Человечество уже давно строит планы в отношении будущего космических полетов в дальний космос. Но какими будут эти полеты? На каких кораблях мы будем бороздить просторы Вселенной?
Будут ли эти корабли настолько большими, что места внутри них хватит на строительство поселений или даже целых городов, как это мы не раз могли наблюдать во многих фантастических фильмах? Или же они будут более приближены к реальности и представлять собой большие орбитальные космические станции? Основной вопрос данной статьи заключается в том, насколько близкое отношение к реальности имеют предложенные в научной фантастике концепты космических колоний.
Гигантские космические станции размером с Луну. Огромные кольцеобразные станции, кружащие по орбите чужих миров. Массивные города, дрейфующие в атмосфере чужих планет. Все эти концепты мы сегодня и рассмотрим и выясним, насколько они реализуемы.
Комментировать ту или иную идею будет Синди Ду, научный сотрудник и докторант Массачусетского технологического института, человек, который откровенно считает, что проект Mars One изначально обречен на провал, и ученый, который написал серьезную научную работу, в которой затрагиваются вопросы, связанные с нашей возможной будущей жизнью в космосе.
Согласно Ду, нужно учитывать три вещи, если мы говорим о любой возможности обитания человека в космосе. Необходимо учитывать место обитания, чего мы хотим от этого места обитания и насколько большим оно будет. Именно эти три критерия могут указать на возможность или невозможность всей затеи. Поэтому рассмотрим несколько вариантов космических жилищ, которые предлагает нам научная фантастика, и выясним, насколько реально и рационально их использование.
Мобильная космическая станция наподобие «Звезды смерти»
Практически каждый любитель научно-фантастических фильмов знает, что такое «Звезда смерти». Это такая большая серая и круглая космическая станция из киноэпопеи «Звездные войны», внешне очень напоминающая Луну. Это межгалактический уничтожитель планет, который по сути сам является искусственной планетой, состоящей из стали и населенной штурмовиками.
Можем ли мы в реальности построить такую искусственную планету и бороздить на ней просторы галактики? В теории - да. Только на это потребуется невероятное количество человеческих и финансовых ресурсов.
«Станция размером со «Звезду смерти» потребует колоссального запаса материалов для строительства», - говорит Ду.
Вопрос строительства «Звезды смерти» - без шуток - поднимался даже американским Белым домом, после того как общество отправило соответствующую петицию для рассмотрения. Официальный ответ властей гласил, что только на сталь для строительства потребуется 852 000 000 000 000 000 долларов.
Давайте предположим, что вопрос денег не является проблемой и «Звезду смерти» действительно построили. Что дальше? А дальше в дело включится старая добрая физика. И это окажется действительно проблемой.
«Для возможности движения «Звезды смерти» через космос потребуется беспрецедентный объем энергии», - продолжает Ду.
«Масса станции будет эквивалентна массе Деймоса, одного из спутников Марса. У человечества просто нет возможностей и необходимых технологий, чтобы построить двигатель, способный передвигать таких великанов».
Орбитальная станция «Дальний космос 9»
Итак, мы выяснили, что «Звезда смерти» слишком большая (по крайней мере на сегодняшний взгляд) для путешествий в космосе. Возможно, нам поможет какая-нибудь космическая станция меньшего размера, такая как, например, «Дальний космос 9», на которой происходят события сериала «Звездный путь» (1993-1999 гг.). В этом сериале станция находится на орбите вымышленной планеты Бэйджор и является отличным местом обитания и настоящим галактическим торговым центром.
«Опять же, потребуется очень много ресурсов для строительства подобной станции», - говорит Ду.
«Основной вопрос заключается в следующем: производить ли доставку необходимого материала к той планете, на орбите которой будет находиться будущая станция, или же добывать необходимые ресурсы прямо на месте, скажем, на каком-нибудь астероиде или спутнике одной из местных планет?»
Ду говорит, что доставка каждого килограмма полезного груза в космос на низкую орбиту Земли обходится сейчас примерно в 20 000 долларов. Учитывая это, вероятнее всего, было бы целесообразнее отправить какой-нибудь роботизированный космический аппарат на добычу полезных ископаемых на один из местных астероидов, чем доставлять на место нужный материал с Земли.
Еще одним вопросом, который потребует обязательного решения, будет, конечно же, вопрос жизнеобеспечения. В том же «Звездном пути» станция «Дальний космос 9» не была полностью автономной. Она являлась торговым галактическим центром, новые запасы для которого доставлялись различными торговцами, а также в ходе поставок с планеты Бэйджор. По мнению Ду, при строительстве подобных космических станций для обитания в любом случае потребуется время от времени проводить миссии по поставке новых продовольствий.
«Станция подобного размера, скорее всего, будет функционировать благодаря созданию и комбинации использования биологических сред (например, выращивания водорослей для питания) и систем жизнеобеспечения, основанных на химико-технологических процессах, как, например, на МКС», - объясняет Ду.
«Эти системы не будут полностью автономными. Они будут требовать периодического обслуживания, пополнения запасов воды, кислорода, поставок новых запчастей и так далее».
Марсианская станция как в фильме «Миссия на Марс»
В этом фильме присутствует очень много реального фантастического бреда. Торнадо на Марсе? Мистические обелиски пришельцев? Но больше всего смущает описанный в фильме факт того, что на Марсе очень просто обустроить себе жилище и обеспечить себя запасами воды и кислорода. Оставшийся в одиночку на Марсе герой актера Дона Чидла объясняет, что смог выжить на Красной планете благодаря созданию небольшого огорода.
«Это работает. Я даю им свет и углекислый газ, они мне - кислород и пищу».
Если это так легко, то что мы до сих пор делаем здесь, на Земле?
«В теории создать марсианскую теплицу действительно возможно. Однако выращивание растений обладает рядом особенностей. И если сравнивать трудозатраты на выращивание растений на Марсе и стоимость доставки на Красную планету уже готовых продуктов с Земли, то проще и дешевле будет доставлять готовые и запакованные продукты, дополняя запасы лишь частью выращенных сельскохозяйственных культур, имеющих очень высокую степень урожайности. Более того, выбирать нужно будет растения с минимальным циклом созревания. Например, различные салатные культуры».
