадка/возврат. Рекомендуемое числовое распределение тестов (оптимально-прагматичное)

2. Приведем рекомендуемое количество запусков по фазам с краткой мотивацией. Эти числа — компромисс между стройностью программы и реальностью бюджета/времени; при необходимости их можно увеличить для большей статистической уверенности. ● Фаза A — LEO модульные тесты: 8–12 запусков • Цель: отработать каждую ступень носителя (двигатели, структуры, системы жизнеобеспечения для корабля-пилотируемого блока в тепле). • Почему столько: тестируем разные конфигурации, операционные режимы, аварийные сценарии. ● Фаза B — интегрированные тяжелые LEO-испытания: 6–8 запусков • Цель: полные сборки ступеней, трансплантационные манёвры, проверка наземной подготовки и процедур быстрого вывода в старт. • Включить: один–два «неудачных» сценария намеренно для отработки процедур спасения. ● Фаза C — TLI / транс-лунные демонстрации (без посадки): 8–12 запусков • Цель: отработка TLI, системы навигации на траектории, автоматические коррекции, вхождение на лунную орбиту, длительная работа космического аппарата в траектории. • Оценка: по нескольким аппаратам, разные ТЛИ-профили и отказные режимы. ● Фаза D — мягкая посадка (без экипажа) — посадочные демонстраторы: 6–10 запусков • Цель: испытать посадочный модуль, посадочные двигатели, систему управления при подходе, сенсоры высоты/рельефа, скрипты «go/no-go». • Важный элемент: разные типы ландшафта и точности посадки. ● Фаза E — взлёт с Луны (асцент-демонстраторы, без людей): 4–6 запусков • Цель: отработка стартовых двигателей для подъёма, стыковочных манёвров в лунной орбите, передача топлива/проверка автономных процедур схода и стыковки. ● Фаза F — полные безэкипажные миссии «посадка + взлёт + возврат на Землю»: 2–4 запуска (предпочтительно 3) • Цель: продемонстрировать полный цикл в реальных условиях. Нужно минимум 2 подряд успешных, лучше 3 для уверенности. ● Фаза G — пилотируемые репетиции и полёт: 1–2 пилотируемых миссии перед первой посадкой человека • Предварительная пилотируемая миссия без посадки (облет/вход-выход) — 1 миссия; затем — пилотируемая посадка на Луну (финальная). Итого ориентировочно: ~35–55 запусков до первой пилотируемой посадки/возврата. (Это — порядок; для снижения рисков некоторые категории требуют большего числа). Почему такие числа? (статистика и инженерный смысл) ● Малое число испытаний даёт слабую статистическую уверенность в истинной надёжности системы. Статистическая оценка: если в n полётах не было

3. отказов, верхняя граница вероятности отказа p при уровне доверия 95% ≈ 3/n. Поэтому чтобы утверждать p ≤ 1% на 95% доверия, нужно n ≈ 300 успешных полётов одной и той же конфигурации без отказа — практически недостижимо. ● Практика пилотируемых программ ускоряет доверие не только полётами, но и глубоким уровнем верификации: аэродинамические и вибрационные стенд-тесты, долгие испытания двигателей, пилотируемые репетиции, аналоги аварий на земле и пр. Поэтому программа выше компенсирует малое n интенсивностью разных тестов (модульные, интегрированные, безэкипажные полноциклы) и не полагается только на статистику полётов. Детальные цели и критерии успеха по фазам Каждому запуску/серии назначаются ключевые критерии (пример — Фаза D, посадка): ● Критерии для посадки-демонстратора: 1. Выход на предписанную лунную орбиту (точность ± X км) — 100% требование. 2. Снижение до ПОЛ (планируемая точка посадки) с автопилотом; скорость вертикального падения в точке посадки ≤ проектного — допустимо. 3. Точность посадки < заданного радиуса R (например, 100–500 м); процент успешных посадок по серии ≥ 90% для перехода к фазе E. 4. Проверка термального/пылевого воздействия, посадочных опор и способность работать в лунных условиях ≥ 48 часов. ● Критерии для ascent-демонстратора: 1. Успешный пуск с поверхности Луны, достижение лунной орбиты с заданной точностью и успешная стыковка. 2. Проверка автоматической стыковки с орбитальным модулем (если архитектура предусматривает). ● Для полноцикловых (Фаза F): два подряд успешных миссии без критических отказов, с полным восстановлением аппарата на Земле → переход к пилотируемым миссиям. Обязательные вспомогательные мероприятия (не менее важных, чем полёты) 1. Полная наземная верификация и тест-программы: двигатели на стенде, доводочные циклы, жёсткие испытания эксплуатации, термошок-циклы. 2. Hardware-in-the-loop и full-mission симуляции с оператором и автоматикой; в том числе «inject failure» (введение отказов) для отработки эвакуации и ручного управления. 3. Создание процедур эвакуации экипажа и спасения экипажа (морскими и воздушными средствами) на всех этапах полёта и в рамках плана реагирования на нештатные ситуации.

