Понедельник, 21.10.2019
Космическая погода на текущий час
Вход в систему не произведен
 Войти /  Регистрация

Секция Совета РАН по космосу

< Kepler-61 b: мини-нептун у внутреннего края обитаемой зоны
07.05.2013 01:23 Давность: 6 yrs
Категория: Организация космической деятельности, Освоение Солнечной системы
Количество просмотров: 1842

Константин Феоктистов: космонавтика без фанфар и амбиций



В 1991 году Константин Петрович Феоктистов, космонавт номер восемь, учёный, конструктор, профессор МВТУ им. Баумана, написал для общества «Знание» брошюру, в которой подвёл итоги трёх десятилетий пилотируемой космонавтики и заглянул в будущее. Двадцать два года назад этот текст, увидевший свет в очень смутное время, прошёл незамеченным, а вот сегодня он и читается запойно, и к месту, и, главное, ко времени. Не только не устарел, но и очень актуален!


Прошло 30 лет после первого полёта человека в космос и более 33 лет после запуска первого искусственного спутника Земли. Появляется естественное желание спросить себя: что же мы успели сделать, что узнали нового, что получили практически полезного?

ЧТО СДЕЛАНО?

Если говорить о пилотируемых полётах, то можно назвать следующие главные результаты:
— мы поняли, что человек может жить и работать на орбите год (вероятно, и больше); 
— осуществлено шесть лунных экспедиций; 
— человек может работать в открытом космическом пространстве (в скафандре), но его подвижность, его возможности при этом крайне ограничены; 
— человек может вести исследования в космосе, меняя их программы и цели в процессе полёта, хотя возможности его главным образом определяются установленным на борту оборудованием, причём он не может конкурировать по точности выполнения прецизионных операций с автоматическими устройствами; 
— в пилотируемых космических полётах не получено принципиально новой информации (кроме данных о самóм человеке в условиях невесомости, сведений о работе самих средств полётов в космос), и мы пока питаемся надеждами, что в будущем сможем сделать что-нибудь существенное; 
— пока не найдена «экологическая ниша» в науке, технике и экономике для человека, работающего на орбите (то, что до сих пор делалось, — наблюдения, включения и выключения фотоаппаратов, приборов наблюдения внешнего пространства, экспериментального оборудования, — можно было бы осуществлять с помощью автоматических устройств, которые пока не способны конкурировать с человеком только тогда, когда надо что-то отремонтировать или заменить отдельные приборы и оборудование, но «ремонтник» едва ли надежная и долговечная ниша). 
В области прикладной, полезной для всех живущих на Земле орбитальная работа — за счёт использования автоматических космических аппаратов — принесла куда больше результатов. Назовём здесь следующие важные итоги: 
— резкое расширение возможностей телефонной, телексной и компьютерной связи за счёт применения соответствующих спутников (спутников связи); 
— обеспечение телевизионной связи между континентами; 
— глобальный метеорологический контроль с помощью метеоспутников, резко повысивший точность прогнозов погоды и предупреждений о надвигающихся стихийных бедствиях; 
— улучшена навигация судов и самолётов, что стало следствием внедрения спутниковых навигационных систем; 
— повышена надёжность получения радиосигналов от терпящих бедствие и определения района их бедствия с помощью спутниковых систем типа «Коспас-Сарсат»; 
— появилась возможность глобального и местного экологического контроля поверхности суши и океанов, исследования природных ресурсов Земли за счёт использования спутников; 
— ведутся наблюдения поверхности суши и океанов с помощью спутников-разведчиков не только в интересах военной разведки, но и для контроля над выполнением международных соглашений по ограничению вооружений. 

Научные исследования, осуществляемые с помощью автоматических космических аппаратов, получили весьма нетривиальную информацию. Выделим здесь следующее:
— открыты радиационные пояса Земли; 
— исследованы ионосфера и магнитосфера Земли; 
— открыт солнечный ветер; 
— подтверждено отсутствие жизни на Луне и Венере; 
— получены данные по атмосферам и по поверхности Венеры и Марса (состав, изменение плотности и давления по высоте, рельеф); 
— построены крупномасштабные карты и сделаны фотографии поверхности Луны, Марса, дальних планет Солнечной системы и их спутников; 
— на небесной сфере обнаружены и картированы источники электромагнитного излучения в ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-диапазонах; 
— на небесной сфере обнаружены вспыхивающие источники излучения в рентгеновском и гамма-диапазоне; 
— подтверждено существование нейтронных звёзд и чёрных дыр во Вселенной; 
— обнаружены неизвестные ранее процессы, происходящие во Вселенной (перетекание вещества в тесных двойных звёздных системах, аккреция вещества на поверхность нейтронных звёзд, аккреция вещества на чёрные дыры). 
Создание средств космической техники — самая, пожалуй, успешная область. Но особенно обольщаться не следует — ведь космическая техника работала, так сказать, сама на себя. Тут можно отметить следующие важные шаги. Во-первых, создано множество средств выведения космических аппаратов: 
— одноразовые ракеты, из которых стоит упомянуть, например, советские ракеты семейства Р-7 (с массой полезного груза, выводимого на орбиту, около 7 т), семейства «Протон» (около 20 т), «Зенит» (около 13 т), «Энергия» (порядка 100 т), американские ракеты «Атлас» (с массой полезного груза, выводимого РН «Атлас-Аджена», около 3,4 т), серии «Титан» («Титан-III С» выводит на орбиту около 12 т), «Сатурн-5» (около 137 т), французские носители семейства «Ариан» (предполагается, что масса полезного груза ракеты «Ариан-5» будет равна 20 т); 
— «полумногоразовые» транспортные системы: американские шаттлы (с массой полезного груза около 30 т) и советская разработка «Буран» (предполагалось, что масса полезного груза будет достигать 30 т). 
Во-вторых, появились средства для пилотируемых полётов и работы человека в космосе — корабли и орбитальные станции: одноместный «Восток» с возможностью 10-суточного полёта, одноместный «Меркурий» (до суток), трёхместный «Восток» (до трёх суток), двухместный «Джемини» (до 15 суток), трёхместный «Союз» (в автономном режиме — до 20 суток, а в составе орбитальной станции — до полугода), трёхместный «Аполлон» (до 15 суток), двухместный лунный экспедиционный корабль, восьмиместный шаттл (автономный полёт — до 30 суток), орбитальные станции «Скайлэб», станции типа «Салют» и многомодульная станция «Мир». 
Не забудем и об автоматических космических аппаратах для научных исследований. Самые выдающиеся результаты были получены с помощью КА «Эксплорер-1» (открытие радиационных поясов Земли), «Лунар орбитер» (картографирование поверхности Луны с орбиты её спутника), «Луна-16» (доставка грунта с поверхности Луны на Землю), «Луна-17» (самоходный аппарат, управляемый оператором с Земли), «Венера-4» (первые сведения о параметрах атмосферы Венеры), «Маринер-9» (исследования и картографирование поверхности Марса с орбиты его спутника), «Викинг-1» (исследования поверхности Марса и поиски признаков жизни в районе посадки аппарата), «Вояджер» (исследования дальних планет Солнечной системы), «Ухуру», «Ариэль», SAS-3, «Вела», «Коперник», «ХЭАО», «ИУЕ» (фундаментальные астрофизические исследования в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах). 
Наконец, созданы автоматические космические аппараты для прикладных работ на земной орбите. Это в первую очередь спутники связи («Интелсат», «Комстар», «Синком», «Экран» и т. д.), спутники для исследования природных ресурсов Земли («Лендсат», «Сисат»), навигационные спутники типа «Навстар», метеорологические спутники, спутники-разведчики, спутники для передачи сигналов терпящими бедствие и определения их координат... 