Несмотря на уверенность Чидла в том, что между растениями и человеком имеются тесные связи (на Земле оно, может, так и есть), в суровых климатических условиях Марса растения и человек будут находиться в совсем неестественной для них окружающей среде. Не следует также забывать и о таком аспекте, как различия в интенсивности фотосинтеза сельскохозяйственных культур. Для выращивания растений потребуются сложные закрытые системы для контроля за окружающей средой. И это весьма серьезная задача, так как в таком случае людям и растениям придется делить единую атмосферу. Решение этой проблемы на практике потребует использования изолированных парниковых камер для роста, но это в свою очередь повысит общую стоимость затрат.
Выращивание растений, может, и является хорошей идеей, но лучше запастись дополнительной провизией, которую можно будет взять с собой перед полетом в один конец.
Клауд-Сити. Город, парящий в атмосфере планеты
Знаменитый «город в облаках» Лэндо Калриссиана из «Звездных войн» представляется довольно интересной идеей для научной фантастики. Однако могут ли планеты с весьма плотной атмосферой, но суровой поверхностью являться подходящей площадкой для выживания и даже процветания человечества? Эксперты из NASA считают, что это действительно возможно. И самым подходящим кандидатом на роль такой планеты в нашей Солнечной системе является Венера.
Научно-исследовательский центр в Лэнгли в свое время изучал эту идею и до сих пор работает над концептами космических аппаратов, которые смогли бы отправить человека к верхним слоям атмосферы Венеры. Мы уже писали о том, что строительство гигантской станции размером с город будет очень сложной задачей, практически невозможной, но еще сложнее может быть поиск ответа на вопрос о том, как удержать космический корабль в верхних слоях атмосферы.
«Вход в атмосферу является одним из сложнейших испытаний в ходе космического полета», - говорит Ду.
«Вы даже не представляете, какие «7 минут ужаса» пришлось перенести «Кьюриосити» в момент посадки на Марс. А удержать гигантскую жилую станцию в верхних слоях атмосферы будет гораздо сложнее. Когда вы входите в атмосферу на скорости нескольких тысяч километров в секунду, вам потребуется за считанные минуты активировать системы торможения и стабилизации аппарата в атмосфере. В противном случае вы просто разобьетесь».
Опять же, одним из преимуществ летающего города Калриссиана является постоянный доступ к чистому и свежему воздуху, о чем можно полностью забыть, если мы говорим о реальных условиях и в частности условиях Венеры. Кроме того, придется разработать специальные скафандры, облачаясь в которые люди смогут спускаться вниз и пополнять запасы материалов на адской поверхности этой планеты. Ду имеет на этот счет несколько идей:
«Для обитания в атмосфере, в зависимости от выбранного места, можно, например, проводить очистку атмосферы вокруг станции (на Венере вы можете перерабатывать CO2 в O2, например), или же можно отправить роботов-шахтеров на поверхность с помощью троса, например, для добычи полезных ископаемых и последующей доставки их обратно на станцию. В условиях Венеры это опять же будет чрезвычайно сложной задачей».
В общем, идея Клауд-Сити выглядит совсем не подходящей со многих сторон.
Гигантский космический корабль «Аксиома» из мультика «ВАЛЛ-И»
Потрясающий и трогательный научно-фантастический мультфильм «ВАЛЛ-И» предлагает относительно реалистичный вариант исхода человечества с Земли. В то время как роботы пытаются очистить поверхность Земли от скопившегося на ней мусора, люди улетают из системы в дальний космос на гигантском космическом корабле. Звучит вполне реалистично, правда? Космические корабли мы уже делать научились, так давайте просто сделаем их больше?
На самом же деле эта идея является, по мнению Ду, чуть ли не самой нереальной из предложенного в этой статье списка.
«В мультфильме показано, что корабль «Аксиома» находится в очень дальнем космосе. Поэтому, вероятнее всего, доступа к любым внешним ресурсам, которые могут потребоваться для поддержания на корабле жизни, он, скорее всего, не имеет. Например, так как корабль будет находиться далеко от нашего Солнца или любого другого источника солнечной энергии, то, скорее всего, работать он будет на базе ядерного реактора. Население корабля составляет несколько тысяч человек. Всем им нужно есть, пить, дышать воздухом. Все эти ресурсы нужно откуда-то брать, а также еще и не забывать о переработке отходов, которые обязательно будут накапливаться с употреблением этих ресурсов».
«Даже если использовать какую-нибудь сверхвысокотехнологическую систему биологического жизнеобеспечения, то нахождение в космической среде, не способной обеспечить пополнение космического корабля нужными объемами энергии, будет означать, что все эти системы жизнеобеспечения не смогут поддерживать биологические процессы на его борту. Короче говоря - вариант с гигантским космическим кораблем выглядит наиболее фантастическим».
Мир-кольцо. Элизиум
Миры-кольца, какими они представлены, например, в фантастическом боевике «Элизиум» или видеоигре «Halo», являются, пожалуй, одними из самых интересных идей для космических станций будущего. В «Элизиуме» станция находится близко к Земле и, если игнорировать ее размеры, обладает определенной долей реалистичности. Однако самая большая проблема здесь заключается в ее «открытости», что уже только по виду - чистая фантастика.
«Возможно, самым спорным вопросом по поводу станции «Элизиум» является ее открытость для космической среды», - объясняет Ду.
«В фильме показано, как космический корабль просто садится на лужайку после того, как прилетает из открытого космоса. Здесь нет никаких стыковочных шлюзов и тому подобного. А ведь такая станция должна быть полностью изолирована от внешней среды. В противном случае атмосфера здесь долго не задержится. Возможно, открытые участки станции можно будет защитить каким-то невидимым полем, которое позволит солнечному свету проникать внутрь и поддерживать жизнь в высаженных здесь растениях и деревьях. Но пока это всего лишь фантастика. Таких технологий нет».
Самая идея станции в форме колец замечательная, но пока нереализуемая.
