Freepik
Фантасты мечтали, что в XXI веке человечество будет бороздить просторы космоса, построит базы на Луне и освоит другие планеты. Реальность оказалась несколько сложнее. Что нужно для создания ракетных двигателей будущего, как добывать лунные ресурсы, заменит ли ИИ человека в космосе и на орбите? Эти и другие вопросы эксперты обсудили во время встречи «Освоение космического пространства — главная задача человечества» на Всемирном фестивале молодежи. Ну а мы вспоминаем эту дискуссию в преддверии 12 апреля.
До Луны и обратно?
После бурных успехов прошлого века освоение космоса сильно замедлилось: сейчас многие компании считают, что выгоднее запускать спутники на низких орбитах для геолокации и дистанционного зондирования, телекоммуникации, развития интернета и других видов связи, экспериментов и исследований. По мнению советника гендиректора Роскосмоса Олега Горшкова, возможность перейти на следующие этапы освоения космоса упирается в технологическую готовность. «Тренд будущего — смещение акцентов с низких орбит в дальний космос, обеспечение работоспособности за пределами низких орбит. Базовый аспект наступающего этапа связан с подготовкой космической инфраструктуры за пределами низких орбит. Критически важный ее элемент — станции, где люди остаются на долгие сроки, в том числе и на Луне», — считает Горшков.
Стартовать с Луны действительно легче — чтобы преодолеть ее притяжение, аппарату нужно набрать гораздо меньшую скорость, чем понадобилась бы на Земле. Но кроме базы для старта в космические дали, у Луны есть и другие перспективы. По словам академика Льва Зеленого, научного руководителя Института космических исследований РАН, наш естественный спутник до сих пор преподносит ученым немало сюрпризов. Поскольку ось вращения Луны, в отличие от земной, почти не наклонена к оси эклиптики, там не сменяются «сезоны», и на ее полюсах под слоем грунта хранятся запасы водяного льда, который не тает (предположения об этом высказывал еще Константин Циолковский). Он был принесен кометами, которые также могли доставить на спутник и органические вещества, и изучить их было бы интересно в том числе с точки зрения гипотезы панспермии (то есть переноса живых организмов через космическое пространство). На Земле следы занесенной извне органики сохраниться не могли.
«На Луне много редкоземельных элементов, которые используются в микроэлектронике и многих других отраслях. На Земле они исчерпываются, так как образование элементов тяжелее железа происходит при вспышках сверхновых, так что они накапливаются на планете очень медленно», — отметил Лев Зеленый.
Академик выделил несколько направлений исследований спутника Земли: использование лунных ресурсов для дальней космонавтики (экологичным топливом для лунных станций может стать вода, которую можно разлагать на кислород и водород), наука на Луне (исследования лунной пыли, экзосферы, свойств лунного грунта — реголита, радиационного фона, медико-биологические и агротехнические исследования), наука про Луну (изучение ее происхождения, внутреннего строения, поиск воды, летучих соединений, лунных ресурсов), наука с Луны (наблюдения Солнца, прогнозы для Земли, всеволновые наблюдения дальних объектов). Одна из интересных идей от НИИЯФ МГУ, касающаяся последнего пункта, — построить на спутнике обсерваторию «Нейтрониум» для изучения космических лучей высоких энергий. Их испускают, например, нейтронные звезды, джеты и активные ядра галактик. В отличие от Земли, на Луне исследовать такие излучения не мешают ни атмосфера, ни магнитное поле.
Лев Зеленый назвал и неожиданный фактор, который стал помехой в освоении Луны: это обыкновенная пыль, от которой невозможно избавиться. Мало того, что лунная гравитация позволяет частичкам, раз поднявшись, очень медленно оседать обратно, так она еще и способна фотоионизироваться и левитировать на высоте нескольких метров над поверхностью. Пылинки субмикронного размера могут забиваться в механизмы и портить их (как происходило с аппаратурой и скафандрами астронавтов во время пилотируемых экспедиций программы «Аполлон»), покрывать солнечные батареи и снижать их эффективность, попадать на лунные станции, поражая клетки легких проживающих там людей.
И все же ученые смотрят на Луну с энтузиазмом, надеясь к тому же и на сотрудничество с Китаем, который имеет собственную лунную программу и историю нескольких успешных миссий. Следующий ее этап, начиная с «Чанъэ-6», — развернуть роботизированную научную станцию на Южном полюсе спутника. В 2030-е годы, на которые придется запуск «Чанъэ-8», китайцы вместе с российскими коллегами планируют создать международную лунную станцию. «В Китае молодое поколение очень открытое, оно похоже на ваше и решает те же проблемы. И это понятно: мы сталкиваемся с такими общими вызовами, как климатические изменения, голод, бедность на Земле. Но и в космосе у нас есть общие проблемы: космический мусор и осколки аппаратов, потенциально опасные астероиды. Поэтому всем нам нужно пытаться внести свой вклад. Моя ответственность — подталкивать к кооперации для совместного освоения Луны, Марса, других планет», — отметила Цзян Хуэй, советник посольства КНР в России, представитель Китайской национальной космической администрации. Она пригласила российских экспертов приезжать в Китай и подключаться к сотрудничеству, чтобы искать эти общие решения.