ПОЛУЧЕННЫЙ ОПЫТ

Он самый разнообразный. И во многом связан с широко известными задачами разработки, изготовления, испытания и эксплуатации ракетной и космической техники.
Например, проблемы безопасности на старте ракетных систем. Связаны они главным образом с большими количествами окислителя и горючего, заправляемыми в ракету. Токсичные компоненты приводят к серьёзным осложнениям на стартовой позиции. Всегда будет существовать опасность нарушения герметичности в системе заправки или в самой ракете, а это чревато катастрофами. При применении компонентов вроде азотной кислоты, тетраксида азота, гидразина, диметилгидразина и т. п. опасность для обслуживающего ракету персонала велика, а потому необходимы жёсткие меры безопасности. Даже если ракета и её стартовые системы спроектированы так, что с момента перехода к заправочным операциям и до взлёта носителя на стартовой площадке нет людей, а все процессы подстыковки заправочных систем, проверки их герметичности и заправки автоматизированы, всегда есть опасность возникновения неисправности, требующей появления у ракеты специалистов в процессе или после заправки. Противогазы, специальные защитные костюмы, высокочувствительные средства контроля газового состава атмосферы — вот необходимые атрибуты персонала на стартовых позициях таких ракет.
Для современных ракет даже нормальный полёт связан с определёнными сложностями. Первые ступени падают на Землю, поэтому расчётные районы их падения, площадь которых может достигать десятков квадратных километров, должны исключаться из оборота. Для ракет с токсичными компонентами это усугубляется тем, что первые ступени могут разрушаться непосредственно на поверхности, остатки токсичных компонентов постепенно накапливаются, могут проникать в грунтовые воды и т. п.
Словом, в будущем в ракетных системах следует ориентироваться на использование экологически чистых компонентов, таких, например, как керосин — кислород или водород — кислород. 
Кроме того, нужно учитывать взаимодействие продуктов сгорания ракетного топлива с атмосферой, в частности с озоновым слоем. Обычные жидкостные ракеты, по-видимому, в этом смысле нейтральны, а вот применение твердотопливных носителей создаёт опасность взаимодействия продуктов их сгорания с озоном, ибо последние могут быть эффективными катализаторами его разложения. 
Реальная опасность аварии ракеты на активном участке полёта и, следовательно, опасность падения её остатков на поверхность Земли вдоль трассы полета предъявляют жёсткие требования к выбору места старта и траектории выведения, с тем чтобы избежать прохождения над густонаселёнными районами. 
Опасность аварии с катастрофическими последствиями неискоренима при собственно полёте ракеты. Это связано с очень высокой концентрацией энергии (сотни тонн топлива) в носителе, мощностью ракетных двигателей, напряженностью конструкции и малым налётом конкретной модели ракеты (по сравнению, например, с автомобилями, самолётами и т. д.). Эта особенность особенно ярко иллюстрируется мощностью ракетных двигателей. Так, мощность двигателей ракеты типа Р-7 на первой ступени равна примерно 10 млн л. с., а у шаттлов она достигает 70 млн л. с. Эта угроза всегда отчётливо понималась разработчиками. Уже на первые американские корабли «Меркурий», «Джемини» и «Аполлон» имели неплохие системы спасения, которые обеспечивали отделение и быстрый увод корабля от разрушающегося носителя при его аварии. Недурная система аварийного спасения космонавтов была у корабля «Союз». Она дважды спасала жизни: один раз при аварии третьей ступени ракеты и один раз при аварии на старте. 
Отсутствие полноценной системы спасения в случае аварии носителя не может оправдываться конструктивными трудностями. Это относится, к примеру, к системе «Шаттл» и является её принципиальным недостатком. 
После отделения корабля или автоматического космического аппарата от носителя его последняя ступень обычно остаётся на орбите, затем постепенно тормозится, входит в плотные слои атмосферы и в основном сгорает, а её остатки падают на Землю. Если высота орбиты выведения невелика (к примеру, менее 200 км), процесс занимает несколько суток. Если же высота большая, последняя ступень может дрейфовать на орбите месяцы и годы. 

И это постепенно превращается в проблему. Уже сейчас количество оставшихся на околоземных орбитах последних ступеней ракет, неработающих КА, соединительных элементов конструкций и осколков, возникших из-за разрушения или аварии аппаратов, таково, что опасность столкновения с ними соизмерима с метеорной опасностью для длительно летающих КА, кораблей и орбитальных станций. Поэтому всё актуальнее применение такой схемы выведения, при которой последняя ступень не остаётся на орбите. Именно этот подход реализован в системе «Спейс Шаттл»: после окончания работы второй ступени топливный бак отделяется от корабля и возвращается в атмосферу, причём несгоревшие остатки падают в определённый район океана. Так должно делаться и впредь. Такое же требование естественно предъявлять и к конструкции космических аппаратов, с тем чтобы перед окончанием их работы они «сталкивались» с орбиты, а после их орбитальных манёвров не оставалось никаких деталей конструкции или осколков и не происходило бы постепенного накопления опасного (смертельно опасного!) мусора на околоземных орбитах.