Подземные города как в «Матрице»
События трилогии «Матрица» в действительности происходят на Земле. Однако поверхность планеты заселена роботами-убийцами, и поэтому наш дом выглядит как чужой и очень негостеприимный мир. Для выживания людям пришлось спуститься под землю, ближе к ядру планеты, где все еще тепло и более безопасно. Основная же проблема при таких реальных стечениях обстоятельств, помимо, конечно же, сложности при транспортировке оборудования, которое потребуется для создания подземной колонии, будет заключаться в поддержании контакта с остальным человечеством. Ду объясняет эту сложность на примере Марса:
«Подземные колонии могут встретиться с проблемами общения между собой. Связь между подземными колониями на Марсе и Земле потребует создания отдельных мощных коммуникационных линий и орбитальных спутников, которые станут мостом для передачи сообщений между двумя планетами. Если потребуется наличие постоянной коммуникационной линии, то в этом случае будет необходимо использование как минимум еще одного дополнительного спутника, который будет располагаться на орбите Солнца. Он будет принимать сигнал и отправлять его на Землю, когда наша планета и Марс будут находиться по разные стороны звезды».
Терраформированный астероид как в романе «2312»
В романе Кима Стэнли Робинсона люди провели терраформирование астероида и построили на нем своего рода террариум, в котором искусственная гравитация создается за счет центростремительной силы.
Эксперт NASA Эл Глобус говорит, что важнее всего будет решить вопрос герметичности астероида, учитывая, что большинство из них представляются по сути большими кусками различного космического «мусора». Кроме того, эксперт говорит, что астероиды очень плохо поддаются вращению, а изменение центра его гравитации потребует определенных усилий при корректировке его курса.
«Однако строительство космической станции на астероиде действительно возможно. Нужно будет лишь найти большой и наиболее подходящий летающий кусок скалы», - говорит Ду.
«Что интересно, NASA планирует нечто подобное в рамках своей миссии Asteroid Redirect Mission».
«Одна из задач заключается в отборе наиболее подходящего астероида, обладающего нужной структурой, формой и орбитой. Были концепты, согласно которым рассматривался вопрос помещения астероида на периодические орбиты между Землей и Марсом. Поведение астероидов в данном случае изменялось таким образом, что они действовали бы как транспортники между двумя планетами. Дополнительная масса вокруг астероида в свою очередь обеспечивала защиту от воздействия космической радиации».
«Главная же задача, связанная с данным концептом, заключалась бы в передвижении потенциально достаточно подходящего для обитания астероида на определенную орбиту (это потребовало бы наличия технологий, которыми мы в настоящий момент не обладаем), а также добыче и переработке полезных ископаемых на этом астероиде. Опыта в этом у нас пока тоже нет».
«Размеры и плотность подобного объекта больше подходят для отправки туда команды из 4-6 человек, нежели строительства чего-то уровня колонии. И подготовкой к этому NASA сейчас и занимается».
Вступительная заставка сериала «Пространство»: схематичное изображение распространения человечества по Солнечной системе
Я подготовил для журнала «Популярная механика» небольшую статью - прогноз развития космонавтики. В материал «5 сценариев будущего» (№ 4, 2016) вошла лишь малая часть статьи - всего один абзац:) Публикую полную версию!
Часть первая: ближайшее будущее — 2020-2030
В начале нового десятилетия человек вернется в окололунное пространство, в ходе осуществления программы NASA «Гибкий путь» (Flexible Path). Новая американская сверхтяжелая ракета Space Launch System (SLS), первый пуск которой запланирован на 2018 год, в этом поможет. Полезная нагрузка — 70 т на первом этапе, до 130 т на последующих. Напомню, у российского «Протона» полезная нагрузка лишь 22 т, у новой «Ангары-А5» — около 24 т. В США также строится государственный космический корабль Orion.
SLS
Источник: NASA
Американские частники обеспечат доставку астронавтов и грузов на МКС. Вначале два корабля — Dragon V2 и CST-100, затем подтянутся и другие (возможно, крылатые — например, Dream Chaser не только в грузовом, но и в пассажирском варианте).
МКС будут эксплуатировать как минимум до 2024 года (возможно и дольше, особенно российский сегмент).
Затем NASA объявит конкурс на новую околоземную базу, в котором победит, вероятно, Bigelow Aerospace с проектом станции с надувными модулями.
Можно прогнозировать к концу 2020-х годов наличие на орбите нескольких частных пилотируемых орбитальных станций различного назначения (от туризма до орбитальной сборки спутников).
С использованием тяжелой ракеты (с грузоподъемностью немного больше 50 т, иногда ее классифицирует как сверхтяжелую) Falcon Heavy и Dragon V2, сделанных в фирме Илона Маска, вполне вероятны туристические полеты на орбиту вокруг Луны — не просто облет, а именно работа на окололунной орбите — ближе к середине 2020-х.
Также ближе к середине-концу 2020-х вероятен конкурс от NASA на создание лунной транспортной инфраструктуры (частные экспедиции и частная лунная база). По недавно опубликованным оценкам частникам потребуется около $10 млрд государственного финансирования, чтобы вернуться на Луну в обозримое (меньше 10 лет) время.
Макет лунной базы частной компании Bigelow Aerospace
Источник: Bigelow Aerospace
Таким образом, «Гибкий путь» ведет NASA на Марс (экспедиция к Фобосу — в начале 30-х, на поверхность Марса — только в 40-х, если не будет мощного ускоряющего импульса от общества), а низкую околоземную орбиту и даже Луну отдадут частному бизнесу.
Кроме того, будут введены в строй новые телескопы, которые позволят найти не только десятки тысяч экзопланет, но и измерить прямым наблюдениям спектры атмосфер ближайших из них. Рискну предположить, что до 30-го года будут получены доказательства существования внеземной жизни (кислородная атмосфера, ИК-сигнатуры растительности и т.д.), и вновь возникнет вопрос о Великом фильтре и парадоксе Ферми.
Состоятся новые полеты зондов к астероидам, газовым гигантам (к спутнику Юпитера Европе, к спутникам Сатурна Титану и Энцеладу, а также к Урану или Нептуну), появятся первые частные межпланетные зонды (Луна, Венера, возможно, и Марс с астероидами).
Разговоры о добычи ресурсов на астроидах до 30-го года так и останутся разговорами. Разве что частники проведут совместно с государственными агентствами небольшие технологические эксперименты.
Начнут массово летать туристические суборбитальные системы — сотни людей побывают на границе космоса.
Китай в начале 20-х построит свою многомодульную орбитальную станцию, а к середине — концу десятилетия осуществит пилотируемый облет Луны. Также запустит множество межпланетных зондов (например, китайский марсоход), но на первое место в космонавтике не выйдет. Хотя и будет находиться на третьем-четвертом — сразу за США и крупными частниками.
