Все в Космос! Обзор космических проектов из скорого будущего. Клауд-Сити. Город, парящий в атмосфере планеты. Российский плазменный ракетный двигатель откроет путь к Марсу

Orion

После трагедии с шаттлом «Колумбия» авторитет кораблей программы Space Shuttle был серьезно подорван, и перед NASA появилась задача создать новый многоразовый пилотируемый челнок. В середине 2000-х годов этот проект получил название Crew Exploration Vehicle, однако впоследствии обрел более звучное и красивое имя – «Орион».

«Орион» - это частично пилотируемый многоразовый корабль, который, по сути, повторяет технический дизайн кораблей серии «Аполлон», но обладает куда более совершенной «начинкой», особенно электронной. Обновлению подверглось почти все - даже туалет в новом челноке будет по образу тех, что используются на МКС.

Предполагается, что корабли «Орион» начнут с околоземной деятельности – в основном, займутся доставкой астронавтов на орбитальную станцию. Потом начнется самое интересное: представители NASA заявляют, что новый челнок сможет вернуть человека на Луну, поможет высадить астронавтов на астероид и даже сделать «следующий большой скачок» (Next Giant Leap – уже официально один из слоганов, сопутствующих программе «Орион») – позволить человеку, наконец, ступить на поверхность Марса.

Первое серьезное испытание (Exploration Flight Test-1) во многом готового корабля начнется уже в декабре 2014 года – правда, это будет лишь орбитальный и непилотируемый полет для проведения первичных тестов. Первый же полет астронавтов на «Орионе» запланирован на начало 2020-х годов. Самой привлекательной, и от того наиболее вероятной (из-за своей сравнительно низкой цены) пилотируемой миссией, уготованной NASA новому челноку, пока что является посещение астероида, предварительно доставленного на лунную орбиту.

Концепт челнока «Орион» / ©NASA

SpaceShipTwo

Британская компания Virgin Galactic во главе с миллиардером Ричардом Брэнсоном является одним из локомотивов космического туризма и вскоре собирается поднять коммерческую космонавтику на новую ступень.

Приблизительно к концу 2014 года начнутся первые пассажирские запуски суборбитального челнока , который за 250 тыс. долларов будет способен прокатить шестерых счастливчиков на высоте 110 км над уровнем моря. Это на 10 км выше, чем Линия Кармана – установленная Международной авиационной федерацией граница между атмосферой Земли и космическим пространством.

Ракеты при запуске SpaceShipTwo не используются; вместо них челнок поднимает на необходимую высоту основной самолет – WhiteKnightTwo, потом корабль сбрасывают, и на нем включается основной – уже ракетный – двигатель, специально под него разработанный (RocketMotorTwo), который и выводит корабль на заветную черту в 110 км. Потом корабль снижается и на скорости 4200 км/ч вновь входит в атмосферу (причем может это делать под любым углом), а затем самостоятельно садится на аэродром.

Количество записавшихся на первые полеты SpaceShipTwo стремится к тысяче. Среди них актеры Эштон Катчер и Анджелина Джоли, а также, например, Джастин Бибер. Места для полета с Леонардо ДиКаприо вообще разыграли на благотворительном аукционе – оказалось, многие не прочь заплатить за такую услугу по миллиону долларов.

Кстати, недавнее решение Великобритании о постройке собственного коммерческого космодрома продиктовано, помимо прочего, необходимостью создания инфраструктуры для таких компаний, как Virgin Galactic. В данный момент компания использует космодром Spaceport America, располагающийся в американском штате Нью-Мексико.

SpaceShipTwo в самостоятельном полете / ©MarsScientific

Dawn

Миссия межпланетной автоматической станции Dawn («Рассвет») уникальна: спутник должен исследовать пару карликовых планет астероидного пояса (между Марсом и Юпитером), причем прямо с их орбиты. Если все удастся, то этот аппарат станет первым в истории спутником, посетившим орбиты двух разных небесных тел (не включая Землю).

Разработанный в NASA и запущенный в 2007 году, а также оснащенный экспериментальным ионным двигателем, аппарат уже успешно выполнил свое задание по исследованию каменистой протопланеты Весты в 2012 году. Все данные, полученные спутником, находятся в открытом публичном доступе.