Из всего этого следуют такие рекомендации по средствам выведения на орбиту: 
— крайне нежелательно использовать ракеты с токсичными компонентами, во всяком случае для выведения пилотируемых кораблей; 
— на ракетных системах, предназначенных для выведения космонавтов, необходимо устанавливать полноценную систему аварийного спасения; 
— после выведения последняя ступень носителя не должна долго задерживаться на орбите; 
— необходимо (хотя бы расчётом) проверять опасность вредного воздействия продуктов сгорания на озоновый слой атмосферы.

Тут нельзя не вспомнить об опыте лунной программы. 
20 июля 1969 года мы глядели на Луну с необычными, новыми для всех нас ощущениями. Сейчас там ходят люди — Армстронг и Олдрин — на фантастическом от нас расстоянии в 400 000 км! Это событие воспринималось как (по словам Армстронга) «огромный скачок для человечества». Впечатляющий размах работ и впечатляющий результат. Полный успех. 
Понятна и естественна тогдашняя эйфория авторов проекта и, наверное, большинства американцев: «Мы на Луне! Это мы на Луне, а не эти вечно и во всём отстающие русские... Естественное положение в космических исследованиях восстановлено (и наш престиж тоже)... То, что раньше мы воспринимали как некоторую абстракцию, некоторую красочную и неизменную деталь на небе, оказалось-таки миром, по которому можно ходить, ездить, его можно потрогать... Это историческое достижение, и оно наше!» 
Эмоционально это всемирно-историческое шоу, конечно, значило очень много: чувствовать себя соучастником этого необыкновенного путешествия и приключения, ощутить Луну под своими ногами. Тут можно было бы и ещё раз поздравить американцев и всех нас с прекрасным достижением. Да, конечно, это так. Но... что-то есть сомнительное, какое-то неудовлетворение. 
Высадка Н. Армстронга и Э. Олдрина на Луну — лишь начало реализации лунного проекта. С 1969 по 1972 год американцы доставили на Луну шесть экспедиций. Что можно зачислить в плюс лунной программе? На поверхности нашего спутника побывало 12 человек, все вместе они прошли и проехали по ней около 100 км, около 400 кг лунных камней было доставлено на Землю. Но сами по себе (если не говорить о рекламно-сувенирной стороне дела) эти камни никому (кроме, может быть, геологов и геохимиков) не дали принципиально новой и ценной информации. Возможно, были получены какие-то иные важные сведения? Кажется, нет. 
Положительные эмоции и престиж США — да, конечно. Но «25 миллиардов за престиж» (именно в такую сумму обошлись эти шоу) звучит немного смешно. И печально. Ведь в убыток нужно списать и те космические программы, которые можно было бы осуществить на эти громадные средства. Главным стимулом принятия лунной программы было стремление восстановить престиж США в лидерстве технического прогресса, ведь какое-то время в космических делах главенствовала наша страна: 1957 год — первый спутник, 1961-й — первый полёт человека... 
Почему мы оказались впереди, несмотря на громадный технический потенциал США? Дело в том, что ракеты-носители, космические аппараты и корабли изготавливаются отнюдь не серийно (особенно тогда — в начале работ). По сути, это было индивидуальное, то есть в каком-то смысле кустарное производство. В этих условиях лидерство определялось «качеством мозгов» и работоспособностью. Было бы смешно утверждать, что наши мозги лучше, но, скажем так, они не были хуже. А бюрократы и карьеристы к космическому делу сильно «присосаться» ещё не успели. Так что стартовые условия оказались примерно одинаковыми. И, естественно, у нас не было недооценки американских инженеров (а у них тогда, кажется, было, а у многих, по-моему, и сейчас есть), ведь недооценка конкурента — серьёзный промах. А проявить себя в таком деле, как выход в космос, хотелось. Мы сами, не ожидая руководящих указаний, ставили задачи. Серьёзно, без шапкозакидательства работали. После первых наших успехов многие американцы, наверное, ощущали некоторый дискомфорт и даже ущемление своего самоуважения. Трудно сейчас сказать, кто предложил высадку на Луну в качестве способа восстановления престижа. В конце концов, это не столь важно. Но цель всё же явно не соответствовала затраченным средствам. Тут нет стремления принизить великолепно выполненную инженерную работу американцев. Речь идёт об использовании опыта, полученного при осуществлении лунного проекта.

Выполнив огромную, хорошо скоординированную работу, американцы создали не только корабль «Аполлон» и ракету «Сатурн-5», но и гигантскую производственную и экспериментальную базу: огневые стенды для отработки ракетных двигателей, оборудование для подготовки ракет и кораблей к запуску и т. п. И всё это после 1972 года практически не использовалось, было заброшено, не имело продолжения: некуда было продолжаться, лунная программа оказалась тупиковым путём. Это пример неудачно, точнее, неправильно выбранной цели. 

Сама постановка задачи о том, чтобы истратить 25 или даже 100 млрд. долларов на грандиозное космическое предприятие (если страна богатая и налогоплательщики согласны), не представляется абсурдной. Но, принимая решение, выбирая цель, нужно крепко думать. Примерно то же следует сказать и о программе «Спейс Шаттл», и тем более о подражательной советской инициативе «Буран». Идея шаттлов была в снижении транспортных расходов на трассе Земля — орбита. Цель правильная. Однако схемные и конструктивные решения были приняты явно неудачные, и замысел оказался невыполненным: доставка грузов на орбиту с помощью шаттлов (не говоря уже о нашем стихийном бедствии — «Буране»), мягко говоря, значительно дороже, чем доставка на использовавшихся одноразовых носителях.