Россия в лучшем случае сохранит «прагматичный космос» — связь, навигацию, дистанционное зондирование Земли, а также советское наследие по пилотируемой космонавтике. К российскому сегменту МКС будут летать космонавты на «Союзах», и после выхода США из проекта, вероятно, российский сегмент образует отдельную станцию — намного меньше советского «Мира» и даже меньше китайской станции. Но этого хватит, чтобы сохранить отрасль. Даже по средствам выведения Россия откатится на 3-4 место. Но этого будет хватать, чтобы выполнять задачи народно-хозяйственного значения. В плохом варианте после завершения эксплуатации МКС пилотируемое направление в космонавтике в России будет полностью закрыто, а в наиболее оптимистичном варианте — будет объявлена лунная программа с реальными (а не в середине 2030-х) сроками и четким контролем, что позволит уже в середине 2020-х провести высадки на Луну. Но такой сценарий, увы, маловероятен.
К клубу космических держав присоединятся новые страны, в том числе несколько стран с пилотируемыми программами — Индия, Иран, даже Северная Корея. И это не говоря о частных фирмах: пилотируемых орбитальных частных аппаратов к концу десятилетия будет много — но вряд ли больше десятка.
Множество небольших фирм создаст свои сверхлегкие и легкие ракеты. Причем некоторые из них постепенно будут наращивать полезную нагрузку — и выходить в средние и даже тяжелые классы.
Принципиально новых средств выведения не появится, люди будут летать на ракетах, однако многоразовость первых ступеней или спасение двигателей станут нормой. Вероятно, будут проводиться эксперименты с аэрокосмическими многоразовыми системами, новыми топливами, конструкциями. Возможно, к концу 20-х будет построен и начнет летать одноступенчатый многоразовый носитель.
Часть вторая: превращение человечества в космическую цивилизацию — от 2030 до конца XXI века
На Луне множество баз — как государственных, так и частных. Естественный спутник Земли используется как ресурсная база (энергия, лед, различные составляющие реголита), опытный и научный полигон, где проверяются космические технологии для дальних полетов, в затененных кратерах размещены инфракрасные телескопы, а на обратной стороне — радиотелескопы.
Луна включена в земную экономику — энергия лунных электростанций (поля солнечных батарей и солнечных концентраторов построенных из местных ресурсов) передается как на космические буксиры в околоземном пространстве, так и на Землю. Решена задача доставки вещества с поверхности Луны на низкую околоземную орбиту (торможение в атмосфере и захват). Лунный водород и кислород используется в окололунных и околоземных заправочных станциях. Конечно, все это только первые эксперименты, но уже на них частные фирмы делают состояния. Гелий-3 пока добывается только в небольших количествах для экспериментов связанных с термоядерными ракетными двигателями.
На Марсе — научная станция-колония. Совместный проект «частников» (в основном — Илона Маска) и государств (в основном — США). Люди имеют возможность вернуться на Землю, однако многие улетают в новый мир навсегда. Первые эксперименты по возможному терраформированию планеты. На Фобосе — перевалочная база для тяжелых межпланетных кораблей.
Марсианская база
Источник: Bryan Versteeg
По всей Солнечной системе множество зондов, цель которых — подготовка к освоению, поиск ресурсов. Полеты скоростных аппаратов с ядерными энергодвигательными установками в пояс Койпера к недавно обнаруженному газовому гиганту — девятой планете. Роверы на Меркурии, аэростатные, плавающие, летающие зонды на Венере, изучение спутников планет-гигантов (например, подводные лодки в морях Титана).
Распределенные сети космических телескопов позволяют фиксировать экзопланеты прямым наблюдением и даже составить карты (очень низкого разрешения) планет у ближайших звезд. В фокус гравитационной линзы Солнца отправлены большие автоматические обсерватории.
Развернуты и работают одноступенчатые многоразовые средства выведения, на Луне активно используются не ракетные способы доставки грузов — механические и электромагнитные катапульты.
Летает множество туристических космических станций. Есть несколько станций — научных институтов с искусственной гравитацией (станция-тор).
Тяжелые пилотируемые межпланетные корабли не только достигли Марса и обеспечили развертывание на Красной планете базы-колонии, но и активно исследуют пояс астероидов. Множество экспедиций отправлено к околоземным астероидам, осуществлена экспедиция на орбиту Венеры. Началась подготовка к развертыванию исследовательских баз у планет-гигантов — Юпитера и Сатурна. Возможно, планеты-гиганты станут целью первого испытательного полета межпланетного корабля с термоядерным двигателем с магнитным удержанием плазмы.
Запуск метеозонда на Титане
После полета Гагарина люди всерьез думали, что всего через несколько десятилетий Человечество покорит космическое пространство, колонизирует Луну, Марс и, возможно, более отдаленные планеты. Однако прогнозы эти были излишне оптимистичными. Но сейчас сразу несколько государств и частных компаний всерьез работают над тем, чтобы оживить утратившую накал космическую гонку. В нашем сегодняшнем обзоре мы вам расскажет про несколько самых амбициозных подобных проектов современности.
Американский мультимиллионер Деннис Тито, ставший в свое время, первым космическим туристом, создал программу Inspiration Mars, целью которой является запуск частной миссии на Марс в 2018 году. Почему именно в 2018? Дело в том, что при старте корабля 5 января этого года, появляется уникальная возможность осуществить полет по минимальной траектории. В следующий раз такой шанс выпадет лишь через тринадцать лет.
Американское агентство передовых разработок DARPA планирует запустить масштабную космическую программу, разработанную на сто и более лет. Главной ее целью является желание исследовать пространство за пределами Солнечной Системы на предмет потенциальной его колонизации Человечеством. При этом само DARPA планирует потратить на это лишь 100 миллионов долларов, основная же финансовая нагрузка ляжет на плечи частных инвесторов. Подобный режим сотрудничества в агентстве сравнивают с исследовательскими экспедициями 16 века, во время которых их руководители, действуя под флагами разных стран, в итоге получали большую часть доходов от присоединенных к Короне территорий и статус королевского наместника в них.
Известный режиссер Джеймс Кэмерон основал фонд, который займется проблемой использования астероидов в полезных для Человечества целях. Ведь эти космические объекты полны редкоземельных элементов. А той же платины в 500-метровом астероиде может оказаться больше, чем было добыто на Земле за всю ее историю. Так почему бы не попытаться достать эти ресурсы? К начинанию Кэмерона присоединились Google, The Perot Group, Hillwood и некоторые другие компании.