В данный момент Dawn направляется к еще более интересному объекту - ледяной Церере. Эта протопланета (ранее классифицировавшаяся как астероид) обладает диаметром в 950 километров и очень приближенной к сферической формой. Имея массу в треть от всего астероидного пояса, Церера могла официально стать планетой (5-ой от Солнца), однако в 2006 году вместе с Плутоном получила статус карликовой планеты. По расчетам, ледяная мантия на ее поверхности может достигать 100 км в глубину; это значит, что пресной воды на Церере больше, чем на Земле.

Оба объекта – и Веста, и Церера – представляют для ученых огромный интерес. Их исследование позволит углубиться в понимание процессов, происходящих при формировании планет, а также факторов, на это влияющих.

Прибытие Dawn на орбиту Цереры ожидается в феврале 2015 года.

Концепт приближающегося к Весте Dawn / ©NASA/JPL-Caltech

New Horizons

Чуть позже, в июле 2015 года, планируется еще одно крупное событие, связанное с миссией другой межпланетной автоматической станции. Примерно в это время орбиты Плутона достигнет запущенный NASA в 2006 году аппарат New Horizons («Новые горизонты»), миссия которого – тщательное исследование Плутона и его спутников, а также пары объектов в Поясе Койпера (в зависимости от того, какие будут наиболее доступны в окружении спутника в 2015 году)

В данный момент аппарат обладает ярким рекордом – он достиг наибольшей скорости в сравнении с любым аппаратом, запущенным с Земли, и направляется к Плутону со скоростью в 16,26 км/c. Достичь этого New Horizons помогло гравитационное ускорение, которое он получил, пролетая вблизи Юпитера.

На Юпитере и его спутниках, кстати, были протестированы многие исследовательские функции аппарата. Покинув юпитерианскую систему, аппарат для экономии энергии погрузился в «сон», от которого его пробудит лишь приближение Плутона.

Концепт New Horizons на фоне Плутона и его спутника / ©NASA

Don Quijote

Миссия межпланетной автоматической станции «Дон Кихот», разрабатываемой Европейским космическим агентством (ЕКА), поистине рыцарская. Состоящий из двух аппаратов – исследовательского «Санчо» и «импактного» «Идальго», «Дон Кихот» должен будет раз и навсегда продемонстрировать – можно ли спасти человечество от неминуемого падения астероида, заставив потенциального человекоубийцу изменить курс.

Предполагается, что обе части аппарата достигнут какого-нибудь заранее выбранного астероида диаметром примерно 500 метров. «Санчо» будет вращаться вокруг него, проводя необходимые исследования.

Когда все будет готово, «Санчо» удалится от астероида на безопасное расстояние, а «Идальго» врежется в него на скорости 10 км/с. Затем «Санчо» вновь займется изучением объекта – точнее тем, какие последствия оставило столкновение: изменился ли курс астероида, насколько сильны разрушения в его структуре и т.д.

«Дон Кихота» планируется запустить примерно в 2016 году.

Концепт Don Quijote на фоне безымянного астероида / ©ESA - AOES Medialab

Луна-Глоб

В России возрождаются проекты лунных аппаратов, а из уст ответственных за российскую космическую отрасль людей все чаще раздаются слова о создании лунной колонии с триколором.

Создание космической базы на Луне – пока что отдаленная перспектива, а вот проекты межпланетных автоматических станций по исследованию искусственного спутника Земли вполне осуществимы прямо сейчас, и на протяжении уже нескольких лет главным из них в России является программа «Луна-Глоб» - фактически первый необходимый шаг на пути к потенциальному лунному поселению.

Межпланетный автоматический зонд «Луна-Глоб» в основном будет состоять из посадочного спускаемого аппарата. Он сядет на поверхность Луны в ее южном полярном регионе, предположительно в кратере Богуславского, и отработает механизм посадки на лунную поверхность. Также зонд займется изучением лунного грунта – бурением с целью взятия образцов грунта и дальнейшего его анализа на наличие льда (вода необходима как для жизнедеятельности космонавтов, так и потенциально в качестве водородного топлива для ракет).

Запуск аппарата множество раз откладывался по различным причинам, в данный момент годом запуска называется 2015. В дальнейшем, до запланированного на 2030-е годы пилотируемого полета, планируется запустить еще несколько более тяжелых зондов, в том числе «Луна-Ресурс», которые также займутся изучением Луны и прочими необходимыми подготовительными мероприятиями для будущей посадки космонавтов.

Концепт посадочного аппарата Луна-Глоб / ©Rusrep

Dream Chaser

Мини-шаттл Dream Chaser от компании Sierra Nevada Corporation разрабатывается для NASA в качестве надежного и многоразового пилотируемого аппарата для суборбитальных и орбитальных полетов. Предполагается использовать Dream Chaser для доставки астронавтов на МКС.

Запуск аппарата осуществляется ракетой Атлас-5. Сам шаттл, способный нести 7 человек, оснащен гибридными ракетными двигателями. Посадку, подобно SpaceShipTwo, он осуществляет самостоятельно и горизонтально – на космодроме.

Наряду с Dragon от компании SpaceX и CST-100 от Boeing, Dream Chaser является коммерческим претендентом на статус нового основного пилотируемого корабля для США и NASA (все три проекта получили государственное финансирование). Стоит отметить, что эти аппараты разрабатываются частным сектором американской космической отрасли при частичной государственной поддержке и нацелены на операции именно в околоземном пространстве. Что касается деятельности в более глубоком космосе, то у NASA уже есть собственная программа пилотируемых аппаратов, и это упомянутый выше «Орион».

Совсем недавно (22 июля 2014 года) были проведены испытания Dream Chaser, которые показали готовность всех ключевых систем к космическим полетам. Первый тестовый пилотируемый полет шаттла назначен на 2016 год.

Концепт Dream Chaser, пристыковавшегося к МКС / ©NASA

Inspiration Mars

Конечно, очень многим известно о проекте Mars One – планируемом космическом реалити-шоу, авторы которого сейчас проводят всемирный конкурс по отбору претендентов для пилотируемого полета на Марс к началу 2020-х годов и создания там постоянного человеческого поселения. Однако есть еще один схожий проект – Inspiration Mars.

Inpsiration Mars Foundation – это некоммерческая организация, созданная первым космическим туристом - американцем Дэннисом Тито. Тито предполагает собрать необходимые средства и осуществить отправку двух людей на космическом корабле к Марсу. Ни посадки, ни выхода на орбиту не планируется; только пролет мимо Красной планеты и возвращение на Землю. При удачном стечении обстоятельств миссия должна занять 501 день.

Средства предполагается привлечь как из частного сектора, так и из бюджета США; всего требуется от 1 до 2 миллиардов долларов, точная стоимость до сих пор не названа. В качестве аппарата, который можно привлечь для миссии, называется американский «Орион».

Тито полагает, что полет следует совершить уже в 2018 году (Марс в этот момент вновь максимально приблизится к Земле, что создаст удобные условия для межпланетного полета; в следующий раз такое будет только в 2031 году).

Есть и «План Б» на случай, если миссия будет не готова к 2018 году: продлить миссию до 589 дней, запустить аппарат в 2021 году и осуществить пролет не только мимо Марса, но и мимо Венеры.

Траектория вероятного полета Inspiration Mars / ©Inpsiration Mars Foundation

James Webb Telescope

Космический телескоп, который стоит больше чем три марсохода Curiosity. James Webb Telescope – это наследник всемирно известного телескопа Hubble (аппаратура которого продолжает устаревать). В разработке проекта участвовали не только США, но и 16 других стран. Существенную помощь NASA оказали космические агентства Европы и Канады.

Телескоп стоимостью 8 миллиардов долларов (последняя озвученная Конгрессом цифра) предполагается запустить на ракете Arian 5 в октябре 2018 года и разместить в точке Лагранжа между Солнцем и Землей.

Главное зеркало телескопа состоит из 18 позолоченных подвижных зеркал, соединенных в одно, и обладает диаметром в 6,5 метров. Телескоп будет «видеть» в оптическом, ближнем и среднем инфракрасных диапазонах. С его помощью предполагается изучить ранние стадии развития Вселенной и увидеть чрезвычайно отдаленные от нашей галактики небесные тела, а также сделать более четкие, чем когда-либо, снимки объектов солнечной системы.

По своим возможностям James Webb превзойдет не только Hubble, но и другой важный космический телескоп – Spitzer Space Telescope.

Концепт Телескопа James Webb / ©NASA

JUICE

Межпланетная автоматическая станция Jupiter Icy Moon Explorer, вероятно, перевернет наши представления о малых телах Солнечной системы. Спутник JUICE, разрабатываемый ЕКА, отправится к Юпитеру в 2022 году и займется долгожданными исследованиями одних из самых интересных объектов Солнечной системы – трех ближайших и крупнейших спутников Юпитера из так называемой Галилеевой группы: Европы, Ганимеда и Каллисто.

Предполагается, что каждое из этих небесных тел обладает подледным океаном, то есть теоретически – условиями для зарождения жизни. JUICE вплотную займется изучением физических характеристик этих спутников, поиском органических молекул и исследованием состава льда (удаленно, через научную аппаратуру на борту).

Данные, полученные JUICE, помогут проанализировать юпитерианские спутники в качестве потенциальных целей для будущих пилотируемых полетов. В случае удачного запуска в запланированное время, аппарат достигнет системы Юпитера в 2030 году.

Концепт JUICE на фоне Юпитера и Европы / ©ESA

Человечество осваивает космическое пространство пилотируемыми кораблями уже более полувека. Увы, за это время оно, образно говоря, недалеко уплыло. Если сравнить Вселенную с океаном, мы всего лишь бродим у кромки прибоя по щиколотку в воде. Однажды, правда, решились поплавать немного поглубже (лунная программа "Аполлон"), и с тех пор живем воспоминаниями об этом событии как о высочайшем достижении.

До сих пор космические корабли в основном служат транспортом доставки на и обратно на Землю. Максимальная продолжительность автономного полета, достижимая многоразовым челноком "Спейс Шаттл", составляет всего лишь 30 дней, да и то теоретически. Но, быть может, космические корабли будущего станут гораздо совершеннее и универсальнее?

Уже лунные экспедиции "Аполлонов" наглядно показали, что требования к грядущим космолетам могут разительно отличаться от заданий для "космических такси". Лунная кабина "Аполлона" имела очень мало общего с обтекаемыми кораблями и не была рассчитана на полет в планетной атмосфере. Некоторое представление о том, как будут выглядеть космические корабли будущего, фото американских астронавтов дают более чем наглядно.

Самый серьезный фактор, который сдерживает эпизодическое исследование человеком Солнечной системы, не говоря уже об организации на планетах и их спутниках научных баз, - радиация. Проблемы возникают даже с лунными миссиями, длящимися от силы неделю. А полуторагодовой полет на Марс, который, казалось, вот-вот состоится, отодвигается все дальше и дальше. Исследования автоматами показали смертельно опасный для человека на всей трассе межпланетного перелета. Так что космические корабли будущего неизбежно обзаведутся серьезной противорадиационной защитой в сочетании со специальными медико-биологическими мерами для экипажа.

Понятно, что чем быстрее он доберется до места назначения, тем лучше. Но для быстрого полета нужны мощные двигатели. А для них, в свою очередь, высокоэффективное топливо, которое не занимало бы много места. Поэтому химические маршевые двигатели уже в ближайшем будущем уступят место ядерным. Если же ученым удастся укрощение антивещества, т. е. перевод массы в световое излучение, космические корабли будущего обретут В этом случае речь пойдет уже о достижении релятивистских скоростей и межзвездных экспедициях.

Еще одним серьезным препятствием на пути освоения человеком Вселенной станет длительное обеспечение его жизнедеятельности. Всего лишь за сутки человеческий организм потребляет немало кислорода, воды и пищи, выделяет твердые и жидкие отходы, выдыхает углекислый газ. Брать с собой на борт полный запас кислорода и продуктов бессмысленно из-за их огромного веса. Проблему решает бортовая замкнутая Однако до сих пор все эксперименты на эту тему не увенчались успехом. А без замкнутой СЖО немыслимы годами летящие сквозь пространство космические корабли будущего; картинки художников, конечно, поражают воображение, но не отражают реальное положение дел.

Итак, все проекты космолетов и звездолетов пока еще далеки от реального воплощения. И человечеству придется смириться с изучением Вселенной космонавтами под прикрытием и получением информации от автоматических зондов. Но это, конечно же, временно. Космонавтика не стоит на месте, и косвенные признаки показывают, что в этой сфере деятельности человечества зреет большой прорыв. Так что, возможно, космические корабли будущего будут построены и совершат первые полеты уже в XXI веке.

В связи с новыми программами освоения космического пространства, которые запланировало на ближайшее время правительство России, перед членами Совета Федерации выступил Анатолий Перминов. Глава Роскосмоса проинформировал о текущем состоянии отрасли и перспективах ее развития в текущем десятилетии.

В своем выступлении Перминов раскритиковал не только Министерство финансов РФ, но и его главу господина Кудрина. Руководитель Федерального космического агентства по вопросу работы Минфина сказал следующее: «Сегодня мы завоевываем рынки только за счет своих технологий в области освоения космоса, та политика, которой придерживается Минфин, не позволяет нам в полном объеме выполнять проекты по завоеванию новых зарубежных рынков. Нам необходимо равняться на Китай. В этой стране поставлена конкретная задача: за пять лет оккупировать все рынки в Азии и Южной Америке, причем вкладываться в эти перспективные рынки на основе финансовой составляющей, Пекином поставлена задача, даже, несмотря на очевидный ущерб национальной экономике. В завоевании рынков основной фактор победы - финансовая составляющая. Сегодня мы сотрудничаем с Аргентиной, Чили, Бразилией и Кубой. С этими странами мы будем создавать космические аппараты».

По словам Перминова, Россия будет постепенно отходить от использования тяжелых ракетоносителей «Протон», которые функционируют на ядовитом топливе. Но это произойдет только в том случае, если новый РН «Ангара» пройдет успешно летные испытания. В РН «Ангара» применяется экологически чистое топливо. Первый его запуск намечен на 2013 год.

Согласно утверждению главы Роскосмоса, ведущие космические державы до этого времени не нашли компонентов, которые смогли бы обеспечить такую же тягу, как топливо, на котором работает «Протон». «Во всем мире в качестве топлива в тяжелых ракетах используется деметилгидразин, а также его всевозможные вариации, ТГ-02. Других компромиссных компонентов нет. Весь мир продолжает эксплуатировать эти тяжелые ракеты. Если отказаться от ракеты «Протон», мы получим полную остановку запусков аппаратов двойного и военного назначения, а коммерческие запуски сократятся на 50 процентов», - сказал Анатолий Перминов.

В своем докладе перед российскими сенаторами Анатолий Перминов затронул и тему перспектив разработки и испытаний нового российского космического корабля «Русь». В частности он указал на следующее: «Потребуются не менее пятнадцати безаварийных испытательных запусков в беспилотном режиме. После проведения тщательного анализа будет принято решение об отправке экипажа». На проведение беспилотных испытательных полетов может уйти не менее двух лет. Первый запуск ракеты «Русь» с космодрома Восточный будет осуществлен в 2015 году, а старт с экипажем – в 2018-м. Руководитель космического агентства РФ также сообщил, что космодром Восточный после окончания строительства будет в течение некоторого времени эксплуатироваться параллельно с действующими Байконуром и Плесецком.

Анатолий Перминов уверен, что экспедиция на Марс станет реальностью через четверть века. «Конечно, готовиться необходимо к полету. Это процесс длительный и поэтапный. Но лететь нам пока не на чем. Это абсурд – совершить полет на Марс на тех космических кораблях и двигателях, которые эксплуатируются у нас сегодня», – заявил глава Роскосмоса. «Речь идет о том, что нам необходимо строить новый корабль с совершенно измененной ядерной установкой мощностью мегаваттного класса и только в таком случае можно лететь на Марс. С учетом применения новых двигателей полет займет около месяца, но это реально лишь после 2035 года. Все эти пустые и абсурдные разговоры – типа я согласен на полет в один конец, только отпустите меня на Марс – просто ерунда. Какой результат для науки будет от такого полета? Очевидно, что никакого», – отметил руководитель Роскосмоса.

В Совете Федерации РФ также выступил и заместитель главы Роскосмоса Виталий Давыдов, который рассказал сенаторам о результатах проведения испытаний морской стратегической ракеты «Булава». В частности он сообщил: «Казалось бы, тяжелый период «Булавы» остался позади, мы сейчас устранили недоработки, которые были, и, в общем-то, с некоторой уверенностью разделяем оптимизм разработчиков, в том плане, что работа будет завершена».

Выявленные в ходе испытаний проблемы удалось решить благодаря мерам господдержки. В большей части способствовало утверждение программы развития ОПК. В бюджете были зарезервированы необходимые средства на финансирование начатых проектов, в том числе предусмотрено выделение средств на подготовку производства, которое связанно с «Булавой».

Виталий Давыдов отметил, что в принятой Госпрограмме вооружения-2020 одним из приоритетов является ракетно-космическая техника, финансирование на нее увеличено, и это придает уверенности в развитии освоения космоса в будущем.

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

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».