Двигаемся дальше
Если станции на Луне не кажутся такой уж фантастической идеей, по дальним полетам вопросов пока больше, чем ответов. Ключевой технологией для перехода на новые этапы покорения космоса Олег Горшков назвал двигательно-энергетическое обеспечение. Разновидности такого оборудования будут зависеть от его эффективности для конкретных целей. Так, применение ядерной энергии в космосе оправдано в тех случаях, когда она дает превосходство по удельным характеристикам, а солнечного излучения вокруг достаточно мало.
Двигатели могут быть, к примеру, термоэмиссионными (работают на излучении электронов при сильном нагреве твердого тела), электротермическими (разогрев рабочего тела происходит электромагнитным полем), ионными или холловскими (работающими на эффекте Холла, благодаря которому обеспечивается замкнутый дрейф электронов). Пока что у них невысокая плотность мощности. Для применения плазменных или холловских двигателей плотность должна достигать как минимум 100 кВт, а лучше — 1 МВт и выше. Поэтому нужно искать новые механизмы ускорения плазмы, обеспечивающие высокую плотность тяги при высоком удельном импульсе и длительном огневом ресурсе. Над этим работают инженеры Росатома: недавно они объявили о создании нового ускорителя плазмы, на основе которого можно создать двигатель мощностью до 300 кВт (прим. InScience.News).
Для освоения космоса, развертывания долговременных баз на других небесных телах, а также для глобальной безопасности — защиты Земли от астероидов или очистки околоземного пространства от обломков старых аппаратов — отличную службу могут сослужить электродвигательные установки высокой мощности с газотурбинным преобразованием энергии. Но чтобы внедрить эту технологию, нужно повысить ее эффективность. Для этого нужны технологии создания высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов (около 1700 кельвинов), высокотемпературных турбин (около 1500 кельвинов) и другого оборудования. А поскольку ремонтировать в космосе такие устройства, мягко говоря, проблематично, они должны годами работать без обслуживания.
«Не хотелось бы, чтобы молодежь размышляла линейным образом»
Все мы задумываемся о том, зачем нам покорять другие планеты. Не проще ли улучшать условия здесь, на Земле, а не искать дополнительные технические сложности? «Пока что пилотируемые полеты не продвинулись далеко в космос, — с грустью констатировал декан факультета космических исследований МГУ имени М. В. Ломоносова Василий Сазонов. — Если судить по расстояниям, сидя на МКС, мы дальше Смоленска не уехали. Но тем, кто хочет всю жизнь сидеть на Луне или других планетах, нужно учесть, что доставка на Луну грузов стоит около миллиона долларов за килограмм». Чтобы обеспечить космонавтов или поселенцев не привозным питанием, потребуется около сотки для выращивания растений на человека. В МГУ для этого разрабатываются оранжереи — пока они не могут полностью прокормить космонавтов, но способны обеспечить их зеленью на орбите.
Космонавт-испытатель Сергей Прокопьев ответил на вопрос, заменит ли искусственный интеллект пилотируемую космонавтику. По его мнению, в этой сфере может исчезнуть профессия бортинженера, контролирующего работу всех систем. Но мало кто захотел бы подниматься над землей на самолете, если пилот не отвечает за этот полет головой. Отказаться от человека в космосе не получится — даже при запуске аппаратов без пилота за ним следят операторы с Земли. А искусственный интеллект и компьютеры — это только инструменты, которые позволяют человеку работать эффективнее.
Для пилотируемых полетов, по мнению Прокопьева, людей нужно подбирать по мотивации. Раньше важнее всего было стопроцентное здоровье, подходящий рост и другие параметры организма. Но когда длительность полетов увеличивается (скоро срок пребывания на МКС составит 8 месяцев), не менее важными оказываются и психологические качества: человек должен быть готов к автономности, к тому, чтобы принимать собственные решения и оставаться в работоспособном состоянии. В сторону Марса полеты будут длиться еще дольше, и кандидаты должны это понимать.
«А вот пожизненные командировки я бы исключил. Односторонний билет на Марс, на мой взгляд, это изощренный способ самоубийства. Российская космическая программа ставит на первое место безопасность людей, а потом уже все остальное», — отметил Сергей Прокопьев.
Александр Романов, первый заместитель гендиректора АО «ЦНИИМаш», обратился к трендам с момента первых запусков спутников. Он отметил, что постепенно и масса аппаратов, и их функционал растет. Увеличивая количество спутников, можно улучшить обзор территории поверхности или нарастить объем собранных данных об интересующих нас явлениях. Например, чаще проводить метеорологические измерения, улучшая прогнозы погоды. Но количество не всегда равняется качеству.
«Не хотелось бы, чтобы молодежь размышляла линейным образом. Надо думать о создании принципиально новых приборов, а не только увеличивать количество собранных данных. Развитие группировок спутников — это не только банальное увеличение количества, из-за которого возникает проблема Кесслера, лавиноподобное увеличение объектов препятствует свободному доступу в космос. Нам нужно думать, как улучшить качество работ», — подчеркнул Романов. Как пример нелинейной зависимости он привел соотношение между длиной волос и ростом человека: в среднем по популяции они связаны через общую промежуточную переменную — пол. Мужчины часто выше ростом и короче стригутся.
В конце участники дискуссии, чтобы вдохновить молодежь на новые свершения, вспомнили цитату из Карла Сагана: «Космос есть внутри нас, мы сделаны из звездного вещества, мы — это способ, которым Космос познает себя». Но хотя познание — благородная цель, чтобы добиться ее, нужно финансирование новых разработок. А чтобы получить его, нужно аргументировать необходимость освоения космического пространства, как это делал в свое время Сергей Королев.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.