Япония планирует в самом ближайшем будущем построить т.н. «солнечный парус» ESAIL, который, благодаря давлению солнечных лучей на его поверхность, будет двигаться по космическому пространству со скоростью 19 километров в секунду. А это сделает его самым быстрым рукотворным объектом в Солнечной Системе.
В апреле 2015 года Российское Космическое Агентство объявило о своих амбициозных планах, подразумевающими создание обитаемых баз на Луне и Марсе уже к 2050 году. При этом все значимые спуски в ее рамках будут осуществлены не с Байконура, с нового космодрома Восточный, который сейчас строится на Дальнем Востоке.
Предвещая и дальнейшее развитие частных полетов на орбиту Земли, российская компания Орбитальные Технологии совместно с РКК Энергия запустили проект с названием Commercial Space Station по созданию первого отеля для космических туристов. Ожидается, что первый его модуль будет отправлен в Космос уже в 2015-2016 годах.
Одним из самых перспективных направлений по освоению Космоса считается разработка идеи космического лифта, который мог бы поднимать по тросу объекты на орбиту Земли. Создать первый подобный транспорт обещает к 2050 году японская компания Obayashi Corporation. Лифт этот сможет двигаться со скоростью 200 километров в час и нести в себе одновременно 30 человек.
На орбите Земли находится огромное количество старых, отработавших свое спутников, превратившихся в так называемый «космический мусор». И это при том, что запуск одного только килограмма груза туда составляет в среднем 30 тысяч долларов. Вот по этой причине агентство DARPA и решило начать разработку космической станции Phoenix, которая займется отловом старых спутников и сбором из них новых, функционирующих.
Dream Chaser («Бегущий за мечтой») - новый пилотируемый аппарат от частной компании Sierra Nevada Corporation (США). Этот многоразовый пилотируемый космический корабль будет выполнять доставку грузов и экипажа численностью до 7 человек на низкую околоземную орбиту. По проекту, космический корабль будет использовать крылья, и с их помощью совершать посадку на обычную взлётную полосу. Конструкция базируется на проекте орбитального самолёта HL-20
©Sierra Nevada Corporation
Пока американцы середины прошлого века лихорадочно соображали, как угнаться за «империей зла», оная пестрела лозунгами: «Комсомол – на самолет», «Звездному космосу – ДА!». Сегодня США с легкостью воздушных змеев запускают космические корабли, нашим же остается бороздить пока, разве что, Большой театр. Разбирался в деталях Naked Science.
История
Во времена холодной войны космос был одной из арен для борьбы между Советским Союзом и США. Геополитическое противостояние сверхдержав - главный стимул в те годы для развития космической отрасли. На осуществление программ освоения космоса было брошено огромное количество ресурсов. В частности, на реализацию проекта «Аполлон», главной целью которого была высадка человека на поверхность Луны, правительство США потратило около двадцати пяти миллиардов долларов. Для 70-х годов прошлого века эта сумма была просто гигантской. Лунная программа СССР, которой так и не суждено было осуществиться, обошлась бюджету Советского Союза в 2,5 млрд. рублей. Разработка отечественного космического корабля многоразового использования «Буран» стоила шестнадцать миллиардов рублей. При этом «Бурану» судьба уготовила совершить лишь один космический полет.
Гораздо больше повезло его американскому аналогу. «Спейс шаттл» совершил сто тридцать пять запусков. Но американский шаттл оказался не вечен. Корабль, созданный по государственной программе «Космическая транспортная система», 8 июля 2011-го года осуществил свой последний космический старт, который завершился ранним утром 21-го июля того же года. За время реализации программы американцы произвели на свет шесть «шаттлов», один из которых был прототипом, никогда не осуществлявшим космических полетов. Два корабля и вовсе потерпели катастрофу.
Отрыв от земли «Аполлона 11»
©NASA
С точки зрения экономической целесообразности программу «Спейс шаттл» едва ли можно назвать успешной. Космические корабли одноразового использования оказались гораздо экономичней своих, казалось бы, более технологически продвинутых многоразовых собратьев. Да и безопасность полетов на «шаттлах» вызывала сомнения. За время их эксплуатации, в результате двух катастроф, жертвами стали четырнадцать астронавтов. Но причина столь неоднозначных итогов космических путешествий легендарного корабля заключается не в его техническом несовершенстве, а в сложности самой концепции космических аппаратов многоразового использования.
В итоге, российские космические корабли одноразового использования «Союз», разработанные ещё в 60-е годы прошлого века, стали единственным типом аппаратов, осуществляющим ныне пилотируемые полеты на Международную космическую станцию (МКС). Нужно сразу отметить, что это отнюдь не говорит об их превосходстве над «Спейс шаттлом». Корабли «Союз», как и беспилотные «космические грузовики» «Прогресс», созданные на их базе, обладают рядом концептуальных недостатков. Они весьма ограничены в грузоподъемности. А еще использование подобных аппаратов приводит к накоплению орбитального мусора, оставшегося после их эксплуатации. Космические полеты на кораблях типа «Союз» очень скоро станут частью истории. В то же время, на сегодняшний день, не существует реальных альтернатив. Огромный потенциал, заложенный в концепции кораблей многоразового использования, зачастую остается технически нереализуемым даже в наше время.
Первый проект советского многоразового орбитального самолета ОС-120 «Буран», предложенного НПО "Энергия" в 1975 году и представлявшего собой аналог американского Space Shuttle
©buran.ru
Новые космические корабли США
В июле 2011-го года американский президент Барак Обама заявил: полет на Марс является новой и, насколько можно полагать, главной целью американских астронавтов на ближайшие десятилетия. Одной из программ, осуществляемых NASA в рамках освоения Луны и полета на Марс, стала масштабная космическая программа «Созвездие».