БЛИЖАЙШИЕ ЗАДАЧИ В КОСМОСЕ

Пока ещё нет единого сложившегося мнения о самых важных направлениях развития деятельности человечества в космосе. Лозунги типа «Марсианская экспедиция — воодушевляющая цель», «Сделаем впечатляющий рывок в освоении космоса», «Откроем перспективу...», «Освоим Солнечную систему» нередко подменяют продуманные и логически обоснованные предложения о выборе путей дальнейшего движения. Предлагаются самые разнообразные программы.
Так, в программе, которую связывают с астронавтом Салли Райд, в качестве основных целей на ближайшие 50 лет предлагается создание баз на Луне, астероидах и планетах, средств путешествий в Солнечной системе, космических поселений. 
Советские учёные, занятые фундаментальными исследованиями, в ближайшее десятилетие хотели бы сосредоточить усилия на изучении околоземного космического пространства, на изучении магнитосферы Земли, исследованиях солнечно-земных связей, Солнца, солнечной короны, Марса, на астрофизических экспериментах с помощью автоматических космических аппаратов. 
Есть и более прагматические предложения (вроде программы освоения околоземного пространства), цель которых — развитие спутниковых систем связи и телевидения, создание спутниковых систем экологического контроля и исследования природных ресурсов Земли, развитие систем метеоспутников, создание экономически целесообразного и эффективного производства на орбите. 
Так что бытуют самые разные мнения.
Наверное, было бы ошибкой противопоставлять прагматические устремления нашему естественному желанию расширить сферу своей деятельности, побольше узнать о Вселенной и нашем месте в ней. Посему при выборе дальнейшего пути наиболее разумным представляется стремиться и к удовлетворению самых насущных нужд человечества, и к исследованию окружающего мира. Наиболее острые проблемы, стоящие Землёй, — это экология и истощение природных ресурсов, политическая нестабильность, разобщённость народов, недоверие между ними, возрастающая перенаселённость планеты. А в исследованиях Вселенной можно было бы выделить следующие, как мне представляется, интересные задачи: исследования Солнечной системы, исследования звёзд, галактик, небесных объектов на окраинах Вселенной с помощью астрофизических инструментов, изучение возможностей полётов к звёздам. 
При таком подходе хотелось бы предложить следующие основные направления космических работ. 
1. Деятельность в интересах удовлетворения насущных нужд человечества
Речь идёт о проектах прикладного характера, которые могли бы приносить конкретную пользу людям и по возможности были бы экономически рентабельны. Здесь можно выделить три группы работ. 
Группа А — уже определившиеся, почти ставшие традиционными такие инициативы, как экологический контроль поверхности суши, морей и океанов и исследования природных ресурсов Земли с помощью КА, спутниковые службы метеорологии, навигации, приёма сигналов от терпящих бедствие, связи и телевидения. 
Группа Б — работы, связанные с развёртыванием на орбите экономически выгодного производства, с выносом на орбиту нужных, но опасных на Земле производств. Для этого потребуется расширить наземные и, главное, космические эксперименты по поиску надёжных и эффективных технологических процессов на орбите, проводить исследования по поиску той ниши в экономике Земли, которую естественным образом могло бы занять космическое производство. 
К этой же группе можно отнести и поисковые проекты по возможности и целесообразности создания солнечных орбитальных электростанций для снабжения Земли дешёвой и экологически чистой электроэнергией. Сюда же запишем и работы на космических станциях по поиску области наиболее эффективной деятельности людей непосредственно на орбите. 
Группа В — работы в интересах поддержания мира на Земле, сохранения стабильности и укрепления доверия между государствами, предотвращения агрессии. Здесь имеется в виду создание международной открытой для всеобщего ознакомления спутниковой системы наблюдения и контроля поверхности суши и океанов, контроля воздушного пространства и подводной обстановки. Сейчас только Советский Союз и Соединённые Штаты имеют спутниковые разведывательные системы, которые к тому же пока не носят всепогодный характер и не дают достаточно качественной картины в сумерках и в ночное время. Тем самым предлагается создать системы спутников, которые позволили бы всем видеть, что происходит на Земле днём и ночью, наблюдать за перемещениями воинских соединений и военной техники, за строительством подозрительных (возможно, военных) объектов, контролировать выполнение международных соглашений. 
Современная космическая техника в принципе позволяет решить эту задачу, причём важно и то, что расходы на создание и эксплуатацию такой системы могло бы нести все мировое сообщество.

Конечно, есть что-то непорядочное в подглядывании друг за другом. Но что делать в наше время? XX век не один раз демонстрировал нам, как уголовники и маньяки захватывали власть. И как, укрепившись внутри государств с помощью террора и оболванивания своих соотечественников, они приступали к наглым попыткам захватить соседние страны. Наличие международной системы наблюдения позволит всем желающим следить за подозрительными передвижениями, стройками и приготовлениями (ведь любое предприятие не начинается спонтанно — оно готовится, и это можно заметить), охладит пыл гангстеров, пробравшихся к власти, и позволит мировому сообществу заблаговременно принимать меры для отражения агрессии или даже останавливать её подготовку.

2. Исследование и освоение Солнечной системы
Хотя эти исследования едва ли принесут нам принципиально новую информацию, но и не изучить то, что находится у нас под носом, было бы неразумно. Другое дело — масштабы работ. К этому направлению относятся исследования Солнца, астероидов, Луны, Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна, их спутников и т. д., исследования возможности и целесообразности космических поселений. Эти проекты едва ли стоит считать главными, но и забрасывать их не следует. Всё это можно делать с помощью автоматических космических аппаратов. И только при полной неудаче с доставкой проб грунта и атмосферы и одновременном появлении информации, указывающей на возможность обнаружения живых организмов на Красной планете, стоит всерьёз рассмотреть организацию пилотируемой экспедиции на эту планету. 
Тут подразумевается, что пробы грунта и атмосферы будут доставляться на Землю для их изучения, с тем чтобы определить, нет ли в них живых организмов, а если они есть, узнать их генетический код или механизм воспроизводства жизни и тем самым получить сведения в пользу той или иной гипотезы о происхождении жизни на Земле, гипотезы «самозарождения» или «посева». 
3. Исследования Вселенной
Это наиболее интересные, можно сказать, интригующие воображение направления. Они могут принести нам самую ценную и необычную информацию. 
К этим работам относятся исследования с помощью космических радиотелескопов, выводимых на околосолнечные и околоземные орбиты и функционирующих совместно в режиме радиоинтерферометрии, исследования окружающего мира посредством орбитальных астрофизических инструментов современного уровня (размерности космического телескопа «Хаббл») в различных спектральных диапазонах, исследования с помощью оптических телескопов с разнесённой базой, которые можно располагать, например, на Луне, изучение проблемы полета к звёздам...

КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА БЛИЖАЙШЕГО БУДУЩЕГО

Для реализации описанной выше программы работ нужно совершенствовать имеющуюся космическую технику, создавать совершенно новую, вести теоретические и экспериментальные исследования. Можно представить, что потребуются следующие технические средства.

1. Низкоорбитальные системы унифицированных спутников экологического контроля, исследования природных ресурсов, метеорологических наблюдений с наземными автоматизированными центрами обработки информации и автоматизированной системой доставки результатов абонентам. 
Здесь уже есть большой задел, особенно у американцев. Следует расширять эти работы на коммерческой основе. Наша страна тоже могла бы активно участвовать в создании таких систем. 

2. Система платформ на геостационарной орбите для глобальной связи, телевидения, экологического контроля, исследования природных ресурсов и метеорологических наблюдений. 
Геостационарная орбита — это орбита, лежащая в плоскости экватора на высоте около 36 тыс. км над поверхностью Земли. Спутники, расположенные на ней, неподвижны относительно поверхности Земли. На этой орбите нельзя располагать слишком большое количество аппаратов связи, так как иначе они начнут мешать работе друг друга. Поэтому, по-видимому, в будущем для расширения их возможностей придётся создавать многофункциональные платформы. 

3. Орбитальные станции, по-видимому, таких типов: 
— орбитальные лаборатории типа «Салют» и «Мир»; 
— станции вроде разрабатываемой сейчас американской «Фридом»; 
— орбитальные станции типа «облако». 
Последний тип представляется мне наиболее перспективным. Идея станции-облака заключается в том, что отдельные её части — модули — не соединены жёстко между собой, но «плавают» поблизости друг от друга.

4. Орбитальные заводы для производства сверхчистых материалов, биологических препаратов и других производственных процессов, которые будут рентабельны или целесообразны на орбите.

5. Автоматические космические аппараты международной спутниковой системы наблюдения и контроля поверхности суши, морей, океанов, воздушного пространства и подводной обстановки с системой выдачи информации абонентам.
В международной системе наблюдения можно было бы иметь три подсистемы: 12–16 спутников с оптико-телевизионной аппаратурой для наблюдений в дневное время, 12–16 спутников с радиолокаторами для всепогодного и круглосуточного наблюдения поверхности суши и океанов, воздушного пространства и подводной обстановки (слежения за перемещениями подводных лодок), 3–6 спутников с аппаратурой для наблюдения в инфракрасном диапазоне.
Современные оптико-телевизионные космические средства уже позволяют рассмотреть с орбиты предметы с размерами порядка метра и передать полученное изображение через спутники-ретрансляторы абонентам. 
Так называемые радиолокаторы бокового обзора, вынесенные на орбиту, при достаточной мощности позволят вести круглосуточный и всепогодный контроль поверхности Земли, воздуха и даже наблюдать за передвижениями подводных лодок. В принципе, с помощью орбитальных радиолокаторов можно было бы различать предметы размером до метров. 
С помощью такой системы спутников можно было бы получить обновления информации о происходящем на поверхности Земли за 30–60 минут.

6. Системы радиотелескопов, выводимых на околоземные и околосолнечные орбиты и работающих в единой радиоинтерферометрической схеме. С помощью радиотелескопов на околосолнечной орбите можно получить разрешающую способность порядка десятимиллионных долей угловой секунды и заглянуть на самые окраины нашей Вселенной. 
Кроме того, большие радиотелескопы с размерами порядка километра позволят человечеству начать регулярный поиск сигналов внеземных цивилизаций. 

7. Орбитальные астрофизические обсерватории, работающие в различных спектральных диапазонах.

8. Если теоретические исследования подтвердят целесообразность создания оптических телескопов с зеркалами, разнесёнными на значительные расстояния, то может оказаться наиболее целесообразным располагать их на Луне. Идея таких телескопов та же, что и в радиоинтерферометрии, — в увеличении базы наблюдения. Но эту базу нужно удерживать и знать с точностью до малых долей длины волны электромагнитного излучения, на которой ведётся наблюдение, то есть в данном случае с точностью до долей микрона. Поэтому и возникает мысль о расположении их на естественном спутнике Земли. 

9. Возможно, возникнет необходимость создания базы на Луне, которая потребуется для астрофизических обсерваторий на поверхности спутника и исследования возможностей использования лунных ископаемых в космической деятельности человечества. Однако целесообразность разворачивания таких работ в ближайшие десятилетия требует, как мне кажется, дополнительного рассмотрения.

10. Автоматические аппараты для доставки на Землю проб грунта и атмосферы Марса.

11. Если в результате окажется необходимым осуществление экспедиции на Марс, придётся разрабатывать и создавать соответствующие средства пилотируемой экспедиции — марсианский орбитальный и экспедиционный корабли, марсианский «автомобиль» оснащение для жизни и работы на Марсе. 

12. Автоматические средства исследования Венеры, орбитальная база у Венеры, атмосферные шары-зонды, средства радиолокационного картирования поверхности, посадочные лаборатории. 

13. Солнечные обсерватории с перигелием внутри орбиты Меркурия, предназначенные для регулярного исследования ближайшей к нам звезды — Солнца. 

14. Автоматические аппараты для исследования астероидов. 

15. Автоматические космические аппараты для изучения дальних планет. 

16. Действительно дешёвые многоразовые транспортные корабли для операций «Земля — орбита — Земля».
Ни американский шаттл, ни советский «Буран» не решают задачи снижения транспортных расходов в космосе. Стоимость доставки грузов на орбиту с помощью шаттлов равна сейчас примерно $10 тыс. за кг полезного груза, что много дороже, чем доставка даже старыми одноразовыми носителями. То есть задача создания дешёвых средств доставки на орбиту остаётся. По моему мнению, новые средства должны выводить космические аппараты на орбиту за сотни долларов за килограмм. Это сложная задача, но она под силу современной технике. 

17. Дешёвые многоразовые транспортные средства для транспортных операций «низкая орбита — геостационарная орбита — низкая орбита».

18. Космические работы. Следует ожидать расширения таких инициатив в открытом пространстве на орбитах спутников Земли. Эти работы будут связаны с созданием орбитальных заводов, больших радиотелескопов, обслуживанием орбитальных аппаратов, возможно, со строительством орбитальных электростанций. Скованность человека в скафандре, опасность открытого пространства вынудят нас сделать ставку на космических роботов.