4. 4. Система быстрого восстановления/замены критичных узлов и «flight spares» — минимум 2 комплекта для ключевых элементов. 5. Международная кооперация и независимые инспекции (повышает доверие). Оценка сроков и ресурсов (ориентировочно) ● Подготовка наземной базы и заводская верификация: 2–4 года параллельно. ● Выполнение всей программы запусков (35–55 запусков): 6–10 лет при темпе 6–10 пусков в год (включая сезонность и периоды доработок). ● Бюджет (очень грубая оценка): от нескольких сотен миллионов USD/запуск (для некоторых легких тестов) до нескольких млрд USD за крупные интегрированные тесты и демонстраторы. Совокупный бюджет программы — порядок десятков миллиардов долларов (включая НИОКР, инфраструктуру, производство запасных комплектов и логистику). Риски и рекомендации по снижению их 1. Ограниченная статистика → компенсировать интенсивной наземной верификацией и диверсификацией тестовых сценариев. 2. Критические узлы (двигатели, системы стыковки, СКП) → дублирование и запасные комплекты. 3. Сроки и политические риски → планировать буфер времени и финансовые резервы. 4. Операционные ошибки → много тренировок экипажа и персонала, независимые проверки процедур. 5. Экологические / международные реакции → прозрачность в отношении испытаний и обеспечение безопасных зон падения ступеней. Критическое требование для перехода к пилотируемой посадке ● Наличие минимум 2–3 подряд успешных полноцикловых безэкипажных миссий (Фаза F), плюс минимум одна пилотируемая репетиционная миссия без посадки (облет/вход-выход) и успешно пройденные все проверочные списки (safety review boards), проверка спасательных систем и доказанная готовность наземных аварийных служб — это минимальный набор для вывода экипажа на посадку.

5. Короткая дорожная карта (пример) 1. Год 0–2: подготовка инфраструктуры, стендовые тесты. 2. Год 2–4: Фаза A (8–12 LEO модульных). 3. Год 4–6: Фаза B (6–8 интегрированных LEO). 4. Год 5–8: Фаза C (8–12 TLI без посадки) параллельно с Фазой D (6–10 посадочных демонстраторов). 5. Год 7–9: Фаза E (4–6 ascent tests) и Фаза F (2–4 полных безэкипажных циклов). 6. Год 9–10+: Фаза G — пилотируемые репетиции и первая пилотируемая посадка при положительных результатах.

6. № Фаза / тип миссии Реком. число запусков Основная задача Критерии выхода / критерии успеха (Go/No-Go) Необходимая телеметрия / логируемые параметры Характерные риски Митигирующие меры Ориентировоч ная длительность 1 A1 — Стендовые двигательные тесты (наземные, статические) 10–20 (разные двигатели/р ежимы) Верификация рабочих циклов двигателей, деградации, переходных режимов, режимов выключения/пе резапуска Go: стабильная тяга в пределах ±3%, давление и темп в допусках, успешные повторные включения. No-Go: детект серьёзных утечек/перегрева /отказов P камерам сгорания, давление в топливной/окс идантных магистралях, температуры, вибрация, ТВЧ/сканир. изображения факела, расход топлива Разгерметиза ция, детонация, очаговые перегревы Прогрессивное увеличение режимов, автомат. отсечка, двойные датчики, стендовая видеосъёмка и высокоскоростн ой лог 1–12 ч / тест 2 A2 — Тесты систем управления полётом (HIL, software-in-the-lo op) 10–15 Проверка ПО автопилота, управления двигателями, отказоустойчив ых алгоритмов, ручного управления Go: все сценарии (nominal + отказные) проходят по таймингу и откликам; No-Go при несоответствии лагов/нестабиль ности команды/ ответы АСУ, задержки управления, лог ошибок, состояние БИС Некорректная модель/молни еносный баг ПО Многократное тестирование HIL, code review, независимое доказательство (IV&V) часы — дни

7. 3 A3 — Структурные вибро/термо/вак уум испытания агрегатов 6–12 Проверка конструкции на реальные нагрузки при пуске и в космосе Go: нет разрушений/плас тических деформаций; No-Go: трещины, отслоения датчики деформации, акселерометр ы, темп., трещиномеры Усталостные разрушения, плохие клеевые швы Нагрузочные профили выше проектных, неразрушающий контроль (NDT) дни — недели 4 B1 — LEO интегрированны й пуск (полная ступенчатая сборка, без полезной нагрузки) 4–6 Проверить все интерфейсы ступеней, отделение, TLI-готовность (без вывода на ТЛИ) Go: успешный вывод на заданную LEO, отделение ступеней штатно, управляющие режимы в норме; No-Go: отказ двигателя при критическом этапе, потери управления телеметрия двигателей, ГНСС/инерци и, топливные уровни, датчики отделения, тепловые поля Ошибки стыковки, вибрация, аварии отделения Репетиции, двойные привязные точки, система безопасного отделения 1–3 часа 5 B2 — LEO интегрированны й с отработкой спасения (эмуляция аварии и спас. процедур) 2–4 Проверка процедур аварийного спасения, аварийных систем и командной готовности Go: спасательные сценарии отработаны, капсула/экипаж (манекен) сохраняется; No-Go: отказ системы спасения параметры катапульт/спа сения, G-нагрузки, тепловые потоки, состояние парашютов Отказ спассистем при реальной аварии Дублирование актюаторов, авто-переключе ние на резервные системы 1–3 часа

8. 6 C1 — TLI демонстрации без посадки (без посадочного модуля) 6–8 Выполнение транс-лунного выведения, коррекции и вхождения в лунную орбиту; проверка элементной навигации Go: TLI выполнено по ΔV ± проектное, навигация точна, устойчивый радиоканал; No-Go: потеря связи, отклонение ТЛИ > допуск параметры двиг. при TLI, ΔV, GNSS/звёздн ые навигационны е решения (если применимо), лампы питания, трассировка топлива Неправильны й расчёт ΔV, потеря связи, двигательные сбои Резервные коррекции, автономная навигация, копии командных линий связи дни — неделя (манёвры) 7 C2 — Ввод в лунную орбиту и долговременная орбитальная работа 6–10 Отработка манёвров орбиты, слежение, термостабильн ость, проверка радиосвязи на дальности Go: выход в заданную LLO/parameter; No-Go: критическое отклонение, отказ АСУ телеметрия ориентации, тепловой баланс, энергосистем а, параметр топлива, качество связи Проблемы с ориентацией, деградация приборов Резервные маневры, коррекции, автономные алгоритмы недели — месяцы 8 D1 — Мягкая посадка (безэкипажный посадочный модуль, короткое тест-время) 6–10 Точная посадка на лунную поверхность; проверка сенсоров, двигателей посадки, опорных структур Go: касание поверхности с вертикальной скоростью ≤ проектной, точность R ≤ target; No-Go: превышение скорости/нет контакта LIDAR/радиов ысотомер, двигательные параметры, касательные датчики, видео с посадки, вибросигналы Ошибка навигации в финальной фазе, некорректная оценка рельефа Резервные профили посадки, посадочные ноги с допуском, автономное уклонение от больших препятствий 1–3 суток (включая подготовку)

9. 9 E1 — Ascent-демонстр атор (взлёт с Луны, без экипажа) 4–6 Проверка стартовых двигателей ascent-стадии, успешный выход на ЛЛO и стыковка Go: достижение орбиты, успешная стыковка с орбитальным агентом; No-Go: отказ двигателя, неудача стыковки импульс двигателей, телеметрия топлива, орбитальные параметры, стыковочные датчики Неудачный старт из-за пылевых отложений/по вреждений, отказ двигателей Защита двигательных сопел от пыли, горячее хранение, проверка бутонных процедур часы — дни 10 F1 — Полный цикл безэкипажной миссии (посадка + взлёт + возврат на Землю) 2–4 (минимум 2 подряд успешных) Полная проверка интегрированн ой архитектуры: посадка, ascent, стыковка, возвращение Go: полный цикл без критических отказов; No-Go: фатальные отказы на любом этапе все перечисленн ые: двигатели, навигация, стыковка, тепловая защита в входе в атмосферу, парашюты для возвращения, структурные данные Комбинирова нные эффекты — накопление дефектов, цепная реакция отказов Поэтапные проверки, «пит-стопы» анализа между запусками, глубокий FMEA недели — месяцы

10. 11 G1 — Пилотируемая репетиция (облёт / вход-выход без посадки) 1 (провести обязательн о) Полный пилотируемый полёт в окололунную программу без посадки: проверка ЖО, процедур экипажа Go: жизненные показатели экипажа в норме, все системы поддержания работоспособны; No-Go: критический отказ жизнеобеспечен ия жизненные параметры экипажа (пульс, кислород, CO2), давление в кабине, температура, резервная телеметрия, голос/видео Отказ LSS, потери связи, непредвиденн ые G-нагрузки Резервные LSS, медицинская поддержка, аварийные процедуры возврата 1–2 недели 12 G2 — Пилотируемая посадка/возврат (финальная миссия с людьми) 1–2 (после положитель ных результатов ) Демонстрация посадки человека на Луну и безопасного возврата на Землю Go: успешная посадка и возврат с жизненными параметрами в норме; No-Go: отказ приводящий к неприемлемому риску жизни полная LSS-телеметр ия, состояние экипажа, автопилот, двигатели посадки/ascen t, стыковка, тепловой щит Все критические риски; человеческий фактор Строгое соответствие всем критериям из F1, последовательн ость «go/no-go» ревью, аварийные планы ~2–3 недели