В её основе - создание нового пилотируемого космического корабля «Орион», ракет-носителей «Арес-1» и «Арес-5», а также лунного модуля «Альтаир». Несмотря на то что в 2010-м году правительство США приняло решение о сворачивании программы «Созвездие», NASA получило возможность продолжить разработку «Ориона». Первый беспилотный испытательный полет корабля планируется реализовать в 2014-м году. Предполагается, что во время полета аппарат удалится на шесть тысяч километров от Земли. Это примерно в пятнадцать раз дальше, чем находится МКС. После тестового полета корабль возьмет курс на Землю. В атмосферу новый аппарат сможет входить со скоростью 32 тыс. км/ч. По этому показателю «Орион» на полторы тысячи километров превосходит легендарный «Аполло». Первый беспилотный экспериментальный полет «Ориона» призван продемонстрировать его потенциальные возможности. Испытание корабля должно стать важным шагом к осуществлению его пилотируемого запуска, который намечен на 2021-й год.
Согласно планам NASA, в роли ракет-носителей «Ориона» будут выступать «Дельта-4» и «Атлас-5». От разработки «Арес» было решено отказаться. Кроме того, для освоения дальнего космоса американцы проектируют новую сверхтяжёлую ракету-носитель SLS.
«Орион» - корабль частично многоразового использования и концептуально находится ближе к аппарату «Союз», чем к космическому челноку «шаттл». Частично многоразовыми являются большинство перспективных космических кораблей. Такая концепция предполагает, что после осуществления посадки на поверхность Земли жилую капсулу корабля можно будет повторно использовать для запуска в космическое пространство. Это позволяет совместить функциональную практичность многоразовых космических кораблей с экономичностью эксплуатации аппаратов типа «Союз» или «Аполло». Такое решение- переходный этап. Вероятно, в отдаленном будущем все космические аппараты станут многоразовыми. Так что американский «Спейс шаттл» и советский «Буран» в каком-то смысле опередили своё время.
«Орион» – многоцелевой капсульный частично многоразовый пилотируемый космический корабль США, разрабатываемый с середины 2000-х годов в рамках программы «Созвездие»
©NASA
Похоже, слова «практичность» и «предусмотрительность» как нельзя лучше характеризуют американцев. Правительство США решило не взваливать все свои космические амбиции на плечи одного «Ориона». В настоящее время сразу несколько частных компаний по заказу NASA разрабатывают собственные космические корабли, призванные заменить используемые сегодня аппараты. В рамках «Программы развития коммерческих пилотируемых кораблей» (CCDev) компания Boeing разрабатывает частично многоразовый пилотируемый космический корабль CST-100. Аппарат предназначен для совершения коротких путешествий на околоземную орбиту. Его главной задачей станет доставка экипажа и грузов на МКС.
Экипаж корабля может составлять до семи человек. При этом, во время проектирования CST-100 особое внимание было уделено комфорту астронавтов. Жилое пространство аппарата куда обширней кораблей прошлого поколения. Запуск его, вероятно, будет производиться с помощью ракет-носителей «Атлас», «Дельта» или «Фалькон». При этом, «Атлас-5» является наиболее подходящим вариантом. Посадка корабля будет осуществляться с помощью парашюта и воздушных подушек. Согласно планам компании Boeing, в 2015-м году CST-100 ждет серия испытательных запусков. Первые два полета будут беспилотными. Главная их задача- вывод аппарата на орбиту и тестирование систем безопасности. Во время третьего полета планируется пилотируемая стыковка с МКС. В случае успеха испытаний CST-100 очень скоро будет способен прийти на замену российским кораблям «Союз» и «Прогресс», монопольно осуществляющим пилотируемые полеты на Международную космическую станцию.
CST-100 – пилотируемый транспортный космический корабль
©Boeing
Ещё одним частным кораблем, который будет выполнять доставку грузов и экипажа на МКС, станет аппарат, разработанный компаний SpaceX, входящей в состав Sierra Nevada Corporation. Частично многоразовый моноблочный корабль «Дракон» разработан по программе NASA «Коммерческая орбитальная транспортировка» (COTS). Планируется построить три его модификации: пилотируемую, грузовую и автономную. Экипаж пилотируемого корабля, как и в случае с CST-100, может составлять семь человек. В грузовой модификации корабль будет брать на борт четыре человека и две с половиной тонны груза.
А в будущем «Дракон» хотят использовать и для полетов на Красную планету. Для чего разработают специальную версию корабля - «Рэд драгон». Согласно планам американского космического руководства, беспилотный полет аппарата на Марс состоится в 2018-м году, а первый испытательный пилотируемый полет корабля США рассчитывают осуществить уже через несколько лет.
Одна из особенностей «Дракона» - его многоразовость. После осуществления полета часть энергетических систем и топливные баки будут спускаться на Землю вместе с жилой капсулой корабля и могут быть вновь использованы для космических полетов. Эта конструктивная способность выгодно отличает новый корабль от большей части перспективных разработок. В ближайшем будущем «Дракон» и CST-100 будут дополнять друг друга и выступать в роли «подстраховки». В случае, если один тип корабля по какой-то причине не сможет выполнять поставленные перед ним задачи, другой возьмет на себя часть его работы.
Dragon SpaceX – частный транспортный космический корабль (КК) компании SpaceX, разработанный по заказу NASA в рамках программы «Коммерческая орбитальная транспортировка» (COTS), предназначенный для доставки полезного груза и, в перспективе, людей на МКС
©SpaceX
«Дракон» на орбиту вывели впервые в 2010-м году. Беспилотный испытательный полет завершился успешно, и уже через несколько лет, а именно 25 мая 2012-го года, аппарат пристыковался к МКС. На корабле к тому моменту не было системы автоматической стыковки, и для её осуществления пришлось использовать манипулятор космической станции.
Этот полет рассматривался в качестве первой в истории стыковки частного корабля к Международной космической станции. Сразу оговоримся: едва ли «Дракон» и ряд других космических кораблей, разрабатываемых частными компаниями, можно назвать частными в полном смысле слова. Например, на разработку «Дракона» NASA выделило 1,5 млрд. долларов. Другие частные проекты также получают финансовую поддержку со стороны NASA. Поэтому речь идет не столько о коммерциализации космоса, сколько о новой стратегии развития космической отрасли, основанной на кооперации государства и частного капитала. Некогда секретные космические технологии, ранее доступные лишь государству, отныне - достояние ряда частных компаний, вовлеченных в сферу космонавтики. Обстоятельство это - само по себе мощный стимул для роста технологических возможностей частных компаний. К тому же такой подход позволил устроить в частную сферу большое количество специалистов космической отрасли, уволенных ранее государством в связи с закрытием программы «Спейс шаттл».