СРЕДСТВА ВЫВЕДЕНИЯ НА ОРБИТУ

Главная задача — создание действительно дешёвых многоразовых средств выведения космических аппаратов на орбиты.

Выведение КА пока очень дорого. Это объясняется высокой стоимостью ракетных двигателей, сложной системой управления, дорогими материалами, используемыми в конструкции ракет и их двигателей, но главное — их одноразовостью. Оттого ещё в семидесятых возникла идея создания многоразовой системы выведения. 
Первым опытом её реализации было создание системы «Шаттл». Несмотря на прекрасно выполненную работу, этот опыт едва ли можно назвать удачным. По первоначальному проекту, стоимость запуска системы не должна была превышать $10 млн. Но это была слишком оптимистичная оценка: за прошедшие годы стоимость пусков системы колебалась в пределах $150–350 млн. Главные причины этого — применение в конструкции значительного количества одноразовых элементов, очень сложная конструкция и, следовательно, сложная подготовка к запуску, в которой участвуют множество специалистов. Следует, конечно, сказать, что аналогичная советская система «Буран» не отличается от шаттла в лучшую сторону. 
Поэтому задача создания действительно многоразовой и действительно недорогой техники выведения КА на орбиту стала ещё более актуальной. Тут возможны два направления поиска решения. 
Первый — довольно тривиальный: создание многоразовой одноступенчатой ракеты на кислородно-водородном топливе с очень высоким конструктивным совершенством. Такая ракета выходила бы на орбиту, оставляла там космический аппарат, затем сходила с орбиты, тормозилась в плотных слоях атмосферы и совершала бы посадку в районе старта. Это было бы возможно, если бы удалось создать такую конструкцию, в которой масса баков, двигателей, тепловой защиты, системы посадки возвращающейся на Землю ракеты, системы управления и самого выводимого космического аппарата составила бы в сумме не более 10–11% от стартовой массы. Для этого требуются сверхпрочные и сверхлёгкие материалы, очень легкие двигатели, тепловая защита и система приземления. Задача очень трудная, есть ряд конструктивных идей, но они требуют дополнительных исследований и проработок.

Другой путь — революционный. Он определяется основным недостатком современных ракет: в их баках размещается не только горючее, но и окислитель (и его приходится тоже разгонять), хотя часть полёта проходит в плотных слоях атмосферы, где кислорода вполне достаточно и именно его было бы логично использовать. Но это не случайно: для использования на ракете воздушного кислорода, помимо жидкостных ракетных двигателей (бóльшая часть полёта всё же проходит вне плотных слоев атмосферы), нужно установить воздушно-реактивные двигатели. А они гораздо тяжелее жидкостных. 

Но и здесь появляются новые возможности. Сегодня представляется реальным создание комбинированных двигателей, которые в начале полёта до скорости порядка 1 500–1 700 м/с работают как воздушно-реактивные, а затем переходят на режим ЖРД. Это может дать существенный выигрыш в массе и размерах носителя. 
Эти идеи, по-видимому, и легли в основу английского проекта многоразового воздушно-космического самолета «Хотол». Предполагалось, что этот самолёт взлетает с аэродрома с помощью специального стартового шасси, остающегося на земле, и затем разгоняется до высоты около 25 км при работе двигателя с забором кислорода из атмосферы. К этому моменту он должен набрать скорость около 1 600 м/с. Далее полёт совершается на бортовых запасах кислорода. В качестве горючего на обоих участках полёта предполагалось использовать жидкий водород. По проекту, при стартовой массе порядка 200 т «Хотол» должен был бы выводить на орбиту полезный груз порядка 7 т, а затем возвращаться на Землю. Судя по сообщениям в СМИ, работа над проектом сейчас прекращена — нет финансирования. О реальности проекта судить трудно, так как она целиком определяется жизненностью предложений по созданию лёгкого комбинированного двигателя, способного работать и как воздушно-реактивный, и в режиме ЖРД, но о его конструкции никаких материалов не публиковалось. Разрабатывала двигатель известная английская компания «Роллс-Ройс». 
Ведутся работы ещё по нескольким перспективным направлениям. Немецкий проект «Зенгер» также предусматривает создание полностью многоразовой двухступенчатой системы. На первой ступени предполагалось использовать воздушно-реактивные двигатели, а на второй — жидкостные. После выработки топлива первая ступень должна возвращаться на аэродром. Вторая ступень после выведения полезного груза на орбиту должна была возвращаться на Землю и готовиться, как и первая, к следующему полету. Но данные по оценкам массовых характеристик составляющих системы, которые приводились в печати, вызывали сомнения в их обоснованности. 
Ещё более революционное направление развивается сейчас в Соединённых Штатах. Оно исходит из идеи создания прямоточного воздушно-реактивного двигателя, способного функционировать до скорости порядка 7,5 км/с, то есть практически весь разгон самолёта-ракеты осуществлять в атмосфере, почти не имея на борту окислителя. Исследования, насколько можно понять, как раз выясняют возможность создания такого двигателя (см. также здесь).

СОЛНЕЧНЫЕ ОРБИТАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Одно из возможных направлений освоения космоса для обеспечения насущных нужд человечества — создание солнечных орбитальных электростанций, снабжающих энергией наземных потребителей. Солнечную энергию можно преобразовать в электрическую по-разному. Но самый простой и естественный для нашего случая вариант — применение полупроводниковых преобразователей солнечного светового излучения в электрический ток, то есть использование солнечных батарей. Опыт их длительной эксплуатации в условиях космоса уж есть. В качестве преобразователей обычно используются кремниевые элементы — тонкие, небольшие (площадью в несколько квадратных сантиметров) пластинки, при попадании на которые солнечного света в силу фотоэффекта возникает разность потенциалов. С одного такого элемента можно снять очень небольшую мощность. Коэффициент полезного действия энергопреобразования равен примерно 10–12%. Чтобы получить практический источник питания из этих элементов, их соединяют вместе по последовательно-параллельной схеме. В результате с 1 кв. м солнечной батареи можно получить мощность около 140–170 Вт. Понятно, что такие батареи дают ток только при солнечном освещении, причём указанная мощность снимается лишь тогда, когда излучение падает перпендикулярно на их поверхность. Оттого на многих КА для увеличения снимаемой мощности устанавливают системы ориентации солнечных батарей. Когда аппарат находится в земной тени приборы и оборудование получают электропитание от аккумуляторов, разумеется, подзаряжаемых от солнечных батарей (когда аппарат выходит из тени).

Солнечные орбитальные электростанции представляются пригодными для снабжения Земли электроэнергией. Полученную электроэнергию можно преобразовать в радиоизлучение и с помощью остронаправленной антенны орбитальной электростанции в виде узкого пучка передать на приёмную антенну, расположенную на Земле. Принятое радиоизлучение вновь преобразуется в электроэнергию и направляется потребителям. Чтобы у орбитальных электростанций была непрерывная и кратчайшая связь с наземными приёмниками, их целесообразно размещать на геостационарной орбите. 
Главное тут — научиться сооружать в космосе гигантские конструкции, которые должны быть лёгкими и разворачиваемыми на орбите. Начинать можно, например, со сборки ажурной панели-блока размером, скажем, 100×100×100 м. А затем, постепенно соединяя между собой такие блоки, наращивать площадь конструкции до десятков квадратных километров. С панели в 100 кв. км можно было бы снять до 10 млн. кВт. Для передачи энергии потребуется антенна площадью около квадратного километра. Наземная приёмная антенна будет иметь диаметр порядка нескольких километров. Скорее всего, выяснится, что не только сборку, но и изготовление элементов блоков-панелей будет выгоднее вести на орбите. То есть доставлять туда, скажем, рулоны металлической ленты, там её резать и производить из неё стержни, из которых собирать потом ферменные конструкции панелей. Конечно, можно найти и другие технологии изготовления и сборки панелей. 
Разумеется, на эти гигантские конструкции невозможно устанавливать современные пластинки солнечных батарей — это было бы слишком тяжело и дорого, так как сейчас квадратный метр таких фотоэлементов весит несколько килограммов. Но в последние годы не без успеха ведутся работы по созданию плёночных солнечных батарей, масса квадратного метра которых не превышает несколько сотен граммов. С учётом массы фермы и других элементов конструкции приведённая масса квадратного метра панели солнечной электростанции составит примерно килограмм на квадратный метр панели, или примерно 10 кг на киловатт установленной мощности. Киловатт мощности орбитальной электростанции мог бы стоить около 2–3 тыс. рублей (при условии решения транспортной проблемы). Это в 1,5–2 раза дороже, чем у атомных станций, в 2–2,5 раза дороже, чем у гидроэлектростанций, и в 4–6 раз дороже, чем у ТЭЦ. Однако орбитальные электростанции не расходуют природных ресурсов, и через несколько лет эксплуатации они могут оказаться рентабельнее и тепловых, и атомных. А главное — они экологически чистые.

Сложнейшая проблема — доставка на орбиту материалов для строительства. Масса станции мощностью 10 млн. кВт может достичь 100 тыс. т. Для решения этой задачи потребуется совершенно новый тип многоразовых ракет-носителей. С одной стороны, это должны быть большие машины, способные выводить полезный груз массой, скажем, порядка 500 т, с тем чтобы за 2–3 года (при темпе 70–100 пусков в год) можно было доставить материалы для одной станции и с такой скоростью вести строительство.
С другой стороны, предприятие должно быть рентабельным: необходимо, чтобы стоимость выведения на таком носителе не превышала 50 рублей за килограмм полезного груза. Если сравнить этот показатель со стоимостью доставки с помощью шаттлов (порядка 10 тыс. долларов/кг), становится очевидной сложность достижения этой цели, ведь удешевить доставку нужно на два порядка. Но задача не безнадёжная. Шаттлы почти на порядок проигрывают по экономичности современным одноразовым носителям. А снижение расходов на порядок при переходе к новому типу многоразовых носителей не представляется невозможным. Хотя, конечно, одновременно придётся решать задачу доставки выведенных на низкую промежуточную орбиту материалов на орбиту геостационарную.
Причём и на этой трассе расходы должны быть такого же порядка, то есть и для неё нужно будет создавать дешёвые многоразовые средства, скорее всего, использующие солнечные батареи и электрореактивные двигатели. 
Ну а ориентация гигантских ферменных панелей на Солнце задача вполне решаемая. По сути, вращать панель придётся с постоянной скоростью, равной одному обороту в год. 
Для строительства станции на орбите потребуется создание специализированного производства. Будут нужны собственно строители и жилища для них — орбитальные станции. Конечно, всё производство должно быть максимально стандартизировано и автоматизировано. В основном строительство следует возложить на роботов, то есть людей там будет не так много. Орбитальные работы будут длиться, скажем, не более года за одну «командировку», и, следовательно, искусственная тяжесть на строительных станциях не понадобится. 
Есть, конечно, и другие проблемы: преобразование гигантских мощностей электроэнергии в радиоизлучение, бортовая направленная антенна с диаметром порядка километра, средства приёма мощного потока радиоизлучения и его обратного преобразования в электроэнергию и т. п. Но всё это решаемо уже сейчас. 
Идея космической электростанции привлекают потому, что такие объекты способны внести существенный вклад в решение одной из самых сложных задач, стоящих перед человечеством, — создание экологически чистой энергетики. К слову, мы не пытаемся убедить вас в том, что солнечные орбитальные электростанции — единственно целесообразный вариант. Всерьёз его можно будет сравнить с другим только после появления соответствующих конкурирующих инициатив. Но это одно из возможных и обнадёживающих решений.

ОРБИТАЛЬНЫЕ ЗАВОДЫ

Автоматические заводы на орбите видятся перспективным и возможным делом. Невесомость и вакуум могут выгодно использоваться для производства сверхчистых препаратов и материалов, нужных в современной медицине и промышленности. Конечно, абсолютной невесомости на орбитальных аппаратах быть не может — она достигается только в центре масс КА. А в точках, удалённых от центра масс на метры, ускорения достигают миллионных долей ускорения силы тяжести на Земле. Тем более не является абсолютным вакуум на орбитах с высотой порядка 500 км.
Но всё же и ускорения микрогравитации, и давление окружающей атмосферы на этих высотах довольно малы, что создаёт неплохие условия для некоторых видов производства. Малые ускорения микрогравитации позволяют исключить из процессов сепарации и кристаллизации влияние конвекции разделения элементов в смеси под действием силы тяжести и резко снизить число дефектов, образующихся при кристаллизации. Экспериментальные работы на орбитальных станциях, пилотируемых и автоматических КА по исследованию эффективности различных технологических процессов свидетельствуют об улучшении качества процессов в условиях невесомости. Но пока мы не вышли на уровень, позволяющий сделать определённые выводы и приступить к проектированию орбитальных заводов.
Сегодня представляются перспективными проекты, связанные с техпроцессами по очистке биологических препаратов на всякого рода электрофоретических установках для фармацевтической промышленности, по выращиванию кристаллов материалов, используемых в электронной промышленности, по увеличению чистоты и относительной массы выхода получаемого продукта, по производству оптического стекловолокна для волоконной оптики, которое в условиях орбиты может дать более качественную продукцию и оказаться более экономичным, чем на наземных установках.

РАДИОТЕЛЕСКОПЫ

Радиотелескопы, выводимые на околоземные орбиты, или, что ещё более эффективно, на орбиты спутников Солнца, могут быть одним из самых действенных средств исследования Вселенной.
При размерах приёмных антенн радиотелескопов порядка сотен метров можно будет принимать сигналы от объектов, находящихся на окраинах Вселенной. Если вести наблюдение с помощью нескольких радиотелескопов, разнесённых на расстояния порядка диаметра солнечной орбиты, то, используя принцип интерферометрии, можно получить, как уже говорилось, совершенно фантастическую разрешающую способность порядка десятимиллионных долей угловой секунды. 
Сами размеры приёмных антенн (порядка сотен метров) не должны смущать — задача создания конструкций таких размеров в условиях невесомости вполне под силу современной технике. Принципиальной проблемой окажется обеспечение точности поверхности антенны. Ведь нужно будет обеспечить точность порядка долей длины волны, на которой будут проводиться измерения. Так, при наблюдениях на длине волны 20 см нужно обеспечить точность поверхности около сантиметров при километровых размерах конструкции! И при этом не допускать тепловых деформаций конструкции, превышающих эти же величины. 
Проблему, по-видимому, придётся решать за счёт введения регулирующих элементов и лазерной измерительной системы.

СТАНЦИЯ-ОБЛАКО

Идея станции-облака проистекает из трудностей, что сопутствуют созданию и функционированию таких больших сооружений, как, например, разрабатывающаяся сейчас американская орбитальная станция «Фридом». К этим трудностям можно отнести:

— громадные размеры ферменных конструкций, на которых размещены жилые помещения, заправочные станции, производственные помещения, телескопы, солнечные батареи и транспортные корабли, что приводит к огромным моментам инерции и сложностям в ориентации таких сооружений;
— избыточная запрограммированность конструкции подобных объектов, ограничивающая возможности их развития и совершенствования производственной и исследовательской программ;
— включение производственных помещений в единую конструкцию приводит к возрастанию уровня микрогравитации в этих помещениях, что, скорее всего, скажется на качестве получаемой продукции и потребует ограничений на процессы ориентации и управления движением и деятельность экипажа;
— для работы телескопов высокого класса требуется ориентация с точностью порядка сотых долей угловой секунды, что, вероятно, окажется невозможным в общей конструкции, даже если будет предусмотрена свобода угловых перемещений телескопов относительно конструкции станции;
— размещение в общей конструкции заправочных ёмкостей, содержащих обычно самовоспламеняющиеся компоненты, сложные пневмогидросхемы приёма топлива от кораблей-заправщиков и заправки абонентов следует считать небезопасным и нежелательным.
С другой стороны, всё это естественно разместить рядом, чтобы можно было производить настройку, ремонт, испытания и обслуживание всех этих телескопов, технологических лабораторий, заводов, заправочных станций.

Эти трудности и противоречия можно устранить за счёт использования схемы станции-облака. Представим себе станцию, состоящую из нескольких автономных частей, к примеру, базового жилого блока, астрофизической обсерватории, производственно-лабораторного модуля и заправочного блока. Все части летают по одной орбите, не слишком удаляясь друг от друга, с тем чтобы расстояние от базового блока до каждого из них всегда находилось в выбранных пределах (например, 10–100 км) Для этого на каждом объекте нужно иметь систему измерения дальности и радиальной скорости относительно базового блока и силовую установку с двигателями координатных перемещений.

Схема действий здесь достаточно проста. Скорость удаления или приближения уменьшается до минимума, определяющегося чувствительностью измерителей относительной скорости. Пусть это будет 1,5 см/с. Тогда расстояние от 10 до 50 км (с учётом особенностей движения спутника на орбите) увеличится примерно за 9–10 суток. Когда расстояние приблизится к 50 км, на втором блоке выдаётся импульс, изменяющий знак относительной скорости, и блок начинает сближаться со станцией, доходя до своих 10 км ещё через 9 суток, и т.д. Если относительную скорость измерять с точностью до сантиметра в секунду (что вполне реально для современной радиолокационной техники), то топлива на поддержание частей станции в заданном относительном положении потребуется существенно меньше, чем топлива, которое мы в любом случае обязаны тратить на компенсацию торможения станции атмосферой. Таким образом, телескоп, например, можно держать в 10–50 км позади базового блока; производственный модуль на расстоянии в 10–50 км впереди; заправочный модуль пусть будет ещё дальше впереди, например, в 60–100 км.
Состав станции-облака может расширяться и меняться. Естественно было бы использовать базовый блок станции, где размещается дежурная смена космонавтов, как геофизический модуль с аппаратурой экологического контроля, исследований природных ресурсов и т. п. Там же можно держать средства для медицинских и биологических исследований.
На этом блоке должно быть несколько причалов — для пилотируемых и грузовых кораблей, а также для орбитальных «автомобилей», то есть аппаратов, предназначенных для перелётов космонавтов между объектами станции с целью их обслуживания.

(Продолжение следует.)


Комментарии

Комментарии

Вход в систему

Введите имя пользователя и пароль для входа в систему:
Вход в систему

Забыли пароль?

Астрология

(от астро. и от греч. logos - учение) Астрология – учение, в основу которого положено представление о влиянии на судьбу отдельных людей, народов и всего человечества расположения Солнца, Луны... [далее]

Rambler's Top100