Когда речь идет о программе разработки космических кораблей частными компаниями, едва ли не наибольший интерес представляет проект компании SpaceDev, получивший название «Дрим Чейзер». В его разработке также принимали участие двенадцать партнёров компании, три американских университета и семь центров NASA.
Концепт многоразового пилотируемого космического корабля Dream Chaser, разрабатываемый американской компанией SpaceDev, подразделением Sierra Nevada Corporation
©SpaceDev
Этот корабль сильно отличается от всех остальных перспективных космических разработок. Многоразовый «Дрим Чейзер» внешне напоминает миниатюрный «Спейс шаттл» и способен осуществлять посадку, как обыкновенный самолет. И все равно основные задачи корабля схожи с задачами «Дракона» и CST-100. Аппарат послужит для доставки грузов и экипажа (до тех же семи человек) на низкую околоземную орбиту, куда он будет выводиться с помощью ракеты-носителя «Атлас-5». В этом году корабль должен осуществить свой первой беспилотный полет, а к 2015-му планируется подготовить к запуску его пилотируемую версию. Еще одна важная деталь. Проект «Дрим Чейзер» создается на базе американской разработки 1990-х годов – орбитального самолета HL-20. Проект последнего стал аналогом советской орбитальной системы «Спираль». Все три аппарата имеют схожий внешний вид и предполагаемые функциональные возможности. Отсюда вытекает вполне закономерный вопрос. Стоило ли Советскому Союзу сворачивать наполовину готовую авиационно-космическую систему «Спираль»?
Что у нас?
В 2000-м году РКК «Энергия» начала проектирование многоцелевого космического комплекса «Клипер». Этот многоразовый космический аппарат, внешне чем-то напоминающий уменьшенный в размерах «шаттл», предполагалось использовать для решения самых разнообразных задач: доставка груза, эвакуация экипажа космической станции, космический туризм, полеты на другие планеты. На проект возлагались определенные надежды. Как всегда, благие намерения накрылись медным тазом отсутствия финансирования. В 2006-м году проект был закрыт. При этом технологии, разработанные в рамках проекта «Клипер», предполагается использовать для проектирования «Перспективной пилотируемой транспортной системы» (ППТС), также известной как проект «Русь».
Крылатый вариант «Клипера» в орбитальном полете. Рисунок веб-мастера на основе 3D-модели «Клипера»
©Вадим Лукашевич
Именно ППТС (конечно, это пока лишь «рабочее» название проекта), как полагают российские специалисты, будет суждено стать отечественной космической системой нового поколения, способной заменить стремительно устаревающие «Союзы» и «Прогрессы». Как и в случае с «Клипером», разработкой космического корабля занимается РКК «Энергия». Базовой модификацией комплекса станет «Пилотируемый транспортный корабль нового поколения» (ПТК НК). Его главной задачей, опять-таки, будет доставка грузов и экипажа на МКС. В отдалённой перспективе - разработка модификаций, способных осуществлять полеты на Луну и выполнять продолжительные исследовательские миссии. Сам корабль обещает стать частично многоразовым. Жилая капсула может быть повторно использована после осуществления посадки. Двигательно-агрегатный отсек – нет. Любопытная особенность корабля - возможность посадки без использования парашюта. Для торможения и мягкого приземления на поверхность Земли будет применяться реактивная система.
В отличие от «Союзов», взлетающих с территории космодрома «Байконур» в Казахстане, новые корабли будут запускать с нового космодрома «Восточный», строящегося на территории Амурской области. Экипаж составит шесть человек. Пилотируемый аппарат также способен брать груз - пятьсот килограммов. В беспилотной версии корабль сможет доставлять на околоземную орбиту «гостинцы» посолиднее- весом в две тонны.
Одна из основных проблем проекта ППТС - отсутствие ракет-носителей, обладающих необходимыми характеристиками. Сегодня главные технические аспекты космического корабля проработаны, но отсутствие ракеты-носителя ставит его разработчиков в весьма затруднительное положение. Предполагается, что новая ракета-носитель станет технологически близкой к «Ангаре», разработанной ещё в 1990-е годы.
Макет ППТС на выставке МАКС-2009
©sdelanounas.ru
Как ни странно, но ещё одной серьёзной проблемой является сама цель проектирования ППТС (читай: российская действительность). Россия едва ли сможет себе позволить осуществление программ по освоению Луны и Марса, аналогичные по своим масштабам тем, которые претворяют в жизнь США. Даже в случае успеха разработки космического комплекса, скорее всего, его единственной реальной задачей будет доставка грузов и экипажа на МКС. Но начало летных испытаний ППТС отложено до 2018-го года. К этому времени перспективные американские аппараты, скорее всего, уже смогут взять на себя те функции, которые сейчас выполняют российские корабли «Союз» и «Прогресс».
Туманные перспективы
Современный мир лишен романтики космических полетов- это факт. Конечно, речь не идет о запуске спутников и космическом туризме. За эти сферы космонавтики можно не беспокоиться. Полеты на Международную космическую станцию имеют огромное значение для космической отрасли, но срок пребывания МКС на орбите ограничен. Станцию планируется ликвидировать в 2020-м году. Современный пилотируемый космический аппарат – это, прежде всего, составная часть определенной программы. Нет смысла разрабатывать новый корабль, не имея представления о задачах его эксплуатации. Новые космические аппараты США проектируются не только для доставки грузов и экипажей на МКС, но и с целью полетов на Марс и Луну. Однако эти задачи настолько далеки от повседневных земных забот, что в ближайшие годы нам едва ли стоит ожидать сколько-нибудь значительных прорывов в области космонавтики.
К освоению космоса в очередной раз человечество подтолкнул Голливуд: после показа фильма «Марсианин», наверно, каждый второй садовод захотел вырастить свою собственную картошку на поверхности Красной планеты. А после «Интерстеллара» многие школьники и студенты люди загорелись желанием заниматься освоением бескрайнего космоса во благо человечества. Что же, подобные мечты всё ближе к реальности!
Освоение космоса начинается с Марса
Можно бесконечно критиковать правительства стран за то, что мы до сих пор не занимались в полной мере освоением космоса, и не переселились на Марс, ведь если бы не было войн и разделяющих народы и ученых противостояний, человечество ушло бы далеко вперед, но это спорное суждение.
Исследование космического пространства началось и развивалось благодаря соперничеству между СССР и США на протяжении многих лет. Сейчас же, когда «холодная война» ушла в прошлое, необходимость таких проектов, как, скажем, переселение на Марс, ставится под сомнение. В поиске финансирования своих проектов, ученые должны пройти через бюрократический ад, провести массу исследований и расчетов, а главное, представить спонсору (будь то государство, корпорация или частное лицо) коммерческие или оборонные перспективы своего проекта.
Освоение космоса - забота содружества стран
Тем не менее, освоение космоса не стоит на месте, а наоборот привлекает новых участников в свои бескрайние просторы возможностей и открытий. Помимо ветеранов данной области, таких как СССР, США, Китай и Европейский Союз, на сегодняшний день запуски проводит Индия, Япония, Испания и знаменитая частная компания Илона Маска – SpaceX.
Основные этапы будущих космических проектов по освоению космоса
Роскосмос ищет жизнь на Марсе
Поговорим о планах наиболее крупных участников, первым из которых станет Роскосмос. Объектом неугасающего интереса исследователей является Красная планета. Несмотря на неудачу при посадке спускаемого аппарата Скиапарелли (Schiaparelli ) 19 октября 2016 года, проект ЭкзоМарс продолжает функционировать. Его основной задачей остается поиск жизни на Марсе. Вторую фазу программы планируются осуществить в 2020. В ходе шестимесячного путешествия марсохода, оснащенного уникальной бурильной установкой, планируется взять пробы породы на глубине до 2 метров.
Европа проводит освоение космоса совместно с Россией
Программа ЭкзоМарс, как и оснащение марсохода, является интернациональной. Как отметил Рене Пишель, глава представительства Европейского космического агентства в России, совместная работа является необходимым условием успешных миссий. До 2020 года на орбиту Земли планируется доставить космическую обсерваторию «Спектр-РГ», состоящую из 2 телескопов российского и немецкого производства.
Роскосмос, заказав соответствующие исследования, вновь возродил идею высадки человека на Луну к 2030 году, однако, как отметил представитель компании Игорь Буренков, при сохранении столь низкого финансирования данный проект осуществлен не будет. Всего на 2017 год планируется запуск более 12 ракет-носителей.
Второй крупный участник совместного освоения космоса – NASA. Естественно, Национальное управление по воздухоплаванию и исследованию космического пространства не могло остаться в стороне от изучения Красной планеты. Так же, как и Роскосмос, NASA в 2020 году планирует запустить свой марсоход. Нужно сразу отметить, что преимущество его программ заключается в конкурсном отборе приборов для проведения миссий, а конкуренция, как нам известно из курса экономики, способствует поднятию качества.
Свой телескоп, под названием TESS, NASA планирует запустить уже в этом, 2017 году. Его основной задачей станет обнаружение ранее не известных экзопланет. Особое место в планах Управления занимает исследование Европы – спутника Юпитера. На этом объекте, покрытом льдом, ученые планируют обнаружить признаки жизни.
В будущем к планетам полетят гибкие роботы
Сложность представляет разработка специального аппарата, способного к глубокому и долгому погружению в неблагоприятную среду. На данный момент в перспективных планах на будущее есть проект разработки особого гибкого робота, напоминающего по форме угря, который будет получать энергию для своей работы от магнитных полей. План использования робота по назначению пока не был разработан, ведь ему еще нужно доказать свою пригодность на Земле.
Long March 2F rocket (Chang Zheng 2F) с пилотируемого космического корабля Shenzhou-8 на стартовой площадке космодрома Цзюцюань. Center.DLR / wikimedia.org (CC BY 3.0 DE)
Китай - затаившийся космический дракон
Китай не намерен останавливаться на столь значительных успехах в экономике, теперь его цель – космос. Космическая программа Китая, стартовавшая еще в 1956 году, не может похвастаться значительными успехами, но амбиции, определенно, имеются. С 2011 года планомерно ведется осуществление программы вывода на орбиту первой китайской многомодульной космической станции «Тяньгун-3».
На данный момент запущены базовый модуль «Тяньгун-1» и космическая лаборатория «Тяньгун-2», основная задача которых – проведение тестов и подготовка вывода модулей «Тяньгун-3». Сможет ли китайский космический проект сравниться со станцией «Мир» и «МКС» (на которой Китай, кстати, не представлен из-за противодействия США) можно будет узнать в 2022 году.
Япония добудет в космосе солнечную энергию
Япония, несмотря на провал миссии по очистке орбиты Земли от космического мусора в декабре 2016 года и падение самой маленькой ракеты-носителя в январе 2017, планирует осуществление одной из самых масштабных и значительных программ – создание к 2030 орбитального спутника. Он благодаря фотоэлементам, преобразующим фотоны в электроэнергию, будет способен собирать и пересылать солнечную энергию на Землю.
По представлениям футуристов, он должен обладать большим количеством солнечных панелей. Естественно, что при сохранении значительного количества орбитального мусора, осуществление этого проекта будет сталкиваться с рядом проблем, связанных с прочностью и долговечностью конструкции.
Корабли Маска всегда возвращаются
Новым, но уже заявившим о себе, участником освоения космоса является SpaceX под руководством миллиардера Илона Маска. Первые три запуска ракеты «Falcon-1» могли поставить точку в истории компании, однако уже в 2015 году она получила контракт на поставку необходимых запасов для МКС, для чего разработала космический корабль Dragon, способный возвращаться на Землю.
Плавающий космодром
SpaceX также успешно реализовала проект посадки первой ступени ракеты-носителя на плавающую платформу. Это должно снизить затраты на космические запуски. Так же компания активно развивает космический туризм, деньги от которого идут на дальнейшие разработки. Особый интерес представляет разработка межпланетной транспортной системы, которая позволит в будущем транспортировать людей и грузы на Марс.
От раздувания космических амбиций к совместной работе для всех
На данный момент не существует амбициозных программ по созданию «Звезды смерти» или «терраформированию» (формирование пригодных для жизни людей условий) поверхности ближайших планет, однако освоение космоса движется в своём собственном темпе. Нельзя не радоваться факту включения в процесс частных компаний, способных разогнать кровь по жилам старой космической гвардии, и развитию экскурсионных частных полетов, которые могут открыть дорогу дополнительным финансовым потокам в сферу исследований бескрайнего «черного моря».
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .