Современные ракетные двигатели неплохо справляются с задачей выведения техники на орбиту, но совершенно непригодны для длительных космических путешествий. Поэтому уже не первый десяток лет ученые работают над созданием альтернативных космических двигателей, которые могли бы разгонять корабли до рекордных скоростей. Давайте рассмотрим семь основных идей из этой области.

EmDrive

Чтобы двигаться, надо от чего-то оттолкнуться – это правило считается одним из незыблемых столпов физики и космонавтики. От чего конкретно отталкиваться – от земли, воды, воздуха или реактивной струи газа, как в случае ракетных двигателей, – не так важно.

Хорошо известен мысленный эксперимент: представьте, что космонавт вышел в открытый космос, но трос, связывающий его с кораблем, неожиданно порвался и человек начинает медленно улетать прочь. Все, что у него есть, – это ящик с инструментами. Каковы его действия? Правильный ответ: ему нужно кидать инструменты в сторону от корабля. Согласно закону сохранения импульса, человека отбросит от инструмента ровно с той же силой, с какой и инструмент от человека, поэтому он постепенно будет перемещаться по направлению к кораблю. Это и есть реактивная тяга – единственный возможный способ двигаться в пустом космическом пространстве. Правда, EmDrive, как показывают эксперименты, имеет некоторые шансы это незыблемое утверждение опровергнуть.

Создатель этого двигателя – британский инженер Роджер Шаер, основавший собственную компанию Satellite Propulsion Research в 2001 году. Конструкция EmDrive весьма экстравагантна и представляет собой по форме металлическое ведро, запаянное с обоих концов. Внутри этого ведра расположен магнетрон, излучающий электромагнитные волны, – такой же, как в обычной микроволновке. И его оказывается достаточно, чтобы создавать очень маленькую, но вполне заметную тягу.

Сам автор объясняет работу своего двигателя через разность давления электромагнитного излучения в разных концах "ведра" – в узком конце оно меньше, чем в широком. Благодаря этому создается тяга, направленная в сторону узкого конца. Возможность такой работы двигателя не раз оспаривалась, но во всех экспериментах установка Шаера показывает наличие тяги в предполагаемом направлении.

В числе экспериментаторов, опробовавших "ведро" Шаера, такие организации, как NASA, Технический университет Дрездена и Китайская академия наук. Изобретение проверяли в самых разных условиях, в том числе и в вакууме, где оно показало наличие тяги в 20 микроньютонов.

Это очень мало относительно химических реактивных двигателей. Но, учитывая то, что двигатель Шаера может работать сколь угодно долго, так как не нуждается в запасе топлива (работу магнетрона могут обеспечивать солнечные батареи), потенциально он способен разгонять космические корабли до огромных скоростей, измеряемых в процентах от скорости света.

Чтобы полностью доказать работоспособность двигателя, необходимо провести еще множество измерений и избавиться от побочных эффектов, которые могут порождаться, к примеру, внешними магнитными полями. Однако уже выдвигаются и альтернативные возможные объяснения аномальной тяги двигателя Шаера, которая, в общем-то, нарушает привычные законы физики.

К примеру, выдвигаются версии, что двигатель может создавать тягу благодаря взаимодействию с физическим вакуумом, который на квантовом уровне имеет ненулевую энергию и заполнен постоянно рождающимися и исчезающими виртуальными элементарными частицами. Кто в итоге окажется прав – авторы этой теории, сам Шаер или другие скептики, мы узнаем в ближайшем будущем.

Солнечный парус

Как говорилось выше, электромагнитное излучение оказывает давление. Это значит, что теоретически его можно преобразовывать в движение – например, с помощью паруса. Аналогично тому, как корабли прошлых веков ловили в свои паруса ветер, космический корабль будущего ловил бы в свои паруса солнечный или любой другой звездный свет.

Проблема, однако, в том, что давление света крайне мало и уменьшается с увеличением расстояния от источника. Поэтому, чтобы быть эффективным, такой парус должен иметь очень малый вес и очень большую площадь. А это увеличивает риск разрушения всей конструкции при встрече с астероидом или другим объектом.

Попытки строительства и запуска солнечных парусников в космос уже имели место – в 1993 году тестирование солнечного паруса на корабле "Прогресс" провела Россия, а в 2010 году успешные испытания по пути к Венере осуществила Япония. Но еще ни один корабль не использовал парус в качестве основного источника ускорения. Несколько перспективнее в этом отношении выглядит другой проект – электрический парус.

Электрический парус

Солнце излучает не только фотоны, но также и электрически заряженные частицы вещества: электроны, протоны и ионы. Все они формируют так называемый солнечный ветер, ежесекундно уносящий с поверхности светила около одного миллиона тонн вещества.

Солнечный ветер распространяется на миллиарды километров и ответственен за некоторые природные явления на нашей планете: геомагнитные бури и северное сияние. Земля от солнечного ветра защищается с помощью собственного магнитного поля.

Солнечный ветер, как и ветер воздушный, вполне пригоден для путешествий, надо лишь заставить его дуть в паруса. Проект электрического паруса, созданный в 2006 году финским ученым Пеккой Янхуненом, внешне имеет мало общего с солнечным. Этот двигатель состоит из нескольких длинных тонких тросов, похожих на спицы колеса без обода.

Благодаря электронной пушке, излучающей против направления движения, эти тросы приобретают положительный заряженный потенциал. Так как масса электрона примерно в 1800 раз меньше, чем масса протона, то создаваемая электронами тяга не будет играть принципиальной роли. Не важны для такого паруса и электроны солнечного ветра. А вот положительно заряженные частицы – протоны и альфа-излучение – будут отталкиваться от тросов, создавая тем самым реактивную тягу.

Хотя эта тяга будет примерно в 200 раз меньше, чем таковая у солнечного паруса, заинтересовал Европейское космическое агентство. Дело в том, что электрический парус гораздо проще сконструировать, произвести, развернуть и эксплуатировать в космосе. Кроме того, с помощью гравитации парус позволяет также путешествовать к источнику звездного ветра, а не только от него. А так как площадь поверхности такого паруса гораздо меньше, чем у солнечного, то для астероидов и космического мусора он уязвим куда меньше. Возможно, первые экспериментальные корабли на электрическом парусе мы увидим уже в следующие несколько лет.

Ионный двигатель

Поток заряженных частиц вещества, то есть ионов, излучают не только звезды. Ионизированный газ можно создать и искусственно. В обычном состоянии частицы газа электрически нейтральны, но, когда его атомы или молекулы теряют электроны, они превращаются в ионы. В общей своей массе такой газ все еще не имеет электрического заряда, но его отдельные частицы становятся заряженными, а значит, могут двигаться в магнитном поле.

В ионном двигателе инертный газ (обычно используется ксенон) ионизируется с помощью потока высокоэнергетических электронов. Они выбивают электроны из атомов, и те приобретают положительный заряд. Далее получившиеся ионы ускоряются в электростатическом поле до скоростей порядка 200 км/с, что в 50 раз больше, чем скорость истекания газа из химических реактивных двигателей. Тем не менее современные ионные двигатели обладают очень маленькой тягой – около 50–100 миллиньютонов. Такой двигатель не смог бы даже сдвинуться со стола. Но у него есть серьезный плюс.

Большой удельный импульс позволяет значительно сократить расходы топлива в двигателе. Для ионизации газа используется энергия, полученная от солнечных батарей, поэтому ионный двигатель способен работать очень долго – до трех лет без перерыва. За такой срок он успеет разогнать космический аппарат до скоростей, которые химическим двигателям и не снились.

Ионные двигатели уже не раз бороздили просторы Солнечной системы в составе различных миссий, но обычно в качестве вспомогательных, а не основных. Сегодня как о возможной альтернативе ионным двигателям все чаще говорят про двигатели плазменные.

Плазменный двигатель

Если степень ионизации атомов становится высокой (порядка 99%), то такое агрегатное состояние вещества называется плазмой. Достичь состояния плазмы можно лишь при высоких температурах, поэтому в плазменных двигателях ионизированный газ разогревается до нескольких миллионов градусов. Разогрев осуществляется с помощью внешнего источника энергии – солнечных батарей или, что более реально, небольшого ядерного реактора.

Горячая плазма затем выбрасывается через сопло ракеты, создавая тягу в десятки раз большую, чем в ионном двигателе. Одним из примеров плазменного двигателя является проект VASIMR, который развивается еще с 70-х годов прошлого века. В отличие от ионных двигателей, плазменные в космосе еще испытаны не были, но с ними связывают большие надежды. Именно плазменный двигатель VASIMR является одним из основных кандидатов для пилотируемых полетов на Марс.

Термоядерный двигатель

Укротить энергию термоядерного синтеза люди пытаются с середины ХХ века, но пока что сделать это так и не удалось. Тем не менее управляемый термоядерный синтез все равно очень привлекателен, ведь это источник громадной энергии, получаемой из весьма дешевого топлива – изотопов гелия и водорода.

В настоящий момент существует несколько проектов конструкции реактивного двигателя на энергии термоядерного синтеза. Самой перспективной из них считается модель на основе реактора с магнитным удержанием плазмы. Термоядерный реактор в таком двигателе будет представлять собой негерметичную цилиндрическую камеру размером 100–300 метров в длину и 1–3 метра в диаметре. В камеру должно подаваться топливо в виде высокотемпературной плазмы, которая при достаточном давлении вступает в реакцию ядерного синтеза. Располагающиеся вокруг камеры катушки магнитной системы должны удерживать эту плазму от контакта с оборудованием.

Зона термоядерной реакции располагается вдоль оси такого цилиндра. С помощью магнитных полей экстремально горячая плазма проистекает через сопло реактора, создавая огромную тягу, во много раз большую, чем у химических двигателей.

Двигатель на антиматерии

Все окружающее нас вещество состоит из фермионов – элементарных частиц с полуцелым спином. Это, к примеру, кварки, из которых состоят протоны и нейтроны в атомных ядрах, а также электроны. При этом у каждого фермиона есть своя античастица. Для электрона таковой выступает позитрон, для кварка – антикварк.

Античастицы имеют ту же массу и тот же спин, что и их обычные "товарищи", отличаясь знаком всех остальных квантовых параметров. Теоретически античастицы способны составлять антивещество, но до сих пор нигде во Вселенной антивещество зарегистрировано не было. Для фундаментальной науки является большим вопросом, почему его нет.

Но в лабораторных условиях можно получить некоторое количество антивещества. К примеру, недавно был проведен эксперимент по сравнению свойств протонов и антипротонов, которые хранились в магнитной ловушке.

При встрече антивещества и обычного вещества происходит процесс взаимной аннигиляции, сопровождаемый выплеском колоссальной энергии. Так, если взять по килограмму вещества и антивещества, то количество выделенной при их встрече энергии будет сопоставимо со взрывом "Царь-бомбы" – самой мощной водородной бомбы в истории человечества.

Причем значительная часть энергии при этом выделится в виде фотонов электромагнитного излучения. Соответственно, возникает желание использовать эту энергию для космических перемещений путем создания фотонного двигателя, похожего на солнечный парус, только в данном случае свет будет генерироваться внутренним источником.

Но чтобы эффективно использовать излучение в реактивном двигателе, необходимо решить задачу создания "зеркала", которое было бы способно эти фотоны отразить. Ведь кораблю каким-то образом надо оттолкнуться, чтобы создать тягу.

Никакой современный материал попросту не выдержит рожденного в случае подобного взрыва излучения и моментально испарится. В своих фантастических романах братья Стругацкие решили эту проблему путем создания "абсолютного отражателя". В реальной жизни ничего подобного пока сделать не удалось. Эта задача, как и вопросы создания большого количества антивещества и его длительного хранения, – дело физики будущего.

Что произошло? Много чего, в том числе война во Вьетнаме, Уотергейтский скандал и т. п. Но если посмотреть в корень и избавиться от всего временного и несущественного, выяснится, что причина на самом деле одна: деньги.

Иногда мы забываем, что космические путешествия - дело очень дорогостоящее. Выведение всего одного фунта чего угодно на околоземную орбиту стоит 10 000 долларов. Представьте себе статую Джона Гленна из чистого золота в натуральную величину - и вы получите некоторое представление о стоимости подобных проектов. Полет на Луну потребовал бы около 100 000 долларов за фунт полезного груза. А полет к Марсу обошелся бы в 1 млн долларов за фунт (приблизительно на вес бриллиантов).

Тогда, в 1960-х, вопрос цены практически не рассматривался: все покрывало общее воодушевление и нарастание космической гонки с русскими. Зрелищные достижения храбрых астронавтов скрадывали цену космических полетов, тем более что обе стороны готовы были на многое, чтобы поддержать национальную честь. Но даже сверхдержавам не под силу нести такой груз в течение многих десятилетий.

Грустно это все! Прошло уже больше 300 лет с тех пор, как сэр Исаак Ньютон впервые записал законы движения, а мы по-прежнему находимся в плену простых вычислений. Чтобы закинуть объект на околоземную орбиту, его необходимо разогнать до скорости 7, 9 км/сек. Чтобы отправить объект в межпланетное путешествие и вывести за пределы действия поля тяготения Земли, надо придать ему скорость 11, 2 км/с (А чтобы достичь этой волшебной цифры - 11, 2 км/с, мы должны воспользоваться третьим законом динамики Ньютона: каждое действие порождает равное противодействие. Это означает, что ракета может ускоряться, выбрасывая в противоположном направлении раскаленные газы, примерно так же, как летает по комнате шарик, если надуть его и отпустить клапан.) Так что рассчитать стоимость космических путешествий по законам Ньютона совсем несложно. Не существует ни одного закона природы (ни физического, ни инженерного), который бы запрещал нам исследовать Солнечную систему; все дело в стоимости.

Но этого мало. Ракета должна нести на себе топливо, что существенно увеличивает ее нагрузку. Самолеты могут отчасти обойти эту проблему, захватывая кислород из атмосферы и направляя в двигатели. Но в космосе нет воздуха, и ракета должна нести с собой весь свой кислород и водород.

Помимо того, что данный факт делает космические путешествия весьма дорогим удовольствием, он является главной причиной того, что у нас нет ракетных ранцев и летающих автомобилей. Писатели-фантасты (но неученые) любят расписывать день, когда все мы наденем ракетные ранцы и полетим на работу - или отправимся на воскресный пикник на семейной летающей машине. Люди часто испытывают разочарование в футуристах, потому что их предсказания никогда не сбываются. (Именно поэтому вокруг так много статей и книг с циничными названиями вроде «Где мой ракетный ранец?».) Но чтобы понять причину, достаточно провести простое вычисление. Ракетные ранцы существуют; более того, нацисты даже пытались использовать их во время Второй мировой войны. Но перекись водорода, обычное в таких случаях топливо, быстро заканчивается, так что средний полет на ракетном ранце длится всего несколько минут. Точно так же летающие автомобили с вертолетными винтами сжигают жуткое количество топлива, что делает их слишком дорогими для обычного человека.

Конец лунной программы

Именно заоблачные цены на космические путешествия виной тому, что в настоящее время будущее пилотируемой космонавтики представляется настолько неопределенным. Джордж Буш, будучи президентом, в 2004 г. представил ясный, но довольно амбициозный проект космической программы. Во-первых, космический челнок Space Shuttle предполагалось отправить в отставку в 2010 г., а к 2015 г. заменить новой ракетной системой под названием Constellation («Созвездие») . Во-вторых, к 2020 г. предполагалось вернуться на Луну и со временем основать на спутнике нашей планеты постоянную обитаемую базу. В-третьих, все это должно было проложить дорогу к пилотируемому полету на Марс.

Однако даже за время после выдвижения плана Буша экономика космонавтики существенно изменилась, в основном из-за того, что Великая рецессия опустошила кошелек будущих космических путешествий. В докладе Комиссии Огастина, представленном в 2009 г. президенту Бараку Обаме, говорится, что при доступном уровне финансирования первоначальная программа невыполнима. В 2010 г. президент Обама осуществил соответствующие практические шаги, закрыв одновременно и программу Space Shuttle, и разработку замены для космических челноков, которая должна была подготовить почву для возвращения на Луну. В ближайшее время NASA, не имея собственных ракет для отправки наших астронавтов в космос, вынужденно будет полагаться на русских. С другой стороны, такая ситуация стимулирует усилия частных компаний по созданию ракет, необходимых для продолжения пилотируемой космической программы. NASA, отказавшись от своего славного прошлого, уже никогда не будет строить ракеты для пилотируемой программы . Сторонники плана Обамы говорят, что он означает начало новой эры освоения космоса, где верх возьмет частная инициатива. Критики говорят, что реализация этого плана превратит NASA в «агентство без цели».

Посадка на астероид

В докладе Комиссии Огастина предлагался так называемый гибкий путь, включающий несколько достаточно скромных целей, не требующих безумного расхода ракетного топлива: к примеру, это путешествие к недалекому астероиду, которому случится пролететь мимо Земли, или путешествие к лунам Марса. В докладе указывалось, что астероид-цель может пока просто отсутствовать на наших картах: быть может, это неизвестное блуждающее тело, которое предстоит открыть в ближайшем будущем.

Проблема, указывалось в докладе Комиссии, состоит в том, что ракетное топливо для посадки на Луну, и особенно на Марс, а также на взлет и возвращение окажется чрезмерно дорогим. Но поскольку гравитационное поле на астероиде и спутниках Марса очень слабое, топлива потребуется во много раз меньше. В докладе Огастина упоминалась также возможность посещения точек Лагранжа, т. е. таких мест в открытом космосе, где гравитационное притяжение Земли и Луны взаимно компенсируются. (Вполне возможно, что эти точки служат космической свалкой, где скапливается с древнейших времен весь мусор, собранный Солнечной системой и попавший в окрестности Земли; астронавты могли бы найти там интересные камни, датируемые временем формирования системы Земля-Луна.)

Действительно, посадка на астероид - задача недорогая, поскольку астероиды обладают чрезвычайно слабым гравитационным полем. (В этом также заключается причина того, что астероиды, как правило, не округлы, а отличаются неправильной формой. Все крупные объекты во Вселенной - звезды, планеты и спутники - круглы, потому что сила тяготения равномерно стягивает их к центру. Любая неправильность формы планеты постепенно сглаживается. Но сила тяжести на астероиде настолько слаба, что не может сжать астероид в шар.)

Одна из возможных целей такого полета - астероид Апофис, который в 2029 г. должен пройти угрожающе близко к Земле. Эта каменная глыба около 300 м в поперечнике, размером с большое футбольное поле, пройдет так близко к планете, что оставит снаружи некоторые из наших искусственных спутников. От взаимодействия с нашей планетой орбита астероида изменится, и если не повезет, в 2036 г. он может вновь вернуться к Земле; существует даже крошечный шанс (1 из 100 000), что он по возвращении попадет в Землю. Если бы такое действительно произошло, мощность удара равнялась бы 100 000 хиросимских бомб; при этом огненные смерчи, ударные волны и раскаленные обломки могли бы полностью опустошить территорию размером с Францию. (Для сравнения: гораздо менее крупный объект, размером, вероятно, с многоквартирный дом, упал в районе сибирской реки Подкаменная Тунгуска в 1908 г. и, взорвавшись с силой одной тысячи хиросимских бомб, повалил 2500 км 2 леса. Ударная волна от этого взрыва чувствовалась на расстоянии нескольких тысяч километров. Кроме того, падение породило необычное свечение неба над Азией и Европой, так что в Лондоне ночью на улице можно было читать газету.)

Визит к Апофису не окажется слишком тяжким грузом для бюджета NASA, поскольку астероид так и так должен пролететь совсем рядом , но посадка на него может оказаться проблемой. Из-за слабого гравитационного поля астероида корабль должен будет не сесть на него в традиционном смысле, а скорее пристыковаться. Кроме того, он вращается неравномерно, так что перед посадкой необходимо будет произвести точные измерения всех параметров. Вообще, интересно было бы посмотреть, насколько твердым является астероид. Некоторые ученые полагают, что он может оказаться просто кучей камней, которые удерживает вместе слабое поле тяготения; другие считают его твердым. В один прекрасный день знания о плотности астероидов могут оказаться жизненно важными для человечества; не исключено, что когда-нибудь нам придется дробить астероид на куски при помощи ядерного оружия. Если летящая в космическом пространстве каменная глыба, вместо того чтобы рассыпаться в порошок, расколется на несколько крупных кусков, их падение на Землю может оказаться даже опаснее, чем падение астероида целиком. Может быть, лучше будет подтолкнуть астероид слегка изменить его орбиту раньше, чем он сможет подлететь близко к Земле.

Приземление на спутник Марса

Хотя Комиссия Огастина не рекомендовала к реализации проект, связанный с пилотируемым полетом на Марс, у нас остается другая очень интересная возможность - отправить астронавтов на спутники Марса, Фобос и Деймос. Эти спутники намного меньше земной Луны и поэтому так же, как и астероиды, обладают очень слабым гравитационным полем. Помимо относительной дешевизны, у визита на спутник Марса имеется еще несколько преимуществ:

1. Во-первых, эти спутники можно было бы использовать как временные космические станции. С них можно без особых затрат анализировать планету, не опускаясь на ее поверхность.

2. Во-вторых, когда-нибудь они могут пригодиться как промежуточная ступень для экспедиции на Марс. От Фобоса до центра Красной планеты меньше 10 000 км, так что оттуда можно всего за несколько часов слетать вниз.

3. Вероятно, в этих спутниках имеются пещеры, которые можно было бы использовать для организации постоянной обитаемой базы и для защиты ее от метеоритов и космического излучения. На Фобосе, в частности, имеется громадный кратер Стикни; вероятно, это след удара громадного метеорита, едва не расколовшего спутник. Однако постепенно сила тяжести вновь собрала обломки воедино и восстановила спутник. Быть может, после этого давнего столкновения на Фобосе осталось множество пещер и трещин.

Возвращение на Луну

В докладе Огастина говорится и о новой экспедиции на Луну, но только в том случае, если финансирование космических программ будет увеличено и если на десять следующих лет на эту программу будет выделено по крайней мере 30 млрд долларов дополнительно. Поскольку это весьма маловероятно, лунную программу, по существу, можно считать закрытой, по крайней мере на ближайшие годы.

Отмененная лунная программа, носившая название Constellation, включала несколько основных компонент. Во-первых, это ракета-носитель «Арес V», первый сверхтяжелый носитель США после отставки «Сатурна» в начале 1970-х гг. Во-вторых, тяжелая ракета «Арес I» и корабль «Орион», способный нести шестерых астронавтов к околоземной космической станции или четверых - к Луне. И, наконец, посадочный модуль «Альтаир», который, собственно, и должен был опускаться на поверхность Луны.

У конструкционной схемы шаттла, где корабль крепился на боку, было несколько существенных недостатков, в том числе и тенденция носителя терять в процессе полета куски теплоизолирующей пены. Для корабля «Колумбия» это обернулось катастрофой: он сгорел при возвращении на землю, унеся с собой семерых храбрых астронавтов, - и все потому, что во время старта кусок пеноизоляции, оторвавшийся от внешнего топливного бака, угодил в кромку крыла и пробил в ней дыру. При входе в атмосферу горячие газы ворвались в корпус «Колумбии», убили всех внутри и вызвали разрушение корабля . В проекте Constellation, где обитаемый модуль предполагалось разместить непосредственно на верхушке ракеты, такой проблемы бы не возникло.

Пресса окрестила проект Constellation «программой Apollo на стероидах» - очень уж он напоминал лунную программу 1970-х гг. Длина ракеты «Арес I» должна была составить почти 100 м против 112, 5 м у «Сатурна V». Предполагалось, что эта ракета будет выводить в космос пилотируемый корабль «Орион», заменив таким образом устаревшие шаттлы. Для запуска модуля «Альтаир» и запаса топлива для полета к Луне NASA предполагало использовать ракету «Арес V» высотой 118 м, способную вывести на околоземную орбиту 188 т груза. Ракета «Арес V» должна была стать основой любой программы полета на Луну или Марс. (Хотя разработка «Ареса» прекращена, хорошо было бы сохранить из программы хоть что-нибудь для дальнейшего использования; разговоры об этом идут.)

Постоянная лунная база

Закрыв программу Constellation, президент Обама оставил открытыми несколько вариантов. Корабль «Орион», который должен был вновь доставить американских астронавтов к Луне и обратно, стали считать спасательным средством для Международной космической станции . Возможно, в будущем, когда экономика восстановится после кризиса, какая-нибудь другая администрация захочет вновь вернуться к лунной программе, в том числе и к проекту создания лунной базы.

Создание постоянной обитаемой базы на Луне неизбежно встретит множество препятствий. Первое из них - микрометеориты. Поскольку воздуха на Луне нет, камни с неба падают на ее поверхность беспрепятственно. В этом легко убедиться, просто взглянув на поверхность нашего спутника, сплошь испещренную следами давних столкновений с метеоритами; некоторым из них миллиарды лет.

Много лет назад, когда я учился в Университете Калифорнии в Беркли, мне довелось взглянуть на эту опасность собственными глазами. Привезенный астронавтами в начале 1970-х гг. лунный грунт произвел в научном мире настоящую сенсацию. Меня пригласили в лабораторию, где занимались анализом лунного грунта под микроскопом. Сначала я увидел камень - как мне показалось, совершенно обыкновенный камень (лунные породы очень напоминают земные), но стоило взглянуть в микроскоп… Я был потрясен! Весь камень был покрыт крошечными метеоритными кратерами, внутри которых просматривались еще более мелкие кратеры. Никогда прежде я не видел ничего подобного. Я понял, что в безатмосферном мире даже мельчайшая пылинка, ударив со скоростью больше 60 000 км/ч, легко способна убить - а если не убить, то продырявить скафандр. (Ученые представляют себе громадный ущерб, наносимый микрометеоритами, потому что они могут имитировать столкновения с ними. В лабораториях специально для изучения характера таких столкновений имеются громадные пушки, способные выстреливать металлическими шариками с громадными скоростями.)

Одно из возможных решений - построить лунную базу под поверхностью. Известно, что в древности Луна была вулканически активна, и астронавтам, возможно, удастся найти лавовую трубку, уходящую глубоко под землю. (Лавовые трубки - следы древних лавовых потоков, выгрызавших в глубине пещероподобные структуры и туннели.) В 2009 г. астрономы действительно обнаружили на Луне лавовую трубку размером с небоскреб, которая могла бы послужить основой для постоянной лунной базы.

Такая естественная пещера могла бы обеспечить астронавтам дешевую защиту от космических лучей и солнечных вспышек. Даже во время перелета с одного конца континента на другой (к примеру, из Нью-Йорка в Лос-Анджелес) мы подвергаемся действию радиации с уровнем примерно один миллибар в час (что эквивалентно рентгеновскому снимку у стоматолога). На Луне радиация может оказаться настолько сильной, что жилые помещения базы придется размещать глубоко под поверхностью. В условиях, где нет атмосферы, смертельный дождь из солнечных вспышек и космических лучей подвергнет астронавтов прямому риску преждевременного старения и даже рака.

Невесомость - тоже проблема, особенно при длительных сроках. В тренировочном центре NASA в Кливленде, штат Огайо, над астронавтами проводят различные эксперименты. Однажды я видел, как подвешенный в горизонтальном положении при помощи специальной сбруи испытуемый бегал по установленной вертикально бегущей дорожке. Ученые пытались определить выносливость субъекта в условиях невесомости.

Поговорив с врачами из NASA, я понял, что невесомость гораздо менее безобидна, чем кажется на первый взгляд. Один врач объяснил мне, что за несколько десятилетий длительные полеты американских астронавтов и русских космонавтов в условиях невесомости ясно показали: в невесомости в теле человека происходят существенные изменения, деградируют мышечные ткани, кости и сердечно-сосудистая система. Наше тело - результат миллионов лет развития в гравитационном поле Земли. В условиях продолжительного нахождения в более слабом гравитационном поле в биологических процессах происходит сбой.

Русские космонавты после примерно года в невесомости возвращаются на землю настолько слабыми, что едва могут ползти . В космосе даже при ежедневных тренировках мышцы атрофируются, кости теряют кальций, а сердечно-сосудистая система слабеет. После полета некоторым требуется на восстановление несколько месяцев, а некоторые изменения могут оказаться и необратимыми. Путешествие к Марсу может занять два года, и астронавты прилетят на место настолько ослабленными, что не смогут работать. (Одно из решений этой проблемы - закрутить межпланетный корабль, создав в нем искусственную силу тяжести. Механизм здесь тот же, что при вращении ведерка на веревке, когда вода не выливается из него даже в положении вверх дном. Но это очень дорого, потому что для поддержания вращения потребуется тяжелая и громоздкая техника , а каждый фунт дополнительного веса означает увеличение стоимости проекта на 10 000 долларов.)

Вода на Луне

Одно из недавних открытий может серьезно изменить условия лунной игры: на Луне обнаружен древний лед, оставшийся, вероятно, от давних столкновений с кометами. В 2009 г. лунный зонд NASA под названием LCROSS и его разгонный блок «Центавр» врезались в Луну в районе ее южного полюса. Скорость столкновения составила почти 2500 м/с; в результате вещество с поверхности было выброшено на высоту более километра и возник кратер около 20 м в поперечнике. Телезрители, вероятно, были немного разочарованы тем, что при столкновении не было обещанного красивого взрыва, но ученые остались довольны: столкновение получилось весьма информативным. Так, в выброшенном с поверхности веществе было обнаружено около 100 литров воды. А в 2010 г. прозвучало новое шокирующее заявление: в лунном материале вода составляет более 5 % по массе, так что на Луне, пожалуй, влаги больше, чем в некоторых районах Сахары.

Это открытие может иметь громадное значение: вполне возможно, что будущие астронавты смогут воспользоваться подлунными залежами льда для производства ракетного топлива (путем извлечения из воды водорода), для дыхания (путем получения кислорода), для защиты (поскольку вода поглощает радиацию) и для питья (естественно, в очищенном виде). Так что это открытие поможет сократить в несколько раз стоимость любой лунной программы.

Полученные результаты могут означать также, что при строительстве и в дальнейшем при снабжении базы астронавты смогут пользоваться местными ресурсами - водой и всевозможными минералами.

Середина века

(2030–2070 гг.)

Полет на Марс

В 2010 г. президент Обама, посетив Флориду, не только объявил о закрытии лунной программы, но и поддержал вместо этого полет на Марс и финансирование неопределенного пока тяжелого носителя, который сможет когда-нибудь доставить астронавтов в дальний космос, за пределы лунной орбиты. Он намекнул, что надеется дождаться дня - возможно, где-нибудь в середине 2030-х, - когда американские астронавты ступят на поверхность Марса. Некоторые астронавты, как Базз Олдрин, горячо поддержали план Обамы, причем именно потому, что Луну предлагалось пропустить. Олдрин как-то сказал мне, что, раз на Луне американцы уже были, теперь настоящим достижением будет только полет на Марс.

Из всех планет Солнечной системы только Марс кажется достаточно похожим на Землю, там могла зародиться какая-то форма жизни. (Меркурий, обжигаемый Солнцем, вероятно, слишком враждебен, чтобы на нем могла существовать жизнь, какой мы ее знаем. Газовые гиганты - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун - слишком холодны, чтобы поддерживать жизнь. Венера - во многом двойник Земли, но разгулявшийся парниковый эффект сделал условия там просто адскими: температура достигает +500 °C, состоящая в основном из углекислого газа атмосфера в 100 раз плотнее земной, а с неба дождем льет серная кислота. Попытавшись прогуляться по венерианской поверхности, вы задохнетесь и будете раздавлены насмерть, а ваши останки прожарятся и растворятся в серной кислоте.)

Марс, с другой стороны, когда-то был довольно влажной планетой. Там, как на Земле, были океаны и реки, давно исчезнувшие. Сегодня это промерзшая безжизненная пустыня. Возможно, однако, что когда-то - миллиарды лет назад - на Марсе процветала микрожизнь; не исключено даже, что и сейчас где-нибудь в горячих источниках живут бактерии.

После того как США твердо решат осуществить пилотируемую экспедицию на Марс, на ее реализацию уйдет еще 20–30 лет. Но нельзя не отметить, что и добраться до Марса человеку будет гораздо труднее, чем до Луны. Марс по сравнению с Луной - это качественный скачок сложности. До Луны можно долететь за три дня - до Марса придется добираться от полугода до года.

В июле 2009 г. ученые NASA прикинули, как может выглядеть реальная марсианская экспедиция. Около шести месяцев астронавты будут лететь к Марсу, затем проведут 18 месяцев на Красной планете, затем еще шесть месяцев уйдет на возвращение.

Всего к Марсу придется отправить около 700 т оборудования - это больше чем Международная космическая станция ценой 100 млрд долларов . Чтобы сэкономить на пище и воде, во время путешествия и работы на Марсе астронавтам придется очищать собственные продукты жизнедеятельности и использовать их для удобрения растений. На Марсе нет ни кислорода, ни почвы, ни воды, ни животных, ни растений, поэтому все придется везти с Земли. Местными ресурсами воспользоваться не удастся. Атмосфера Марса почти целиком состоит из углекислого газа, а атмосферное давление составляет всего 1 % земного. Любая прореха в скафандре будет означать быстрое падение давления и смерть.

Экспедиция будет настолько сложной, что ее придется разбить на несколько этапов. Поскольку везти топливо на обратный путь с Земли было бы слишком дорого, не исключено, что на Марс придется отправить отдельную ракету с топливом для дозаправки межпланетного аппарата. (Или, если из марсианского льда можно извлечь достаточно кислорода и водорода, можно будет использовать в качестве ракетного топлива именно их.)

Добравшись до Марса, астронавтам, вероятно, придется несколько недель адаптироваться к жизни на другой планете. Цикл дня и ночи там примерно такой же, как на Земле (марсианские сутки чуть дольше и составляют 24, 6 часов), а вот год на Марсе вдвое длиннее земного. Температура почти никогда не поднимается выше точки замерзания. Там бушуют жестокие пылевые бури. Пески на Марсе мелкие, как тальк, а пылевые бури нередко охватывают всю планету.

Терраформировать Марс?

Предположим, что к середине века астронавты побывают на Марсе и организуют там примитивную базу. Но этого мало. Вообще говоря, человечество наверняка будет всерьез рассматривать проект терраформирования Марса - превращения его в более приятную для жизни планету. Работы по этому проекту начнутся в лучшем случае в самом конце XXI века, скорее даже в начале следующего.

Уже сейчас ученые успели рассмотреть несколько способов сделать Марс более гостеприимным местом. Вероятно, простейший из них - добавить в атмосферу Красной планеты метан или другой парниковый газ. Метан - более мощный парниковый газ, чем двуокись углерода, так что метановая атмосфера будет удерживать солнечный свет и постепенно нагревать поверхность планеты. Температура поднимется выше точки замерзания. Кроме метана, в качестве вариантов рассматриваются и другие парниковые газы, такие как аммиак и фреон.

Как только температура пойдет вверх, начнет - впервые за миллиарды лет - таять вечная мерзлота, благодаря чему речные русла вновь наполнятся водой. Со временем, когда атмосфера станет более плотной, на Марсе могут вновь образоваться озера и даже океаны. В результате высвободится еще больше углекислого газа - возникнет положительная обратная связь.

В 2009 г. было обнаружено, что с поверхности Марса естественным образом выделяется метан. Источник этого газа по-прежнему остается загадкой. На Земле метан возникает в основном при гниении органических материалов, но на Марсе он может быть побочным продуктом каких-то геологических процессов. Если ученым удастся установить источник этого газа, то, может быть, удастся и увеличить его выход, а значит, изменить атмосферу планеты.

Еще одна возможность - направить в атмосферу Марса комету. Если удастся перехватить комету достаточно далеко от Солнца, даже небольшого воздействия - толчка специальным ракетным двигателем, столкновения под нужным углом с космическим аппаратом или даже просто гравитационного притяжения этого аппарата - может оказаться достаточно, чтобы нужным образом изменить орбиту космического скитальца. Кометы состоят в основном из воды, и в Солнечной системе их немало. (К примеру, ядро кометы Галлея по форме напоминает арахисовый орешек около 30 км в поперечнике и состоит в основном из льда и камня.) По мере приближения к Марсу комета начнет испытывать трение об атмосферу и потихоньку разрушаться, высвобождая воду в виде пара в атмосферу планеты.

Если подходящей кометы не найдется, можно будет задействовать вместо нее одну из ледяных лун Юпитера или, скажем, содержащий лед астероид, такой как Церера (ученые считают, что она на 20 % состоит из воды). Конечно, луну или астероид труднее будет направить в нужном нам направлении, поскольку, как правило, такие небесные тела находятся на стабильных орбитах. А дальше два варианта: можно будет оставить приведенную комету, луну или астероид на орбите Марса и позволить медленно разрушаться, высвобождая водяной пар в атмосферу, или обрушить это небесное тело на одну из полярных шапок Марса. Полярные области Красной планеты представляют собой замороженный углекислый газ, исчезающий в летние месяцы, и лед, составляющий основу и никогда не тающий. Если комета, луна или астероид упадут на ледяную шапку, высвободится громадное количество энергии и сухой лед испарится. Парниковый газ попадет в атмосферу и ускорит процесс глобального потепления на Марсе. В этом варианте также может возникнуть положительная обратная связь. Чем больше углекислого газа высвободится из приполярных областей планеты, тем выше поднимется температура и, следовательно, высвободится еще больше углекислого газа.

Еще одно предложение - взорвать на полярных ледяных шапках несколько ядерных бомб. Недостаток такого метода очевиден: не исключено, что высвобожденная вода окажется радиоактивной. Или можно попытаться построить там термоядерный реактор, который будет плавить лед приполярных областей.

Основным топливом для термоядерного реактора служит вода, а замороженной воды на Марсе достаточно.

Когда температура поднимется выше точки замерзания, на поверхности образуются мелкие водоемы, которые можно будет заселить некоторыми формами водорослей, которые на Земле прекрасно себя чувствуют в Антарктике. Атмосфера Марса, на 95 % состоящая из углекислого газа, им, вероятно, понравится. Можно также генетически модифицировать водоросли, чтобы обеспечить максимально быстрый их рост. Водоемы с водорослями ускорят терраформирование в нескольких отношениях. Во-первых, водоросли будут превращать углекислый газ в кислород. Во-вторых, они изменят цвет поверхности Марса и, соответственно, его отражательную способность. Более темная поверхность станет поглощать больше солнечного излучения. В-третьих, поскольку расти водоросли будут сами по себе, без всякой посторонней помощи, такой способ изменить обстановку на планете будет относительно дешевым. В-четвертых, водоросли можно использовать в пищу. Со временем такие озера с водорослями создадут почвенный слой и питательные вещества; этим смогут воспользоваться растения, которые еще больше ускорят выработку кислорода.

Ученые рассматривают также возможность окружить Марс спутниками, которые будут собирать солнечный свет и направлять его на поверхность планеты. Не исключено, что такие спутники даже сами по себе смогут поднять температуру на поверхности Марса до точки замерзания и выше. Как только это произойдет и начнется таяние вечной мерзлоты, дальше планета будет разогреваться сама, естественным образом.

Экономическая выгода?

Не стоит питать иллюзий и думать, что колонизация Луны и Марса сразу же принесет человечеству несчетные экономические блага. Когда Колумб в 1492 г. отплыл в Новый Свет, тем самым он открыл доступ к невиданным в истории сокровищам. Очень скоро конкистадоры начали присылать из вновь открытых мест на родину золото, награбленное у местных индейцев, в громадных количествах, а поселенцы - ценное сырье и сельскохозяйственные продукты. Затраты на экспедиции в Новый Свет более чем окупались несметными сокровищами, которые можно было там обрести.

Но колонии на Луне и Марсе - дело иное. Там нет воздуха, жидкой воды или плодородной почвы, так что все необходимое придется доставлять с Земли ракетами, а это невероятно дорого. Более того, в колонизации Луны, по крайней мере в ближайшей перспективе, нет особого военного смысла. Чтобы добраться с Земли на Луну или обратно, требуется в среднем трое суток, а ядерная война может начаться и закончиться всего часа за полтора - с момента запуска первых межконтинентальных баллистических ракет и до последних взрывов. Космическая кавалерия с Луны просто не успеет принять сколько-нибудь реальное участие в событиях на Земле. Вследствие этого Пентагон не финансирует никаких крупных программ по милитаризации Луны.

Это означает, что любые крупномасштабные операции по освоению иных миров будут направлены на благо не Земли, а новых космических колоний. Колонистам придется добывать металлы и другие полезные ископаемые для собственных нужд, поскольку возить их с Земли (да и на Землю тоже) слишком дорого. Добыча полезных ископаемых в поясе астероидов станет экономически выгодной только при наличии самодостаточных колоний, которые смогут сами использовать добытые материалы, а это произойдет в лучшем случае в самом конце этого столетия или, что более вероятно, позже.

Космический туризм

Но когда обычный гражданский человек сможет полететь в космос? Некоторые ученые, такие как покойный Джерард О’Нейл(Gerard O’Neill) из Принстонского университета, мечтали о космической колонии в виде гигантского колеса, где разместятся жилые отсеки, фабрики по очищению воды, отсеки для регенерации воздуха и т. п. Смысл подобных станций - в решении проблемы перенаселения. Однако в XXI веке мысль о том, что космические колонии могут решить или хотя бы облегчить эту проблему, по-прежнему останется фантазией. Для большинства представителей человечества Земля будет единственным домом еще по крайней мере на 100–200 лет.

Однако существует все же способ, при помощи которого обычный человек может в самом деле полететь в космос: в качестве туриста. Нашлись предприниматели, которые критикуют NASA за страшную неэффективность и бюрократию и готовы сами вложить деньги в космическую технику, считая, что рыночные механизмы помогут частным инвесторам снизить стоимость космических путешествий. Берт Рутан (Burt Rutan) и его инвесторы уже выиграли 4 октября 2004 г. приз Ansari X Prize в 10 млн долларов, запустив свой SpaceShipOne дважды в течение двух недель на высоту чуть больше 100 км над поверхностью земли. SpaceShipOne - первый ракетный корабль, успешно совершивший путешествие в космос на частные деньги. Его разработка обошлась примерно в 25 млн долларов. Поручителем при получении кредитов выступил миллиардер из Microsoft Пол Аллен (Paul Allen).

В настоящее время почти готов космический корабль SpaceShipTwo. Рутан считает, что очень скоро можно будет начать испытания, после завершения которых коммерческий космический корабль станет реальностью. Миллиардер Ричард Брэнсон из Virgin Atlantic создал компанию Virgin Galactic с космодромом в Нью-Мексико и длинным списком людей, готовых потратить 200 000 долларов на реализацию давней мечты о полете в космос. Virgin Galactic, которая станет, вероятно, первой крупной компанией, предлагающей коммерческие полеты в космос, уже заказала пять кораблей SpaceShipTwo. Если все пойдет, как планируется, стоимость космического путешествия упадет раз в десять.

На SpaceShipTwo использовано несколько способов сэкономить. Вместо того чтобы использовать громадные ракеты-носители, призванные закидывать полезный груз в космос непосредственно с Земли, Рутан помещает свой космический корабль на самолет и разгоняет при помощи обычных атмосферных реактивных двигателей. При этом в пределах атмосферы используется кислород. Затем на высоте около 16 км над землей корабль отделяется от самолета и включает собственные реактивные двигатели. Выйти на околоземную орбиту корабль не может, но имеющегося на нем запаса топлива хватает, чтобы подняться на 100 с лишним километров над поверхностью земли - туда, где почти нет атмосферы и где пассажиры могут увидеть, как небо постепенно становится черным. Двигатели способны разогнать корабль до скорости, соответствующей М=3, т. е. до трехкратной скорости звука (около 3500 км/ч). Этого, конечно, недостаточно, чтобы вывести его на орбиту (здесь, как уже говорилось, нужна скорость не менее 28 500 км/ч, что соответствует 7, 9 км/с), но для доставки пассажиров на кромку земной атмосферы и открытого космоса хватит. Вполне возможно, что в самом ближайшем будущем туристический полет в космос будет стоить не больше, чем сафари по Африке.

(Однако чтобы облететь вокруг Земли, вам придется заплатить гораздо больше и совершить полет на борт космической станции. Я однажды спросил миллиардера из Microsoft Чарльза Симоньи, в какую сумму обошелся ему билет на МКС. В сообщениях прессы мелькала цифра 20 млн долларов. Он ответил, что не хотел бы называть точную сумму, но что газетные отчеты ошибаются не сильно. Ему так понравилось в космосе, что немного позже он слетал на станцию еще раз. Так что космический туризм, даже в недалеком будущем, останется привилегией людей весьма состоятельных.)

В сентябре 2010 г. космический туризм получил дополнительный стимул в лице корпорации Boeing, которая объявила о своем выходе на этот рынок и запланировала первые полеты для космических туристов уже на 2015 г. Это вполне соответствовало бы планам президента Обамы передать пилотируемую космонавтику в частные руки. План Boeing предусматривает запуски к Международной космической станции с космодрома на мысе Канаверал капсулы с четырьмя членами экипажа и тремя свободными местами для космических туристов. Однако Boeing достаточно прямо высказался о финансировании частных космических проектов: большую часть денег придется заплатить налогоплательщикам. «Это ненадежный рынок, - говорит Джон Элбон (John Elbon), руководитель программы коммерческих космических запусков. - Если бы нам при всех имеющихся факторах риска пришлось рассчитывать только на средства Boeing, мы не сумели бы успешно завершить дело».

Темные лошадки

Чрезвычайно высокая стоимость космических путешествий сдерживает и коммерческий, и научный прогресс, так что человечество в настоящий момент нуждается в совершенно новой, революционной технологии. К середине века ученые и инженеры должны довести до ума новые ракеты-носители, чтобы снизить стоимость запусков.

Физик Фримен Дайсон выделил среди множества предложений несколько технологий, которые в данный момент проходят стадию эксперимента, но когда-нибудь, возможно, сделают космос доступным даже для обычного человека. Ни одно из этих предложений не гарантирует успеха, но в случае удачи стоимость доставки грузов в космос резко упадет. Первое из этих предложений - лазерные системы реактивной тяги: мощный лазерный луч от внешнего источника (к примеру, с Земли) направляется на основание ракеты, где вызывает мини-взрыв, ударная волна которого и приводит ракету в движение. Стабильный поток лазерных импульсов испаряет воду, и получившийся пар толкает ракету в космос. Главное преимущество лазерного реактивного двигателя состоит в том, что энергия для него поступает из внешнего источника - со стационарного лазера. Лазерная ракета по существу не несет топлива. (В противовес этому химические ракеты значительную часть энергии тратят на подъем и транспортировку топлива для своих же двигателей.)

Технология лазерного реактивного движения уже была продемонстрирована в лаборатории, где в 1997 г. прошла успешные испытания модели. Лейк Мирабо (Leik Mirabo) из Ренсселеровского политехнического института в Нью-Йорке создал рабочий прототип подобной ракеты и назвал его демонстратором технологии светокорабля. Одна из первых его летающих моделей весила 50 граммов и представляла собой «тарелку» диаметром около 15 см. Лазер мощностью 10 кВт генерировал серию лазерных взрывов в основании ракеты; воздушные ударные волны разгоняли ее с ускорением 2 g (что вдвое превосходит ускорение свободного падения на Земле и составляет примерно 19, 6 м/с 2) и звуками, напоминающими автоматные очереди. Светоракеты Мирабо поднимались в воздух более чем на 30 м (что примерно соответствует первым жидкостным ракетам Роберта Годдарда в 1930-х гг.).

Дайсон мечтает о том дне, когда лазерные системы реактивной тяги смогут выводить на орбиту Земли тяжелые грузы по цене всего пять долларов за фунт, что, безусловно, стало бы настоящей революцией в космической отрасли. Он представляет себе гигантский 1000-мегаваттный (что соответствует мощности стандартного атомного энергоблока) лазер, способный вытолкнуть на орбиту двухтонную ракету, состоящую из полезного груза и бака с водой в основании. Вода медленно просачивается сквозь крохотные поры в нижней стенке бака. И полезный груз, и бак весят по тонне. Когда лазерный луч падает на днище ракеты, вода мгновенно испаряется, порождая серию ударных волн, которые толкают ракету в космос. Ракета достигает ускорения 3 g и через шесть минут выходит на околоземную орбиту.

Поскольку сама ракета топлива не несет, отсутствует и опасность катастрофического взрыва носителя. Для химических ракет даже сегодня, через 50 лет после Первого спутника, вероятность отказа составляет около 1 %. И отказы эти, как правило, смотрятся очень впечатляюще - кислород и водород взрываются гигантскими огненными шарами, а обломки дождем сыплются на стартовую площадку. Лазерная система, напротив, проста, безопасна и может использоваться не один раз с очень небольшими промежутками; нужны для ее работы только вода и лазер.

Более того, со временем эта система окупится. Если с ее помощью запускать по полмиллиона космических аппаратов в год, плата за запуск легко перекроет и операционные расходы, и стоимость разработки и строительства. Дайсон, однако, понимает, что до реализации этой мечты должно пройти еще не одно десятилетие. На фундаментальные исследования в области мощных лазеров потребуется гораздо больше денег, чем в состоянии выделить любой университет. Если финансирование разработки не возьмет на себя правительство или какая-нибудь крупная корпорация, лазерные системы реактивной тяги никогда не будут построены.

Здесь могла бы оказаться очень кстати премия фондах Prize. Я однажды беседовал с Питером Диамандисом, основавшим его в 1996 г., и убедился, что он прекрасно сознает ограниченность химических ракет. Даже со SpaceShipTwo, признался он мне, мы столкнулись с тем, что химические ракеты - это очень дорогой способ убежать от действия земного тяготения. Вследствие этого следующая премия X Prize достанется тому, кто сумеет создать ракету, движимую лучом энергии. (Но вместо лазерного луча здесь предполагается использовать другой, похожий на лазерный пучок электромагнитной энергии - микроволновой луч.)

Шумиха вокруг премии и сама многомиллионная награда, возможно, окажутся достаточными приманками для разжигания интереса к проблеме нехимических ракет, таких как микроволновая ракета, среди предпринимателей и изобретателей.

Существуют и другие экспериментальные ракетные конструкции, но их разработка сопряжена с иными рисками. Один из вариантов - газовая пушка, выстреливающая из громадного ствола некие снаряды, - что-то вроде снаряда в романе Жюля Верна «С Земли на Луну». Снаряд Верна, однако, не долетел бы до Луны, потому что порох не в состоянии разогнать его до скорости 11 км/с, необходимой для выхода из поля притяжения Земли. В газовой пушке вместо пороха снаряды с огромной скоростью будет выталкивать газ, сжатый под большим давлением в длинной трубке. Покойный Абрахам Герцберг (Abraham Hertzberg) из Университета Вашингтона в Сиэтле построил прототип такой пушки диаметром около 10 см и длиной около 10 м. Газ внутри пушки представляет собой смесь метана и воздуха, сжатую до 25 атмосфер. Газ поджигается, и снаряд разгоняется в стволе с ускорением 30 000 g, при котором большинство металлических предметов расплющиваются.

Герцберг доказал, что газовая пушка может работать. Но чтобы закинуть снаряд в космос, ствол ее должен быть гораздо длиннее, около 230 м; кроме того, вдоль траектории разгона в стволе пушки должны работать разные газы. Чтобы полезный груз набрал первую космическую скорость, в стволе необходимо организовать пять участков с разными рабочими газами.

Стоимость запуска из газовой пушки может оказаться даже ниже, чем при помощи лазерной системы. Однако запускать таким образом в космос пилотируемые аппараты слишком опасно: только твердый груз способен выдержать интенсивное ускорение в стволе.

Третья экспериментальная конструкция - «слингатрон», который, подобно праще, должен раскручивать груз, а затем выбрасывать его в воздух.

Прототип этого устройства был построен Дереком Тидманом (Derek Tidman); его настольная модель способна за несколько секунд раскрутить предмет и бросить его со скоростью до 100 м/с. Прототип слингатрона представляет собой трубку в виде бублика диаметром около метра. Сама трубка имеет диаметр около 2, 5 см и содержит небольшой стальной шарик. Шарик катается по кольцевой трубке, а небольшие моторчики подталкивают его и заставляют разгоняться.

Настоящий слингатрон, задачей которого будет забрасывать грузы на околоземную орбиту, должен быть значительно больше по размеру - диаметром около сотни километров; кроме того, он должен накачивать в шар энергию до тех пор, пока тот не разгонится до 11, 2 км/с. Шар будет вылетать из слингатрона с ускорением в 1000 g, что тоже очень много. Далеко не каждый груз сможет выдержать такое ускорение. Прежде чем будет построен настоящий слингатрон, предстоит решить множество технических проблем, самая важная из которых - минимизировать трение между шаром и трубкой.

На доработку каждого из трех названных проектов даже в самом лучшем случае уйдет не один десяток лет, и то только если финансирование возьмет на себя правительство или частный бизнес. В противном случае эти прототипы навсегда останутся на столах своих изобретателей.

Далекое будущее

(2070–2100 гг.)

Космический лифт

Не исключено, что к концу текущего века развитие нанотехнологий сделает возможным даже знаменитый космический лифт. Человек, подобно Джеку на бобовом стебле, сможет подняться по нему до облаков и выше. Мы будем входить в лифт, нажимать кнопку «вверх» и подниматься по волокну, представляющему собой углеродную нанотрубку длиной в тысячи километров. Понятно, что такая новинка могла бы перевернуть экономику космических путешествий и поставить все с ног на голову.

В 1895 г. русский физик Константин Циолковский, вдохновленный строительством Эйфелевой башни - самого высокого на тот момент сооружения в мире, задал себе простой вопрос: почему нельзя построить такую башню высотой до космоса? Если она будет достаточно высока, подсчитал он, она, согласно законам физики, никогда не упадет. Он назвал такую конструкцию «небесным дворцом».

Представьте себе шарик. Если вы начнете крутить его на веревочке, то центробежной силы будет вполне достаточно, чтобы удержать шарик от падения. Точно так же, если трос будет достаточно длинным, то центробежная сила удержит груз, закрепленный на его конце, от падения на землю. Вращения Земли будет достаточно, чтобы удержать трос в небе. Как только трос космического лифта протянется в небеса, любое транспортное средство, способное передвигаться по нему, сможет спокойно выехать в космос.

На бумаге такой фокус, похоже, работает. Но, к несчастью, если вы попробуете применить ньютоновы законы движения и рассчитать по ним натяжение троса, то окажется, что это натяжение превышает прочность стали: любой трос просто порвется, что делает космический лифт невозможным.

На протяжении многих лет и даже десятилетий идея космического лифта то забывалась, то снова обсуждалась, чтобы в очередной раз быть отвергнутой по той же причине. В 1957 г. русский ученый Юрий Арцутанов предложил свой вариант проекта, по которому строить лифт предполагалось не снизу вверх, а наоборот, сверху вниз. Предлагалось послать на орбиту космический корабль, который затем спустит оттуда трос; на земле его останется лишь закрепить. Фантасты тоже приложили руку к популяризации этого проекта. Артур Кларк вывел космический лифт в своем романе 1979 г. «Фонтаны рая», а Роберт Хайнлайн - в романе 1982 г. «Фрида».

Углеродные нанотрубки вновь возродили эту идею. Как мы уже видели, они обладают самой большой прочностью из всех известных материалов. Они прочнее стали, и потенциально по прочности нанотрубки могли бы противостоять нагрузкам, возникающим в конструкции космического лифта.

Проблема, однако, в том, чтобы создать трос из чистых углеродных нанотрубок длиной 80 000 км . Это невероятно сложная задача, ведь до сих пор ученым удалось получить в лаборатории лишь несколько сантиметров чистой углеродной нанотрубки. Можно, конечно, свить вместе миллиарды нановолокон, но эти волокна не будут цельными. Задача в том, чтобы создать длинную нанотрубку, в которой каждый атом углерода будет находиться строго на своем месте.

В 2009 г. ученые из Университета Райса объявили о важном открытии: полученные волокна не чистые, а композитные, но ими разработана достаточно гибкая технология, позволяющая создавать углеродные нанотрубки любой длины. Методом проб и ошибок исследователи обнаружили, что углеродные нанотрубки можно растворить в хлоросульфоновой кислоте, а затем выдавливать из носика, как из шприца. Таким методом можно изготовить волокно из углеродных нанотрубок любой длины, а толщина его составляет 50 микрон.

Одно из коммерческих применений волокна из углеродных нанотрубок - линии электропередач, ведь нанотрубки лучше меди проводят электричество, они легче и прочнее. Профессор инженерных дисциплин из Университета Райса Маттео Паскуали (Matteo Pasquali) говорит: «Для линий электропередач такого волокна требуются тонны, а способа сделать его пока нет. Нужно придумать всего одно чудо».

Хотя полученные волокна недостаточно чисты и не годятся для космического лифта, эти исследования позволяют надеяться, что когда-нибудь мы научимся выращивать чистые углеродные нанотрубки, достаточно прочные, чтобы поднять нас в небеса.

Но даже если предположить, что проблема производства длинных нанотрубок будет решена, перед учеными встанут другие практические проблемы. К примеру, трос космического лифта должен будет подняться гораздо выше орбит большинства спутников. Это значит, что орбита какого-нибудь спутника когда-нибудь непременно пересечется с трассой космического лифта и вызовет аварию. Поскольку низкие спутники летают со скоростью 7–8 км/с, столкновение может оказаться катастрофическим. Из этого следует, что лифт придется оснащать специальными ракетными двигателями, которые будут отодвигать трос лифта с пути пролетающих спутников и космических обломков.

Еще одна проблема - погода, т. е. ураганы, грозы и сильные ветра. Космический лифт необходимо закрепить на земле, может быть, на авианосце или нефтяной платформе в Тихом океане, но, чтобы не пострадать от разгула стихий, он должен быть гибким.

Кроме того, в кабине должна быть тревожная кнопка и спасательная капсула на случай обрыва троса. Если с тросом что-нибудь произойдет, кабинка лифта должна спланировать или опуститься на парашюте на землю, чтобы спасти пассажиров.

Чтобы ускорить начало исследований в области космических лифтов, NASA объявило несколько конкурсов. На Гонках космических лифтов под эгидой NASA разыгрываются призы на общую сумму 2 млн долларов. По правилам, чтобы выиграть конкурс лифтов, работающих за счет переданной по лучу энергии, следует построить устройство массой не более 50 кг, способное забраться по тросу на высоту 1 км со скоростью 2 м/с. Сложность в том, что это устройство не должно иметь топлива, батарей или электрического кабеля. Энергия для его движения должна передаваться с Земли по лучу.

Я своими глазами видел энтузиазм и энергию инженеров, которые работают над космическим лифтом и мечтают завоевать приз. Я даже летал в Сиэтл, чтобы встретиться с молодыми предприимчивыми инженерами группы под названием LaserMotive. Услышав «песню сирен» - призыв NASA, они взялись за разработку прототипов устройства, которое, вполне возможно, станет сердцем космического лифта.

Я вошел в большой ангар, арендованный молодыми людьми для испытаний. В одном конце ангара я увидел большой лазер, способный излучать мощный энергетический луч. В другом находился собственно космический лифт. Это был ящик около метра шириной с большим зеркалом. Зеркало отражало попавший на него лазерный луч на целую батарею солнечных элементов, превращавших его энергию в электричество. Электричество поступало на двигатель, и кабинка лифта медленно ползла вверх по короткому тросу. При таком устройстве кабинке с электрическим двигателем не нужно тащить за собой электрический кабель. Достаточно направить на нее лазерный луч с земли, и лифт сам собой поползет по тросу.

Лазер в ангаре был настолько мощным, что людям во время его работы приходилось защищать глаза специальными очками. После множества попыток молодым людям удалось наконец заставить свою машину ползти вверх. Один аспект проблемы космического лифта был решен, по крайней мере в теории.

Первоначально задание было таким сложным, что никто из участников не сумел его выполнить и завоевать обещанный приз. Однако в 2009 г. LaserMotive получила-таки приз. Состязания проходили на авиабазе Эдвардс в калифорнийской пустыне Мохаве. Вертолет с длинным тросом висел над пустыней, а устройства участников пытались по этому тросу подняться. Лифт команды LaserMotive сумел это сделать четырежды за два дня; лучшее показанное им время составило 228 секунд. Так что труды молодых инженеров, которые я наблюдал в том ангаре, принесли плоды.

Звездолеты

К концу этого столетия на Марсе и, возможно, где-нибудь в поясе астероидов, скорее всего, появятся научные станции, несмотря даже на нынешний кризис финансирования пилотируемой космонавтики. Следующей в очереди будет уже настоящая звезда. Сегодня межзвездный зонд был бы совершенно безнадежной затеей, но через сто лет ситуация может измениться.

Чтобы идея межзвездных путешествий стала реальностью, необходимо решить несколько фундаментальных задач. Первая из них - поиск нового принципа движения. Традиционной химической ракете на путь к ближайшей звезде потребовалось бы около 70 000 лет. К примеру, два «Вояджера», запущенные в 1977 г., поставили рекорд по удалению на максимальное расстояние от Земли. В настоящее время (май 2011 г.) первый из них удалился от Солнца на 17, 5 млрд км, но пройденное им расстояние - лишь крошечная доля пути до звезд.

Предложено несколько конструкций и принципов движения для межзвездных аппаратов. Это:

Солнечный парус;

Ядерная ракета;

Ракета с прямоточным термоядерным двигателем;

Нанокорабли.

Бывая на станции NASA Плам-Брук в Кливленде, штат Огайо, я встречался с одним из мечтателей и горячих сторонников идеи солнечного паруса. На этом полигоне построена самая большая в мире вакуумная камера для испытания спутников. Размеры этой камеры поражают воображение; это настоящая пещера около 30 м в поперечнике и 38 м в высоту, в которой запросто разместилось бы несколько многоэтажных жилых домов. Она также достаточно велика, чтобы испытывать в условиях космического вакуума спутники и части ракет. Масштаб проекта поражает. Я почувствовал, что мне оказана особая честь: я находился в том самом месте, где испытывались многие важнейшие американские спутники, межпланетные зонды и ракеты.

Итак, я встретился с одним из ведущих сторонников солнечного паруса, ученым из NASA Лесом Джонсоном (Les Johnson). Он рассказал мне, что с детства, читая фантастику, мечтал строить ракеты, способные долететь до звезд. Джонсон даже написал базовый курс по устройству солнечных парусов. Он считает, что этот принцип может быть реализован уже в ближайшие несколько десятилетий, но готов к тому, что реальный звездолет будет построен, скорее всего, через много лет после его смерти. Подобно каменщикам, строившим великие средневековые соборы, Джонсон понимает, что на создание аппарата для полета к звездам может потребоваться несколько человеческих жизней.

Принцип действия солнечного паруса основан на том факте, что свет хотя и не имеет массы покоя, но обладает импульсом, а значит, может оказывать давление. Давление, которое солнечный свет оказывает на все встреченные объекты, чрезвычайно мало, мы попросту не ощущаем его, но если солнечный парус будет достаточно велик и мы готовы будем ждать достаточно долго, то это давление сможет разогнать межзвездный корабль (в космосе интенсивность солнечного света в среднем в восемь раз выше, чем на Земле).

Джонсон сказал мне, что его цель - создать гигантский солнечный парус из очень тонкого, но эластичного и упругого пластика. Этот парус должен быть несколько километров в поперечнике, и строить его предполагается в открытом космосе. Будучи собранным, он будет медленно обращаться вокруг Солнца, набирая постепенно все большую скорость. За несколько лет разгона парус выйдет по спирали за пределы Солнечной системы и устремится к звездам. Вообще, солнечный парус, как рассказал мне Джонсон, способен разогнать межзвездный зонд до 0, 1 % скорости света; соответственно, до ближайшей звезды он при таких условиях доберется лет за 400.

Джонсон пытается придумать что-нибудь, что позволило бы придать солнечному парусу дополнительное ускорение и сократить время полета. Один из возможных путей - разместить на Луне батарею мощных лазеров. Лазерные лучи, попадая на парус, будут передавать ему дополнительную энергию и, соответственно, дополнительную скорость при полете к звездам.

Одна из проблем звездолета под солнечным парусом состоит в том, что им чрезвычайно трудно управлять, а остановить и направить в противоположную сторону практически невозможно, потому что солнечный свет распространяется только в одну сторону - от Солнца. Одно из решений этой проблемы - развернуть парус и использовать для замедления свет от звезды-цели. Еще одна возможность - совершить гравитационный маневр около этой далекой звезды и, использовав эффект пращи, разогнаться для обратного путешествия. Третий вариант - сесть на какую-нибудь луну той звездной системы, построить на ней батарею лазеров и пуститься в обратный путь, пользуясь светом звезды и лазерными лучами.

Джонсон мечтает о звездах, но понимает, что реальность на данный момент выглядит куда скромнее его мечтаний. В 1993 г. русские развернули на корабле, отстыкованном от станции «Мир», 25-рефлектор из лавсана, но целью эксперимента была всего лишь демонстрация системы развертывания. Вторая попытка закончилась неудачей. В 2004 г. японцы успешно запустили два прототипа солнечного паруса, но опять же, целью было испытание системы развертывания, а не движения. В 2005 г. была предпринята амбициозная попытка развернуть настоящий солнечный парус под названием Cosmos 1, организованная Планетарным обществом, общественной организацией Cosmos Studios и Российской академией наук. Парус был запущен с российской подводной лодки, но запуск ракеты «Волна» оказался неудачным, и до орбиты солнечный парус не добрался.

А в 2008 г., когда команда из NASA попыталась запустить солнечный парус NanoSail-D , та же история произошла с ракетой Falcon 1.

Наконец в мае 2010 г. Японское агентство аэрокосмических исследований успешно запустило IKAROS - первый космический аппарат, который должен использовать технологию солнечного паруса в межпланетном пространстве. Аппарат был выведен на траекторию полета к Венере, успешно развернул квадратный парус с диагональю 20 м и продемонстрировал возможность управлять его ориентацией и менять скорость полета. В дальнейшем японцы планируют запустить еще один межпланетный зонд с солнечным парусом к Юпитеру.

Ядерная ракета

Ученые рассматривают также возможность использования ядерной энергии для межзвездных перелетов. Еще в 1953 г. Комиссия по атомной энергии США начала серьезные разработки ракет с атомными реакторами, начало которым было положено проектом Rover. В 1950-е и 1960-е гг. эксперименты с ядерными ракетами заканчивались в основном неудачно. Ядерные двигатели вели себя нестабильно и вообще оказывались слишком сложными для тогдашних систем управления. Кроме того, несложно показать, что энергетический выход обычного атомного реактора деления совершенно недостаточен для межзвездного космического аппарата. Средний промышленный атомный реактор производит примерно 1000 МВт энергии, а этого недостаточно, чтобы добраться до звезд.

Однако еще в 1950-е гг. ученые предложили использовать для межзвездных аппаратов атомные и водородные бомбы, а не реакторы. В проекте «Орион», к примеру, предполагалось разгонять ракету взрывными волнами от атомных бомб. Звездолет должен был сбрасывать позади себя серию атомных бомб, взрывы которых порождали бы мощные вспышки рентгеновского излучения. Ударная волна от этих взрывов должна была разгонять звездолет.

В 1959 г. физики из General Atomics оценили, что продвинутая версия «Ориона» диаметром 400 м должна весить 8 млн т, а энергию ей должна обеспечивать 1000 водородных бомб.

Горячим сторонником проекта «Орион» был физик Фримен Дайсон. «Для меня „Орион“ означал доступность всей Солнечной системы для распространения жизни. Он мог изменить ход истории, - говорит Дайсон. Кроме того, это был бы удобный способ избавиться от атомных бомб. - За один полет мы избавились бы от 2000 бомб».

Концом проекта «Орион», однако, стал заключенный в 1963 г. Договор об ограничении ядерных испытаний, запретивший наземные взрывы. Без испытаний невозможно было довести конструкцию «Ориона» до ума и проект закрыли.

Прямоточный термоядерный двигатель

Еще один проект ядерной ракеты выдвинул в 1960 г. Роберт Буссард (Robert W. Bussard); он предложил снабдить ракету термоядерным двигателем, похожим на обычный авиационный реактивный двигатель. Вообще, прямоточный двигатель захватывает воздух по ходу полета и уже внутри смешивает его с топливом. Затем топливно-воздушная смесь поджигается, и происходит химический взрыв, который создает движущую силу. Буссард предложил применить тот же принцип к термоядерному двигателю. Вместо того чтобы забирать воздух из атмосферы, как делает авиационный двигатель, прямоточный термоядерный двигатель будет собирать в межзвездном пространстве имеющийся там водород. Собранный газ предполагается сжать и нагреть при помощи электрических и магнитных полей до начала термоядерной реакции синтеза гелия, при которой выделится громадное количество энергии. Возникнет взрыв, и ракета получит толчок. А поскольку запасы водорода в межзвездном пространстве неисчерпаемы, прямоточный ядерный двигатель сможет, предположительно, работать вечно.

Конструкция корабля с прямоточным термоядерным двигателем напоминает рожок для мороженого. Воронка захватывает газообразный водород, который затем поступает в двигатель, нагревается и вступает в реакцию синтеза с другими атомами водорода. Буссард рассчитал, что прямоточный ядерный двигатель весом около 1000 т способен поддерживать постоянное ускорение около 10 м/с 2 (т. е. примерно равное ускорению свободного падения на Земле); в этом случае уже через год звездолет разгонится примерно до 77 % скорости света. Поскольку прямоточный ядерный двигатель не ограничен запасами топлива, звездолет с таким двигателем теоретически мог бы выйти за пределы нашей Галактики и всего за 23 года по корабельным часам добраться до Туманности Андромеды, расположенной на расстоянии в 2 млн световых лет от нас. (Согласно теории относительности Эйнштейна время в ускоряющемся корабле замедляется, так что астронавты в звездолете постареют всего на 23 года, даже если на Земле за это время пройдут миллионы лет.)

Однако и здесь существуют серьезные проблемы. Во-первых, в межзвездной среде встречаются в основном отдельные протоны, так что термоядерный двигатель должен будет жечь чистый водород, хотя эта реакция дает не так уж много энергии. (Водородный синтез может идти разными путями. В настоящее время на Земле ученые предпочитают вариант влияния дейтерия и трития, при котором выделяется значительно больше энергии. Однако в межзвездной среде водород находится в виде отдельных протонов, поэтому в прямоточных ядерных двигателях можно использовать только протон-протонную реакцию синтеза, при которой энергии выделяется гораздо меньше, чем при дейтерий-тритиевой реакции.) Однако Буссард показал, что если модифицировать топливную смесь добавлением некоторого количества углерода, то углерод, работая как катализатор, позволит получить громадное количество энергии, вполне достаточное для звездного корабля.

Во-вторых, воронка впереди звездолета, чтобы собирать достаточно водорода, должна быть огромной - диаметром порядка 160 км, так что собирать ее придется в космосе.

Существует и еще одна нерешенная проблема. В 1985 г. инженеры Роберт Зубрин (Robert Zubrin) и Дейна Эндрюс (Dana Andrews) показали, что сопротивление среды не даст звездолету с прямоточным термоядерным двигателем разогнаться до околосветовых скоростей. Сопротивление это обусловлено движением корабля и воронки в поле атомов водорода. Однако их расчеты основаны на некоторых предположениях, которые в будущем могут оказаться неприменимыми к кораблям с прямоточными двигателями.

В настоящее время, пока у нас нет четких представлений о процессе протон-протонного синтеза (а также о сопротивлении ионов водорода в межзвездной среде), перспективы прямоточного ядерного двигателя остаются неопределенными. Но если эти инженерные проблемы решаемы, такая конструкция наверняка окажется одной из лучших.

Ракеты на антивеществе

Еще один вариант - использовать для звездолета антивещество, величайший источник энергии во Вселенной. Антивещество противоположно веществу в том смысле, что все составляющие части атома там имеют противоположные заряды. К примеру, электрон обладает отрицательным зарядом, но антиэлектрон (позитрон) имеет положительный заряд. При контакте с веществом антивещество аннигилирует. Энергии при этом выделяется так много, что чайной ложки антивещества хватило бы, чтобы уничтожить весь Нью-Йорк.

Антивещество - настолько мощная штука, что злодеи в романе Дэна Брауна «Ангелы и демоны» сооружают из него бомбу и собираются взорвать Ватикан; антивещество по сюжету они крадут в крупнейшем европейском центре ядерных исследований CERN, расположенном в Швейцарии недалеко от Женевы. В отличие от водородной бомбы, эффективность которой составляет всего 1 %, эффективность бомбы из антивещества составила бы 100 %. При аннигиляции вещества и антивещества энергия выделяется в полном соответствии с уравнением Эйнштейна: E=mc 2 .

В принципе, антивещество представляет собой идеальное ракетное топливо. Согласно оценке Джеральда Смита (Gerald Smith) из Университета штата Пенсильвания, 4 мг антивещества было бы достаточно, чтобы долететь до Марса, а сотня граммов донесла бы корабль до ближайших звезд. При аннигиляции антивещества выделяется в миллиард раз больше энергии, чем можно получить из такого же количества современного ракетного топлива. Двигатель на антивеществе выглядел бы довольно просто. Можно просто впрыскивать частицы антивещества, одну за другой, в специальную камеру ракеты. Там они аннигилируют с обычным веществом, вызвав титанический взрыв. Нагретые газы затем выбрасываются с одного конца камеры, создавая реактивную тягу.

Мы пока очень далеки от воплощения этой мечты. Ученые сумели получить антиэлектроны и антипротоны, а также атомы антиводорода, в которых антиэлектрон циркулирует вокруг антипротона. Это было сделано и в CERN, и в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми (которую чаще называют Фермилаб) недалеко от Чикаго на теватроне, втором по величине ускорителе частиц в мире (крупнее него только Большой адронный коллайдер в CERN). В обеих лабораториях физики направили на мишень поток высокоэнергетических частиц и получили поток осколков, среди которых были и антипротоны. При помощи мощных магнитов антивещество отделили от обычного вещества. Затем полученные антипротоны замедлили и позволили им смешаться с антиэлектронами, в результате чего получились атомы антиводорода.

Дэйв МакГиннис, один из физиков Фермилаба, очень долго и много думал о практическом использовании антивещества. Мы с ним стояли рядом с теватроном, и Дэйв объяснял мне обескураживающую экономику антивещества. Единственный известный способ получить сколько-нибудь существенное количество антивещества, говорил он, - это воспользоваться мощным коллайдером вроде теватрона; но эти машины чрезвычайно дороги и позволяют получать антивещество лишь в очень малых количествах. К примеру, в 2004 г. коллайдер в CERN выдал ученым несколько триллионных долей грамма антивещества, и обошлось это удовольствие ученым в 20 млн долларов. При такой цене мировая экономика обанкротится прежде, чем удастся получить достаточно антивещества на одну звездную экспедицию. Сами по себе двигатели на антивеществе, подчеркнул МакГиннис, не представляют из себя ничего особенно сложного и уж наверняка не противоречат законам природы. Но стоимость такого двигателя не позволит реально построить его в ближайшем будущем.

Одна из причин такой бешеной дороговизны антивещества - громадные суммы, которые приходится выкладывать на строительство ускорителей и коллайдеров. Однако сами по себе ускорители - машины универсальные и используются в основном не для производства антивещества, а для получения всяких экзотических элементарных частиц. Это инструмент для физических исследований, а не промышленный аппарат.

Можно предположить, что разработка нового типа коллайдера, предназначенного специально для производства антивещества, могла бы намного снизить его стоимость. Затем массовое производство таких машин позволило бы получить значительное количество антивещества. Харольд Джерриш(Harold Gerrish) из NASA уверен, что цена антивещества может со временем опуститься до 5000 долларов за микрограмм.

Еще одна возможность воспользоваться антивеществом в качестве ракетного топлива заключается в том, чтобы найти в открытом космосе метеорит из антивещества. Если бы такой объект нашелся, его энергии, скорее всего, хватило бы не на один звездолет. Надо сказать, что в 2006 г. в составе российского спутника «Ресурс-ДК» запущен европейский прибор PAMELA, назначение которого - поиск естественного антивещества в открытом космосе.

Если в космосе удастся обнаружить антивещество, то для его сбора человечеству придется придумать что-нибудь вроде электромагнитной сети.

Так что, хотя межзвездные космические аппараты на антивеществе - идея вполне реальная и не противоречит законам природы, в XXI веке они скорее всего не появятся, разве что в самом конце века ученые смогут снизить стоимость антивещества до сколько-нибудь разумной величины. Но если это удастся сделать, проект звездолета на антивеществе наверняка будет рассматриваться одним из первых.

Нанокорабли

Мы давно привыкли к спецэффектам в фильмах вроде «Звездных войн» и «Звездного пути»; при мысли о звездолетах возникают образы громадных футуристических машин, ощетинившихся со всех сторон последними изобретениями в сфере высокотехнологичных приспособлений. А между тем есть и другая возможность: создавать при помощи нанотехнологий крохотные звездолеты, не крупнее наперстка или иглы, а то и еще меньших размеров. Мы заранее уверены, что звездолеты должны быть огромными, как «Энтерпрайз», и нести целый экипаж астронавтов. Но при помощи нанотехнологий основные функции звездолета можно будет заложить в минимальный объем, и тогда к звездам отправится не один громадный корабль, в котором экипаж должен будет жить многие годы, а миллионы крохотных нанокораблей. До места назначения долетит, возможно, лишь небольшая их часть, но главное будет сделано: добравшись до одного из спутников системы назначения, эти корабли построят завод и обеспечат производство неограниченного числа собственных копий.

Винт Серф считает, что нанокорабли можно использовать как для изучения Солнечной системы, так - со временем - и для полетов к звездам. Он говорит: «Если мы сконструируем маленькие, но мощные наноустройства, которые несложно будет перевозить и доставлять на поверхность, под поверхность и в атмосферу соседних с нами планет и спутников, исследование Солнечной системы станет значительно более эффективным… Эти же возможности можно распространить на межзвездные исследования».

Известно, что в природе млекопитающие производят на свет всего по несколько отпрысков и заботятся о том, чтобы все они выжили. Насекомые, напротив, производят на свет огромное количество детенышей, но выживает из них лишь небольшая часть. Обе стратегии достаточно успешны, чтобы позволить видам существовать на планете в течение многих миллионов лет. Точно так же мы можем послать в космос один очень дорогой звездолет - или миллионы крохотных звездолетиков, каждый из которых будет стоить копейки и потреблять совсем немного топлива.

Сама концепция нанокораблей основана на очень успешной стратегии, которая широко используется в природе: стратегии стаи. Птицы, пчелы и другие подобные им часто летают стаями или роями. Дело не только в том, что большое число сородичей гарантирует безопасность; кроме того, стая работает как система раннего предупреждения. Если в одном конце стаи происходит что-то опасное - к примеру, нападение хищника, вся стая мгновенно получает информацию об этом. Стая весьма эффективна и энергетически. Птицы, летая характерной V-образной фигурой - клином, используют турбулентные потоки от крыла соседа впереди и тем самым облегчают себе полет.

Ученые говорят о рое, стае или муравьиной семье как о «сверхорганизме», который в некоторых случаях обладает собственным разумом, не зависящим от способностей отдельных составляющих его особей. Нервная система муравья, к примеру, очень проста, а мозг очень мал, но вместе муравьиная семья способна построить сложнейшее сооружение - муравейник. Ученые надеются воспользоваться уроками природы при разработке «стайных» роботов, которым однажды, возможно, предстоит отправиться в далекий путь к иным планетам и звездам.

В чем-то все это напоминает концепцию «разумной пыли», разработкой которой занимается Пентагон: миллиарды частиц, снабженных крохотными датчиками, рассеиваются в воздухе и осуществляют разведку. Каждый датчик сам по себе разума не имеет и дает лишь крохотную крупинку информации, но вместе они могут обеспечить своим хозяевам горы всевозможных данных. DARPA спонсировало исследования в этой области с прицелом на военное применение в будущем - к примеру, при помощи разумной пыли можно следить за вражескими позициями на поле боя. В 2007 и 2009 гг. ВВС США выпустили подробные планы вооружения на ближайшие несколько десятилетий; там есть все - от продвинутых версий беспилотного самолета Predator (сегодня он стоит 4, 5 млн долларов) до огромных стай крохотных дешевых датчиков размером с булавочную головку.

Ученых также интересует эта концепция. Стаи разумной пыли пригодились бы для наблюдения в реальном времени за ураганом с тысяч различных точек; точно так же можно было бы наблюдать за грозами, вулканическими извержениями, землетрясениями, наводнениями, лесными пожарами и другими природными явлениями. В фильме «Смерч», к примеру, мы наблюдаем за командой отважных охотников за ураганами, которые рискуют жизнью и здоровьем, размещая датчики вокруг торнадо. Мало того что это очень рискованно, но и еще не слишком эффективно. Вместо того чтобы с риском для жизни расставлять несколько датчиков вокруг вулканического кратера во время извержения или вокруг гуляющего по степи столба торнадо и получать с них информацию о температуре, влажности и скорости ветра, гораздо эффективнее было бы рассеять в воздухе разумную пыль и получить данные одновременно с тысяч различных точек, разбросанных по площади в сотни квадратных километров. В компьютере эти данные сложатся в трехмерную картинку, которая в реальном времени покажет вам развитие урагана или различные фазы извержения. Коммерческие предприятия уже работают над образцами подобных крошечных датчиков, и некоторые из них размерами действительно не превосходят булавочной головки.

Еще одно преимущество нанокораблей состоит в том, что им, чтобы добраться до космического пространства, требуется совсем немного топлива. Если громадные ракеты-носители способны разогнаться лишь до скорости 11 км/с, то крошечные объекты вроде нанокораблей относительно несложно вывести в космос с невероятно высокими скоростями. Скажем, элементарные частицы можно разгонять до субсветовых скоростей при помощи обычного электрического поля. Если придать наночастицам небольшой электрический заряд, их тоже легко можно будет разгонять электрическим полем.

Вместо того чтобы тратить огромные средства на отправку межпланетных зондов, можно наделить каждый нанокорабль способностью к самокопированию; таким образом, даже один нанобот сможет построить фабрику по производству наноботов или даже лунную базу. После этого новые самокопирующиеся зонды отправятся исследовать иные миры. (Проблема в том, чтобы создать первого нанобота, способного к самокопированию, а это пока еще дело очень далекого будущего.)

В 1980 г. NASA воспринимало идею самокопирующегося робота достаточно серьезно, чтобы заказать в Университете Санта-Клары специальное исследование под названием «Продвинутая автоматика для космических задач» и подробно рассмотреть несколько возможных вариантов. Один из сценариев, рассмотренных учеными NASA, предусматривал отправку небольших самокопирующихся роботов на Луну. Там роботы должны были наладить производство себе подобных из подручных материалов.

Отчет по этой программе был посвящен в основном созданию химического завода по переработке лунного грунта (реголита). Предполагалось, к примеру, что робот приземлится на Луну, разделится на составляющие его части, а затем соберет из них новую конфигурацию, - в точности как игрушечный робот-трансформер. Так, робот мог собрать большие параболические зеркала, чтобы сфокусировать солнечный свет и начать плавить реголит. Затем он при помощи плавиковой кислоты извлек бы из расплава реголита пригодные к использованию металлы и другие вещества. Из металлов можно было бы построить лунную базу. Со временем робот соорудил бы и небольшой лунный заводик по производству собственных копий.

Исходя из данных этого отчета, Институт перспективных концепций NASA запустил целую серию проектов, основанных на использовании самовоспроизводящихся роботов. Мейсон Пек (Mason Peck) из Корнеллского университета был одним из тех, кто всерьез принял идею крошечных звездолетов.

Я побывал у Пека в лаборатории и своими глазами видел верстак, заваленный всевозможными компонентами, которым однажды, может быть, суждено отправиться в космос. Рядом с верстаком имелась и небольшая чистая комната с пластиковыми стенами, где собирались тонкие компоненты будущих спутников.

Представление Пека об исследовании космического пространства очень отличается от всего, что мы видим в голливудских фильмах. Он предполагает возможность создания микросхемы размером сантиметр на сантиметр и весом один грамм, которую можно разогнать до 1 % скорости света. К примеру, он может воспользоваться эффектом пращи, при помощи которого NASA разгоняет свои межпланетные станции до огромных скоростей. Этот гравитационный маневр предусматривает облет планеты; примерно так же камень в праще, удерживаемый ремнем-гравитацией, разгоняется, летя по кругу, и выстреливает в нужном направлении. Здесь тяготение планеты помогает придать космическому аппарату дополнительную скорость.

Но Пек вместо тяготения хочет использовать магнитные силы. Он рассчитывает заставить микрозвездолет описать петлю в магнитном поле Юпитера, которое в 20 000 раз превосходит по интенсивности магнитное поле Земли и вполне сравнимо с полями в земных ускорителях, способных разгонять элементарные частицы до энергий в триллионы электронвольт.

Он показал мне образец - микросхему, которая, по его замыслу, могла бы однажды отправиться в долгое путешествие вокруг Юпитера. Это был крошечный квадратик размером меньше кончика пальца, буквально набитый всякой научной всячиной . Вообще, межзвездный аппарат Пека будет очень простым. С одной стороны на чипе имеется солнечная батарея, которая должна обеспечивать его энергией для связи, с другой - радиопередатчик, видеокамера и другие датчики. Этот аппарат не имеет двигателя, а разогнать его должно будет магнитное поле Юпитера. (К сожалению, в 2007 г. Институт перспективных концепций NASA, с 1998 г. финансировавший этот и другие инновационные проекты для космической программы, был закрыт в связи с сокращением бюджетных расходов.)

Мы видим, что представление Пека о звездолетах сильно отличается от принятого в научной фантастике, где громадные звездные корабли бороздят просторы Вселенной под управлением команды отважных астронавтов. К примеру, если бы на одной из лун Юпитера появилась научная база, на орбиту вокруг газового гиганта можно было бы выпустить десятки таких маленьких кораблей. Если бы, помимо всего прочего, на этой луне появилась батарея лазерных пушек, крохотные корабли можно было бы разогнать до скорости, составляющей заметную долю от скорости света, придав им ускорение при помощи лазерного луча.

Чуть позже я задал Пеку простой вопрос: может ли он уменьшить свой чип до размеров молекулы при помощи нанотехнологий? Тогда не потребуется даже магнитное поле Юпитера - их можно будет разогнать до субсветовых скоростей в обычном ускорителе, построенном на Луне. Он сказал, что это возможно, но подробности он еще не прорабатывал.

Так что мы взяли лист бумаги и вместе начали исписывать его уравнениями и прикидывать, что из этого получится. (Именно так мы, ученые, общаемся между собой - идем с мелом к доске или берем лист бумаги и пытаемся решить проблему при помощи различных формул.) Мы написали уравнение для силы Лоренца, которую Пек предполагает использовать для разгона своих кораблей возле Юпитера. Затем мы мысленно уменьшили корабли до размеров молекул и мысленно же поместили их в гипотетический ускоритель вроде Большого адронного коллайдера. Мы быстро поняли, что при помощи обычного ускорителя, размещенного на Луне, наши нанозвездолеты можно без особых проблем разогнать до скоростей, близких к скорости света. Уменьшив размеры звездолета с сантиметровой пластинки до молекулы, мы получили возможность уменьшить необходимый для их разгона ускоритель; теперь вместо Юпитера мы могли воспользоваться традиционным ускорителем частиц. Идея показалась нам вполне реальной.

Однако, проанализировав уравнения еще раз, мы пришли к общему выводу: единственная проблема здесь - стабильность и прочность нанозвездолетов. Не разорвет ли ускоритель наши молекулы на части? Подобно мячику на веревочке, эти нанокорабли при разгоне до околосветовых скоростей будут испытывать на себе действие центробежных сил. Кроме того, они будут электрически заряжены, так что даже электрические силы будут угрожать их целостности. Общий вывод: да, нанокорабли - это реальная возможность, но потребуются десятилетия исследований, прежде чем чип Пека можно будет уменьшить до размеров молекулы и усилить настолько, чтобы разгон до околосветовой скорости не мог ему ничем повредить.

А пока Мейсон Пек мечтает отправить рой нанозвездолетов к ближайшей звезде в надежде на то, что хотя бы некоторые из них преодолеют разделяющее нас межзвездное пространство. Но что они будут делать, когда прибудут на место назначения?

Здесь на сцену выходит проект Пэй Чжана (Pei Zhang) из Университета Карнеги - Меллон в Кремниевой долине. Он создал целую флотилию минивертолетов, которым когда-нибудь, возможно, суждено подняться в атмосферу чужой планеты. Он с гордостью показывал мне свой рой миниботов, напоминающих игрушечные вертолетики. Однако внешняя простота обманчива. Я прекрасно видел, что в каждом из них имеется чип, набитый сложнейшей электроникой. Одним нажатием кнопки Чжан поднял в воздух четыре минибота, который тут же разлетелись в разные стороны и начали передавать нам информацию. Очень скоро я был окружен миниботами со всех сторон.

Такие вертолетики, рассказал мне Чжан, должны оказывать помощь в критических обстоятельствах вроде пожара или взрыва; их задача - сбор информации и разведка. Со временем миниботы можно будет оснастить телекамерами и датчиками температуры, давления, направления ветра и т. д.; в случае природной или техногенной катастрофы такая информация может оказаться жизненно важной. Тысячи миниботов можно будет выпускать над полем сражения, лесным пожаром или (почему бы нет?) над неизученным инопланетным ландшафтом. Все они непрерывно поддерживают связь между собой. Если один минибот наталкивается на препятствие, остальные сразу же узнают об этом.

Итак, один из сценариев межзвездных путешествий - выстрелить в направлении ближайшей звезды тысячами дешевых одноразовых чипов, похожих на чип Мейсона Пека, летящих с околосветовой скоростью. Если хотя бы небольшая их часть доберется до места назначения, минизвездолеты выпустят крылья или винты и, подобно механическому рою Пэй Чжана, полетят над невиданным инопланетным ландшафтом. Информацию они будут посылать по радио прямо на Землю . Как только будут обнаружены перспективные планеты, в путь отправится второе поколение минизвездолетов; их задачей уже будет постройка у далекой звезды заводов по выпуску все тех же минизвездолетов, которые затем отправятся к следующей звезде. Процесс будет развиваться бесконечно.

Исход с Земли?

К 2100 г. мы, скорее всего, отправим астронавтов на Марс и в пояс астероидов, исследуем луны Юпитера и всерьез займемся задачей отправки зонда к звездам.

Но как же человечество? Появятся ли у нас космические колонии и смогут ли они решить проблему перенаселенности? Найдем ли мы новый дом в космосе? Начнет ли род человеческий к 2100 г. покидать Землю?

Нет. Учитывая стоимость космических путешествий, большинство людей не поднимутся на борт космического корабля и не увидят далеких планет ни в 2100 г., ни даже много позже. Возможно, горсточка астронавтов успеет к этому времени создать несколько крохотных аванпостов человечества на других планетах и спутниках, но человечество в целом останется прикованным к Земле.

Раз Земля будет домом человечества еще не одно столетие, зададимся вопросом: как будет развиваться человеческая цивилизация? Какое влияние на образ жизни, труд и общество будет оказывать наука? Наука - двигатель процветания, поэтому стоит подумать о том, как она изменит в будущем человеческую цивилизацию и наше благосостояние.

Примечания:

Основой определения координат пользователя является измерение не частотных сдвигов, а лишь времени прохождения сигналов от нескольких спутников, находящихся на разных (но известных в каждый момент) расстояниях от него. Для определения трех пространственных координат в принципе достаточно обработать сигналы от четырех спутников, хотя обычно приемник «берет в расчет» все исправные спутники, которые он слышит в данный момент. Существует также более точный (но и более сложный в реализации) метод, основанный на измерении фазы принимаемого сигнала. - Прим. пер.

Или на другом земном языке, в зависимости от того, где снят фильм. - Прим. пер.

Проект TPF действительно долгое время фигурировал в перспективных планах NASA, но всегда оставался «бумажным проектом», далеким от этапа практической реализации. В проекте бюджета на 2012 финансовый год нет ни его, ни второго проекта из того же тематического направления - «Фотограф землеподобных планет» (TPI). Возможно, их наследником будет миссия New Worlds для получения изображений и спектроскопии землеподобных планет, однако о сроках ее запуска ничего сказать нельзя. - Прим. пер.

В действительности речь шла не о чувствительности, а о качестве изготовления поверхности зеркала. - Прим. пер.

Этот проект был выбран в феврале 2009 г. для совместной реализации силами NASA и Европейского космического агентства. В начале 2011 г. американцы вышли из проекта из-за нехватки средств, а Европа отложила свое решение об участии в нем до февраля 2012 г. Упомянутый далее проект Ice Clipper предлагался на конкурс NASA еще в 1997 г. и не был принят. - Прим. пер.

Увы, и в этом текст устарел. Как и EJSM, этот совместный проект лишился в начале 2011 г. поддержки США и находится в стадии пересмотра, претендуя на те же средства в бюджете EKA, что и EJSM и Международная рентгеновская обсерватория IXO. Лишь один из этих трех проектов в урезанном виде может быть утвержден к реализации в 2012 г., а запуск может состояться после 2020 г. - Прим. пер.

И в некоторых из них подвергается сомнению. - Прим. пер.

Строго говоря, так называлась программа NASA, призванная выполнить требования Буша, основные положения которой описаны автором ниже. - Прим. пер.

Ракеты-то как раз у США есть и их не надо придумывать с нуля: корабль «Орион» может быть запущен тяжелым вариантом - носителем Delta IV, а более легкие частные корабли - на ракетах Atlas V или Falcon-9. А вот ни одного готового пилотируемого корабля нет и в ближайшие три-четыре года не будет. - Прим. пер.

Дело, разумеется, не в расстоянии, а в наборе и снижении требуемой для перелетов скорости. Желательно также ограничить продолжительность экспедиции, чтобы свести к минимуму радиационное воздействие на экипаж. В сумме эти ограничения могут вылиться в схему полета с весьма большим расходом топлива и, соответственно, высокой массой экспедиционного комплекса и его стоимостью. - Прим. пер.

Это неверно. Горячие газы проникли внутрь левого крыла «Колумбии» и после продолжительного нагрева лишили его прочности. Крыло деформировалось, корабль потерял единственно правильную ориентацию при торможении в верхних слоях атмосферы и был разрушен аэродинамическими силами. Астронавтов погубили разгерметизация и невыносимые ударные перегрузки. - Прим. пер.

В феврале 2010 г. администрация Обамы объявила о полном закрытии программы Constellation, включая и корабль «Орион», однако уже в апреле согласилась сохранить его в варианте корабля-спасателя для МКС. В 2011 г. был достигнут консенсус касательно немедленного начала финансирования сверхтяжелого носителя SLS на базе элементов шаттла и продолжения работ по «Ориону» без формального объявления целей перспективной пилотируемой программы. - Прим. пер.

Ничего подобного! Во-первых, летающие сейчас вместе по полгода русские и американцы приземляются в добром здравии и уже в день посадки способны хотя и с опаской, но ходить. Во-вторых, таким же было состояние советских и российских космонавтов после рекордных полетов продолжительностью 366 и 438 суток, так как разработанные у нас средства борьбы с воздействием факторов космического полета достаточны и для таких сроков. В-третьих, едва могли ползти Андриян Николаев и Виталий Севастьянов после рекордного для своего времени 18-суточного полета на «Союзе-9» в 1970 г., когда практически никаких мер профилактики еще не применялось. - Прим. пер.

Закрутка корабля или его части вокруг оси реализуется достаточно просто и почти не требует дополнительного расхода топлива. Другое дело, что работать экипажу в таких условиях может быть не слишком удобно. Впрочем, экспериментальных данных на сей счет фактически нет. - Прим. пер.

Эта популярная оценка стоимости МКС неверна, так как в нее искусственно включены затраты на все полеты шаттлов за период ее строительства и эксплуатации. Проектирование и изготовление компонентов станции, научной аппаратуры, а также управление полетом оцениваются сейчас примерно в 58 млрд долларов за почти 30 лет (1984–2011). - Прим. пер.

Космический лифт не может кончаться на высоте геостационарной орбиты - для того, чтобы он висел неподвижно и мог служить опорой для движения транспортных кабин, систему надо оснастить противовесом на высоте до 100 000 км. - Прим. пер.

Второй экземпляр этого КА, NanoSail-D2, был запущен 20 ноября 2010 г. вместе со спутником Fastsat, отделился от него 17 января 2011 г. и успешно развернул космический парус площадью 10 м2. - Прим. пер.

В мае 2011 г. три экспериментальных «чипоспутника» команды Пека были доставлены на МКС для ресурсных испытаний в условиях открытого космоса. - Прим. пер.

Такая передача сама по себе представляет собой сложнейшую задачу. - Прим. пер.

В феврале Space X осуществила запуск тяжёлой ракеты-носителя Falcon Heavy. Главу компании, Илона Маска, принято считать гением и "визионером", но даже его фантазии по колонизации Марса меркнут по сравнению с проектами, работа над которыми уже вовсю идёт.

Шахтёры на метеорите

Делать деньги в космосе - относительно новая идея. Сложно рассчитывать на то, что большой бизнес будет заинтересован в сугубо научных изысканиях, поэтому будущее космической отрасли кроется именно в увеличении коммерческих проектов - ведь освоение просторов Америки также было продиктовано не столько тягой к знаниям, сколько жаждой наживы.

Добыча ресурсов на астероиде - наиболее смелая и амбициозная из всех возможных идей обогатиться за счёт внеземных ресурсов. Наиболее яркий пример зарождения новой отрасли - американские компании Deep Space Industries и Planetary Resources, на проекты которых правительство Люксембурга выделило 200 миллионов долларов.

По существующим проектам, добыча на астероидах будет проходить в несколько этапов: обнаружение потенциально "интересных" небесных тел, проведение дистанционного анализа/взятия проб, и, в случае, если астероид будет признан "стоящим", добыча на нём ископаемых.

Разработка ресурсов на метеорите - не просто фантазии: зонд компании Planetary Resources, Arkyd-6 в начале года был успешно на орбиту Земли. Он является своего рода модулем, который отработает технологию обнаружения потенциально годных для разработки небесных тел. Далее в компании планируют вывести на орбиту аппарат Arkyd-100 - полноценный спутник, полностью оборудованный для обнаружения метеоритов, после этого напрямую к небесному телу будут отправлены Arkyd-200 и Arkyd-300, целью которых станет разведка в непосредственной близости к небесному телу.

После этих предварительных приготовлений планируется отправка к небесному телу добывающих кораблей, работающих в автоматическом режиме. Первым опытом космического бурения, по прогнозам Planetary Resources, человечество сможет похвастаться уже к 2030 году.

В чём выгода от промышленной разработки астероидов? Во-первых, на них можно добывать воду и водосодержащие вещества - необходимое сырьё для производства ракетного топлива прямо в космосе.

А во-вторых, такие небесные тела могут содержать массу элементов, крайне редко встречающихся не Земле. К примеру, астероид 2011 UW158, пролетевший мимо нашей планеты в 2015 году, содержал в себе платины на $5 триллионов.

Лунные похороны

Человек не вечен, и его путь после жизни должен быть пересмотрен в космическую эру. Во всяком случае, в этом убеждены в компании Elysium Space , которая планирует предложить услугу отправки праха усопших на Луну.

Вместо того чтобы смотреть себе под ноги, вспоминая своих близких и друзей, мы можем поднять взгляд вверх к вечным чудесам ночного неба, зная, что дорогие нам люди всегда с нами, - говорится на сайте компании.

Для того чтобы воспользоваться необычной услугой, в компании разработали специальные мини-урны, куда помещается часть праха, который затем запускается в космос.

В Elysium Space предлагают два варианта "космических похорон": первый, ценой в $2500 под названием "Падающая звезда", предполагает вывод праха на орбиту Земли, где он проведёт порядка двух лет и будет доступен для отслеживания в реальном времени с помощью приложения смартфона. Второй - доставку праха на Луну, где он будет покоиться "всю вечность".

Дата запуска корабля Star II, который выведет мини-урны на орбиту, не уточняется, в то время как зонд Lunar I должен устремиться к спутнику Земли уже в 2019 году.

Дрон и подлодка на спутнике Сатурна

В отличие от рассмотренных выше проектов и компаний, американское аэрокосмическое агентство NASA сосредотачивается в большей степени на исследовательских миссиях, которые, как выяснилось, требуют всё большей фантазии и смелости. В число таких проектов входит отправка дрона и подводной лодки на спутник Сатурна Титан - небесного тела, на котором, как учёные, наиболее вероятно возникновение и развитие жизни.

Проект "Стрекоза" (Dragonfly) был разработан в Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса и является одним из двух финалистов конкурса на лучший проект космических миссий по программе по исследованию Солнечной системы New Frontiers.

В отличие от стандартных "роверов", передвигающихся с помощью колёс, "Стрекоза" - летающий зонд, он передвигается в плотной атмосфере Титана, задействуя винты, которые поднимают аппарат над поверхностью спутника.

Ещё одной отличительной особенность проекта является то, что зонд будет работать на ядерной энергетической установке.

На поверхности Титана реки, озёра и целые океаны, состоящие из углеводородов. Исследование загадок спутника Сатурна немыслимо без погружения внутрь этой пучины.

Именно поэтому NASA планирует создать и снарядить "космическую подлодку". Работу над проектом ведут специалисты из Университета штата Вашингтон, воссоздавшие условия, с которыми предстоит столкнуться аппарату на Титане с целью исследовать возможное воздействие малоизученной среды спутника на аппарат.

В частности, учёным уже удалось выяснить, что "углеводородные водоёмы" замерзают при температуре –198 °C, а значит, шанс, что подлодка столкнётся с подобием айсберга, минимален - это существенно упрощает задачу по конструированию подлодки, запуск которой к Титану намечен на ближайшие 20 лет.

Первый межзвёздный перелёт

Поиск жизни или её признаков в пределах Солнечной системы - одна из первоочередных задач современной науки, но это не значит, что человечество навсегда отказывается от полётов к звёздам.

Инициатива Breakthrough Starshot, российским миллиардером Юрием Мильнером и знаменитым британским астрофизиком Стивеном Хокингом, подразумевает отправку наноспутников на лазерных парусах к альфе Центавра - ближайшей к Солнцу звёздной системе.

Альфа Центавра находится на расстоянии порядка 4,37 световых лет. Преодолеть огромные межзвёздные расстояния наноспутники, в отличие от больших кораблей, смогут за счёт своей сверхмалой массы с гораздо большей скоростью - около 20% от скорости света.

Для воплощения проекта в реальность Мильнер выделил $100 миллионов. Необходимые технологии ещё не существуют, но, по мнению учёных, у человечества есть все возможности достигнуть альфы Центавра до конца XXI века.

Космический лифт

Один из самых амбициозных проектов будущего, который радикально и навсегда изменит судьбу и подход человечества к видению себя, - космический лифт.

Впервые идея космического лифта была сформулирована российским учёным Константином Циолковским. Условно космический лифт представляет собой конструкцию, на которой трос удерживается одним концом на поверхности планеты, а другим - в неподвижной относительно Земли точке на орбите.

Центр масс такого лифта должен находиться на высоте около 36 тысяч километров. Трос лифта должен быть изготовлен из материала, обладающего чрезвычайно высоким отношением предела прочности к удельной плотности - наиболее подходящим для строительства космического лифта материалом являются углеродные нанотрубки, часто называемые материалом XXI века.

Тем не менее технология получения нанотрубок в промышленных количествах и их последующего сплетения в кабель лишь начинает разрабатываться.

Почему космический лифт оказался в списке амбициозных, но всё же более или менее близких в реализации проектов?

Компания Obayashi обещает создать космический лифт уже к 2050 году.

Солнечная система уже давно не представляет особого интереса для фантастов. Но, что удивительно, и у некоторых ученых наши «родные» планеты не вызывают особого вдохновения, хотя они еще практически не исследованы.

Едва прорубив окно в космос, человечество рвется в неведомые дали, причем уже не только в мечтах, как раньше.
Еще Сергей Королев обещал в скором времени полеты в космос «по профсоюзной путевке», но этой фразе уже полвека, а космическая одиссея по-прежнему удел избранных - слишком дорогое удовольствие. Однако же два года назад HACA запустило грандиозный проект 100 Year Starship, который предполагает поэтапное и многолетнее создание научного и технического фундамента для космических полетов.

Эта беспрецедентная программа должна привлечь ученых, инженеров и энтузиастов со всего мира. Если все увенчается успехом, уже через 100 лет человечество будет способно построить межзвездный корабль, а по Солнечной системе мы будем перемещаться, как на трамваях.

Так какие же проблемы нужно решить, чтобы звездные полеты стали реальностью?

ВРЕМЯ И СКОРОСТЬ ОТНОСИТЕЛЬНЫ

Звездоплавание автоматических аппаратов кажется некоторым ученым почти решенной задачей, как это ни странно. И это при том, что совершенно нет никакого смысла запускать автоматы к звездам с нынешними черепашьими скоростями (примерно 17 км/с) и прочим примитивным (для таких неведомых дорог) оснащением.

Сейчас за пределы Солнечной системы ушли американские космические аппараты «Пионер-10» и «Вояджер-1», связи с ними уже нет. «Пионер-10» движется в сторону звезды Альдебаран. Если с ним ничего не случится, он достигнет окрестностей этой звезды... через 2 миллиона лет. Точно так же ползут по просторам Вселенной и другие аппараты.

Итак, независимо от того, обитаем корабль или нет, для полета к звездам ему нужна высокая скорость, близкая к скорости света. Впрочем, это поможет решить проблему полета только к самым близким звездам.

«Даже если бы мы умудрились построить звездный корабль, который сможет летать со скоростью, близкой к скорости света, - писал К. Феоктистов, - время путешествий только по нашей Галактике будет исчисляться тысячелетиями и десятками тысячелетий, так как диаметр ее составляет около 100 000 световых лет. Но на Земле-то за это время пройдет намного больше».

Согласно теории относительности, ход времени в двух движущихся одна относительно другой системах различен. Так как на больших расстояниях корабль успеет развить скорость очень близкую к скорости света, разница во времени на Земле и на корабле будет особенно велика.

Предполагается, что первой целью межзвездных полетов станет альфа Центавра (система из трех звезд) - наиболее близкая к нам. Со скоростью света туда можно долететь за 4,5 года, на Земле за это время пройдет лет десять. Но чем больше расстояние, тем сильней разница во времени.

Помните знаменитую «Туманность Андромеды» Ивана Ефремова? Там полет измеряется годами, причем земными. Красивая сказка, ничего не скажешь. Однако эта вожделенная туманность (точнее, галактика Андромеды) находится от нас на расстоянии 2,5 миллиона световых лет.

По некоторым расчетам, путешествие займет у космонавтов более 60 лет (по звездолетным часам), но на Земле-то пройдет целая эра. Как встретят космических «неадертальцев» их далекие потомки? Да и будет ли жива Земля вообще? То есть возвращение в принципе бессмысленно. Впрочем, как и сам полет: надо помнить, что мы видим галактику туманность Андромеды такой, какой она была 2,5 млн лет назад - столько идет до нас ее свет. Какой смысл лететь к неизвестной цели, которой, может, уже давно и не существует, во всяком случае, в прежнем виде и на старом месте?

Значит, даже полеты со скоростью света обоснованны только до относительно близких звезд. Однако аппараты, летящие со скоростью света, живут пока лишь в теории, которая напоминает фантастику, правда, научную.

КОРАБЛЬ РАЗМЕРОМ С ПЛАНЕТУ

Естественно, в первую очередь ученым пришла мысль использовать в двигателе корабля наиболее эффективную термоядерную реакцию - как уже частично освоенную (в военных целях). Однако для путешествия в оба конца со скоростью, близкой к световой, даже при идеальной конструкции системы, требуется отношение начальной массы к конечной не менее чем 10 в тридцатой степени. То есть звездолет будет походить на огромный состав с топливом величиной с маленькую планету. Запустить такую махину в космос с Земли невозможно. Да и собрать на орбите - тоже, недаром ученые не обсуждают этот вариант.

Весьма популярна идея фотонного двигателя, использующего принцип аннигиляции материи.

Аннигиляция - это превращение частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных. Наиболее изучена аннигиляция электрона и позитрона, порождающая фотоны, энергия которых и будет двигать звездолет. Расчеты американских физиков Ронана Кина и Вей-мин Чжана показывают, что на основе современных технологий возможно создание аннигиляционного двигателя, способного разогнать космический корабль до 70% от скорости света.

Однако дальше начинаются сплошные проблемы. К сожалению, применить антивещество в качестве ракетного топлива очень непросто. Во время аннигиляции происходят вспышки мощнейшего гамма-излучения, губительного для космонавтов. Кроме того, контакт позитронного топлива с кораблем чреват фатальным взрывом. Наконец, пока еще нет технологий для получения достаточного количества антивещества и его длительного хранения: например, атом антиводорода «живет» сейчас менее 20 минут, а производство миллиграмма позитронов обходится в 25 миллионов долларов.

Но, предположим, со временем эти проблемы удастся разрешить. Однако топлива все равно понадобится очень-очень много, и стартовая масса фотонного звездолета будет сравнима с массой Луны (по оценке Константина Феоктистова).

ПОРВАЛИ ПАРУС!

Наиболее популярным и реалистичным звездолетом на сегодняшний день считается солнечный парусник, идея которого принадлежит советскому ученому Фридриху Цандеру.

Солнечный (световой, фотонный) парус - это приспособление, использующее давление солнечного света или лазера на зеркальную поверхность для приведения в движение космического аппарата.
В 1985 году американским физиком Робертом Форвардом была предложена конструкция межзвездного зонда, разгоняемого энергией микроволнового излучения. Проектом предусматривалось, что зонд достигнет ближайших звезд за 21 год.

На XXXVI Международном астрономическом конгрессе был предложен проект лазерного звездолета, движение которого обеспечивается энергией лазеров оптического диапазона, расположенных на орбите вокруг Меркурия. По расчетам, путь звездолета этой конструкции до звезды эпсилон Эридана (10,8 световых лет) и обратно занял бы 51 год.

«Маловероятно, что по данным, полученным в путешествиях по нашей Солнечной системе, мы сможем существенно продвинуться вперед в понимании мира, в котором мы живем. Естественно, мысль обращается к звездам. Ведь раньше подразумевалось, что полеты около Земли, полеты к другим планетам нашей Солнечной системы не являются конечной целью. Проложить дорогу к звездам представлялось главной задачей».

Эти слова принадлежат не фантасту, а конструктору космических кораблей и космонавту Константину Феоктистову. По мнению ученого, ничего особо нового в Солнечной системе уже не обнаружится. И это при том, что человек пока долетел только до Луны...

Однако за пределами Солнечной системы давление солнечного света приблизится к нулю. Поэтому существует проект разгона солнечного парусника лазерными установками с какого-нибудь астероида.

Все это пока теория, однако первые шаги уже делаются.

В 1993 году на российском корабле «Прогресс М-15» в рамках роекта «Знамя-2» был впервые развернут солнечный парус 20-метровой ширины. При стыковке «Прогресса» со станцией «Мир» ее экипаж установил на борту «Прогресса» агрегат развертывания отражателя. В итоге отражатель создал яркое пятно 5 км в ширину, которое прошло через Европу в Россию со скоростью 8 км/с. Пятно света имело светимость, примерно эквивалентную полной Луне.

Итак, преимущество солнечного парусника - отсутствие топлива на борту, недостатки - уязвимость конструкции паруса: по сути, это тонкая фольга, натянутая на каркас. Где гарантия, что по дороге парус не получит пробоин от космических частиц?

Парусный вариант может подойти для запуска автоматических зондов, станций и грузовых кораблей, но непригоден для пилотируемых полетов с возвратом. Существуют и другие проекты звездолетов, однако они, так или иначе, напоминают вышеперечисленные (с такими же масштабными проблемами).

СЮРПРИЗЫ В МЕЖЗВЕЗДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Думается, путешественников во Вселенной поджидает множество сюрпризов. К примеру, едва высунувшись за пределы Солнечной системы, американский аппарат «Пионер-10» начал испытывать силу неизвестного происхождения, вызывающую слабое торможение. Высказывалось много предположений, вплоть до о неизвестных пока эффектах инерции или даже времени. Однозначного объяснения этому феномену до сих пор нет, рассматриваются самые различные гипотезы: от простых технических (например, реактивная сила от утечки газа в аппарате) до введения новых физических законов.

Другой аппарат, «Вояд-жер-1», зафиксировал на границе Солнечной системы область с сильным магнитным полем. В нем давление заряженных частиц со стороны межзвездного пространства заставляет поле, создаваемое Солнцем, уплотняться. Также аппарат зарегистрировал:

• рост количества высокоэнергетических электронов (примерно в 100 раз), которые проникают в Солнечную систему из межзвездного пространства;
• резкий рост уровня галактических космических лучей - высокоэнергетических заряженных частиц межзвездного происхождения.

И это только капля в море! Впрочем, и того, что сегодня известно о межзвездном океане, достаточно, чтобы поставить под сомнение саму возможность бороздить просторы Вселенной.

Пространство между звездами не пустое. Везде есть остатки газа, пыли, частицы. При попытке движения со скоростью, близкой к скорости света, каждый столкнувшийся с кораблем атом будет подобен частице космических лучей большой энергии. Уровень жесткой радиации при такой бомбардировке недопустимо повысится даже при полетах к ближайшим звездам.

А механическое воздействие частиц при таких скоростях уподобится разрывным пулям. По некоторым расчетам, каждый сантиметр защитного экрана звездолета будет непрерывно обстреливаться с частотой 12 выстрелов в минуту. Ясно, что никакой экран не выдержит такого воздействия на протяжении нескольких лет полета. Или должен будет иметь неприемлемую толщину (десятки и сотни метров) и массу (сотни тысяч тонн).

Собственно, тогда звездолет будет состоять в основном из этого экрана и топлива, которого потребуется несколько миллионов тонн. В силу этих обстоятельств полеты на таких скоростях невозможны, тем паче, что по дороге можно нарваться не только на пыль, но и на что-то покрупнее, или попасть в ловушку неизвестного гравитационного поля. И тогда гибель опять-таки неминуема. Таким образом, если и удастся разогнать звездолет до субсветовой скорости, то до конечной цели он не долетит - слишком много препятствий встретится ему на пути. Поэтому межзвездные перелеты могут осуществляться лишь с существенно меньшими скоростями. Но тогда фактор времени делает эти полеты бессмысленными.

Получается, что решить проблему транспортировки материальных тел на галактические расстояния со скоростями, близкими к скорости света, нельзя. Бессмысленно ломиться через пространство и время с помощью механической конструкции.

КРОТОВАЯ НОРА

Фантасты, стараясь побороть неумолимое время, сочинили, как «прогрызать дырки» в пространстве (и времени) и «сворачивать» его. Придумали разнообразные гиперпространственные скачки от одной точки пространства до другой, минуя промежуточные области. Теперь к фантастам присоединились ученые.

Физики принялись искать экстремальные состояния материи и экзотические лазейки во Вселенной, где можно передвигаться со сверхсветовой скоростью вопреки теории относительности Эйнштейна.

Так появилась идея кротовой норы. Эта нора осуществляет смычку двух частей Вселенной подобно прорубленному тоннелю, соединяющему два города, разделенные высокой горой. К сожалению, кротовые норы возможны только в абсолютном вакууме. В нашей Вселенной эти норки крайне неустойчивы: они попросту могут сколлапсировать до того, как туда попадет космический корабль.

Однако для создания стабильных кротовых нор можно использовать эффект, открытый голландцем Хендриком Казимиром. Он заключается во взаимном притяжении проводящих незаряженных тел под действием квантовых колебаний в вакууме. Оказывается, вакуум не совсем пуст, в нем происходят колебания гравитационного поля, в котором спонтанно возникают и исчезают частицы и микроскопические кротовые норы.

Остается только обнаружить одну из нор и растянуть ее, поместив между двумя сверхпроводящими шарами. Одно устье кротовой норы останется на Земле, другое космический корабль с околосветовой скоростью переместит к звезде - конечному объекту. То есть звездолет будет как бы пробивать тоннель. По достижении звездолетом пункта назначения кротовая нора откроется для реальных молниеносных межзвездных путешествий, продолжительность которых будет исчисляться минутами.

ПУЗЫРЬ ИСКРИВЛЕНИЯ

Сродни теории кротовых нор пузырь искривления. В 1994 году мексиканский физик Мигель Алькубьерре выполнил расчеты согласно уравнениям Эйнштейна и нашел теоретическую возможность волновой деформации пространственного континуума. При этом пространство будет сжиматься перед космическим кораблем и одновременно расширяться позади него. Звездолет как бы помещается в пузырь искривления, способный передвигаться с неограниченной скоростью. Гениальность идеи состоит в том, что космический корабль покоится в пузыре искривления, и законы теории относительности не нарушаются. Движется при этом сам пузырь искривления, локально искажающий пространство-время.

Несмотря на невозможность перемещаться быстрее света, ничто не препятствует перемещению пространства или распространению деформации пространства-времени быстрее света, что, как полагают, и происходило сразу после Большого взрыва при образовании Вселенной.

Все эти идей пока не укладываются в рамки современной науки, однако в 2012 году представители НАСА заявили о подготовке экспериментальной проверки теории доктора Алькубьерре. Как знать, может, и теория относительности Эйнштейна когда-нибудь станет частью новой глобальной теории. Ведь процесс познания бесконечен. А значит, однажды мы сможем прорваться чрез тернии к звездам.

Ирина ГРОМОВА

Краткий конспект встречи с Виктором Хартовым, генеральным конструктором Роскосмоса по автоматическим космическим комплексам и системам, в прошлом гендиректором НПО им. С.А.Лавочкина. Встреча прошла в Музее космонавтики в Москве, в рамках проекта “Космос без формул ”.

Полный конспект беседы.

Моя функция проведение единой научной технической политики. Я всю жизнь отдал автоматическому космосу. У меня есть некоторые мысли, я с вами поделюсь, а потом интересно ваше мнение.

Автоматический космос многогранен, и в нем я бы выделил 3 части.

1-я - прикладной, промышленный космос. Это связь, дистанционное зондирование Земли, метеорология, навигация. ГЛОНАСС, GPS это искусственное навигационное поле планеты. Тот, кто создает его, не получает никакой выгоды, выгоду получают те, кто его использует.

Съемка Земли очень коммерческая сфера. В этой области действуют все нормальные законы рынка. Спутники надо делать быстрее, дешевле и качественнее.

2-я часть - научный космос. Самое острие познания человечеством Вселенной. Понимать, как она образовалась 14 млрд лет тому назад, законы ее развития. Как шли процессы ев соседних планетах, как сделать так, чтобы Земля не стала похожа на них?

Барионная материя, которая вокруг нас - Земля, Солнце, ближайшие звезды, галактики - все это только 4-5% от общей массы Вселенной. Есть темная энергия, темная материя. Какие мы с вами цари природы, если все известные законы физики - всё только на 4%. Сейчас к этой проблеме «копают тоннель» с двух сторон. С одной стороны: Большой адронный коллайдер, с другой - астрофизика, за счет изучения звезд и галактик.

Мое мнение, что сейчас надсажать возможности и ресурсы человечства на тот же полет на Марс, травить нашу планету тучей пусков, сжигая озоновый слой - это не самое правильное действие. Мне кажется, что мы торопимся, пытаясь своими паровозными силами решить задачу, над которой работать надо не суетясь, с полным пониманием природы Вселенной. Найти следующий слой физики, новые законы, позволяющие преодолеть все это.

Сколько это будет длиться? Неизвестно, но надо нарабатывать данные. И здесь роль космоса велика. Тот же Hubble, работающий массу лет, приносит пользу, скоро будет смена James Webb . Чем научный космос отличается кардинально - это тем, что уже умеет человек, второй раз делать не надо. Нужно делать новое и следующее. Каждый раз новая целина - новые шишки, новые проблемы. Редко научные проекты делаются в тот срок, который планировали. Мир к подобному относится достаточно спокойно, кроме нас. У нас есть закон 44-ФЗ: если не сдал вовремя проект - то сразу штрафы, разоряющие фирму.

Но у нас уже летает "Радиоастрон ", которому в июле будет 6 лет. Уникальный спутник. У него 10-метровая антенна высокой точности. Главная его особенность в том, что он работает вместе с наземными радиотелескопами, причем в режиме интерферометра, и очень синхронно. Ученые просто плачут от счастья, особенно академик Николай Семенович Кардашев, который в 1965 году издал статью, где он обосновал возможность этого опыта. Над ним смеялись, а сейчас он счастливый человек, который задумал это и видит сейчас результаты.

Хотелось бы чтобы наша космонавтика почаще счастливила ученых и запускала побольше таких передовых проектов.

Следующий "Спектр-РГ" находится в цехе, работа идет. Он полетит на полтора миллионов километров от Земли в точку L2, мы там впервые будем работать, ждем с неким трепетом.

3-я часть - «новый космос». О новых задачах в космосе для автоматов на околоземной орбите.

Обслуживание на орбите. Это инспекция, модернизация, ремонты, заправка. Задача очень интересная с точки зрения инженерии, и для военных интересно, но экономически очень дорогая, пока возможность обслуживания превышает стоимость обслуживаемого аппарата, поэтому такое целесообразно для уникальных миссий.

Когда спутники летают столько, сколько хочешь, возникает две проблемы. Первая - аппараты морально стареют. Спутник живой еще, а на Земле уже сменились стандарты, протоколы новые, диаграммы и так далее. Вторая проблема - кончается топливо.

Разрабатываются полностью цифровые полезные нагрузки. Путем программирования им можно менять модуляцию, протоколы, назначение. Вместо спутника связи аппарат может стать спутником-ретранслятором. Эта тема очень интересная, я уж про военное применение не говорю. А также она снижает производственные затраты. Это первый тренд.

Второй тренд - это заправка, обслуживание. Сейчас уже ставятся опыты. Проекты предполагают обслуживание спутников, которые делались без учета этого фактора. Кроме заправки будет отрабатываться еще и доставка дополнительной полезной нагрузки, достаточно автономной.

Следующий тренд - многоспутниковость. Постоянно растут потоки. Добавляется М2М - этот интернет вещей, системы виртуального присутствия, и многое другое. Все хотят пользоваться потоками с мобильных устройств, с минимальными задержками. На низкой орбите у спутника снижаются требования по мощности, снижаются объемы аппаратуры.

SpaceX подала в федеративную комиссию по связи США заявку на создание системы на 4000 космических аппаратов для мировой высокоскоростной сети. В 2018 году OneWeb начинает развертывать систему, состоящую сначала из 648 спутников. Недавно расширили проект до 2000 спутников.

Примерная такая же картина наблюдается в области ДЗЗ - нужно в любой момент времени видеть любую точку планеты, в максимальном количестве спектров, с максимальными деталями. Нужно поместить на низкую орбиту чертову тучу мелких спутников. И создать супер-архив, куда будет сбрасываться информация. Это даже не архив, а актуализированная модель Земли. И любое количество клиентов может брать то, что им надо.

Но картинки - это первый этап. Всем нужны данные обработанные. Это та область, где есть простор для творчества - как из этих картинок, в разных спектрах, «намыть» прикладные данные.

Но что значит многоспутниковая система? Спутники должны быть дешевыми. Спутник должен быть легким. Заводу с идеальной логистикой ставят задачу производить по 3 штуки в день. Сейчас делают один спутник в год или в полтора. Нужно научиться решать целевую задачу, используя эффект многоспутниковости. Когда спутников много, они могут решать задачу как один спутник, например создать синтезированную апертуру, вот как «Радиоастрон».

Еще один тренд - перевод любой задачи в плоскость вычислительных задач. Например, радиолокация входит в острое противоречие с идеей маленького легкого спутника, там нужна мощность, чтобы сигнал послать-принять и прочее. Есть только один способ: Землю облучает масса аппаратов - ГЛОНАСС, GPS, спутники связи. Все светят на Землю и что-то от нее отражается. И тот, кто научится из этого мусора вымывать полезные данные, тот и будет царем горы в этом деле. Это очень сложная вычислительная задача. Но она того стоит.

А дальше, представьте: сейчас всеми спутниками управляют, как с японской игрушкой [Томагочи]. Все очень любят теле-командный метод управления. Но в случае с многоспутниковыми группировками требуется полная автономность, разумность сети.

Так как спутники малые, то сразу возникает вопрос: «а мусора же вокруг Земли и так много»? Сейчас есть международный мусорный комитет, где принята рекомендация, гласящая, что спутник должен за 25 лет точно сойти с орбиты. Для спутников на высоте 300-400 км это нормально, они об атмосферу тормозят. А аппараты OneWeb на высоте 1200 км будут летать, сотни лет.

Борьба с мусором - это новое применение, которое создало человечество само себе. Если мусор мелкий, то его нужно накапливать в какой-то большой сети или в пористом куске, который летает и впитывает мелкий мусор. А если крупный мусор, то его незаслуженно называют мусором. Человечество потратило деньги, кислород планеты, вывело в космос ценнейшие материалы. Половина счастья - его уже вывели, поэтому можно применить его там.

Есть такая утопия, с которой я ношусь, некая модель хищника. Аппарат, который достигает этот ценный материал, в некоем реакторе превращает его в субстанцию типа пыли, и часть этой пыли применяют в гигантском 3д-принтере, чтобы создать часть себе подобного в будущем. Это пока далекое будущее, но эта идея решает задачу, потому что любая погоня за мусором - главное проклятие - баллистика.

Мы не всегда чувствуем, что человечество очень ограничено, с точки зрения маневров возле Земли. Поменять наклон орбиты, высоту — это колоссальные затраты энергии. Нам сильно испортила жизнь яркая визуализация космоса. В фильмах, в игрушках, в «Звездных Войнах», где люди так непринужденно туда-сюда летают и все, воздух им не мешает. Медвежью услугу нашей отрасли оказала эта «правдоподобная» визуализация.

Мне очень интересно узнать мнение по поводу изложенного. Потому что сейчас в нашем институте мы проводим компанию. Я собирал молодежь и тоже самое говорил, и предложил каждому написать эссе на эту тему. Наш космос ведь обрюзг. Опыт получен, но наши законы, как вериги на ногах, иногда очень мешают. С одной стороны, они писаны кровью, всё понятно, а с другой: через 11 лет после запуска первого спутника человек ступил на Луну! С 2006 по 2017 гг. ничего не поменялось.

Сейчас есть объективные причины - все физические законы выработаны, все топливо, материалы, основные законы и все технологические заделы на базе них были применены в предыдущих веках, т.к. новой физики нет. Кроме этого, есть еще один фактор. Вот когда пускали Гагарина, риск был колоссален. Когда американцы летали к Луне, они сами оценивали, что было процентов 70%, риска, но тогда система была такая, что…

Давала право на ошибку

Да. Система признавала, что риск есть, и находились люди, которые ставили свое будущее на карту. «Я принимаю решение, что Луна твердая» и так далее. Над ними не было механизма, который мешал бы принимать такие решения. Сейчас NASA жалуется «Бюрократия все придавила». Возведено в фетиш стремление к 100% надежности, но это бесконечная апроксимация. И никто не может принять решение потому что: а) нет таких авантюристов, кроме Маска, б) созданы механизмы, которые не дают права на риск. Все скованны предыдущим опытом, который материализован в виде нормативных актов, законов. И в этой паутине космос двигается. Явный прорыв, который есть за последние годы - это тот же самый Илон Маск.

Мои домыслы на базе некоторых данных: это было решение NASA вырастить такую компанию, которая не боялась бы рисковать. Илон Маск иногда завирается, но дело делает и движется вперед.

Из того, что вы рассказали, что разрабатывается в России сейчас?

У нас есть Федеральная космическая программа и у нее две цели. Первая - удовлетворить потребности федеральных органов исполнительной власти. Вторая часть - научный космос. Это «Спектр-РГ». И мы должны через 40 лет вновь научиться возвращаться на Луну.

К Луне почему этот ренессанс? Да потому что на Луне в районе полюсов замечено какое-то количество воды. Проверка того, что там есть вода - важнейшая задача. Есть версия, что ее кометы натаскали за миллионы лет, тогда это особенно интересно, ведь кометы прилетают с других звездных систем.

Мы вместе с европейцами выполняем программу «ЭкзоМарс ». Был старт первой миссии, мы уже долетели, и «Скиапарелли» благополучно вдребезги разбился. Ждем, когда туда прилетит миссия №2. 2020 год пуск. Когда две цивилизации сталкиваются в тесной «кухне» одного аппарата проблем много, но уже стало легче. Научились работать в команде.

Вообще научный космос — это то поле, где человечеству нужно работать вместе. Он очень дорогой, прибыли не дает, и поэтому крайне важно научиться складывать силы финансовые, технические и интеллектуальные.

Получается все задачи ФКП решаются в современной парадигме производства космической техники.

Да. Совершенно верно. И до 2025 года - это интервал действия этой программы. Конкретных проектов нового класса нет. Есть договоренность с руководством Роскосмоса, если будет проект доведен до правдоподобного уровня, тогда поставим вопрос включения в федеральную программу. Но в чем разница: у нас у всех желание припасть к деньгам бюджета, а в США есть люди, которые свои деньги готовы вкладывать в такое дело. Я понимаю, что это глас вопиющего в пустыне: где наши олигархи, вкладывающие в такие системы? Но не дожидаясь их мы ведем стартовые работы.

Я считаю, что здесь как раз нужно два клича кликать. Сначала искать такие прорывные проекты, команды, которые готовы их реализовывать и тех, то готов в них вкладываться.

Я знаю, что есть такие команды. Мы с ними консультируемся. Мы вместе помогаем им, чтобы они вышли на реализацию.

Планируется ли радиотелескоп на Луне? И второй вопрос по поводу космического мусора и эффекта Кеслера. Эта задача актуальна, и планируются ли приниматься какие-то меры по этому поводу?

Начну с последнего вопроса. Я же говорил, что человечество очень серьезно к этому относится, ведь оно создало мусорный комитет. Спутники нужно уметь сводить с орбиты или отводить на безопасные. А так нужно делать надежные спутники, чтобы они «не помирали». А впереди такие футуристические проекты, про которые я говорил ранее: Большая губка, «хищник», и т.п.

«Мина» может сработать в случае какого-то конфликта, если военные действия пойдут в космосе. Поэтому надо за мир в космосе бороться.

Вторая часть вопроса про Луну и радиотелескоп.

Да. Луна - с одной стороны классно. Вроде бы в вакуум, но вокруг нее существует некая пылевая экзосфера. Пыль там крайне агрессивная. Какого рода задачи можно решать с Луны - это еще надо разобраться. Не обязательно ставить большущее зеркало. Есть проект - корабль опускается и от него бегут в разные стороны «тараканы», который тащат кабели, и в результате получается большая радиоантенна. Некоторое количество таких проектов лунных радиотелескопов гуляет, но прежде всего нужно ее изучить и понять.

Пару лет назад Росатом заявил, что готовит чуть ли не эскизный проект ядерно-двигательной установки для полетов, в том числе к Марсу. Эта тема как-нибудь развивается или заморожена?

Да, она идет. Это создание транспортно-энергетического модуля, ТЭМ. Там стоит реактор и система преобразовывает его тепловую энергию в электрическую, и задействованы очень мощные ионные двигатели. Есть с десяток ключевых технологий, вот по ним идет работа. Достигнут весьма существенный прогресс. Практически полностью ясна конструкция реактора, практически созданы очень мощные ионные двигатели по 30 кВт. Недавно видел их в камере, идет отработка. Но главное проклятие - это тепло, надо сбросить 600 кВт - та еще задача! Радиаторы под 1000 кв м. Сейчас работают над поиском других подходов. Это капельные холодильники, но они еще находятся в ранней фазе.

Ориентировочно есть какие-то даты?

Демонстратор собираются где-то в пределах до 2025 года запустить. Стоит такая задача. Но это зависит от нескольких ключевых технологий, по которым идет отставание.

Вопрос возможно полушуточный, но какие ваши мысли про известно электромагнитное ведро?

Про этот двигатель знаю. Я же вам сказал, что с тех пор как я узнал, что есть темная энергия и темная материя, я перестал полностью базироваться на учебнике физики за среднюю школу. Немцы ставили опыты, они точный народ, и видели, что эффект есть. А это полностью противоречит моему высшему образованию. В России как-то делали эксперимент на спутнике «Юбилейный» с двигателем без отброса массы. Были за, были против. После испытаний обе стороны получили твердейшие подтверждение своей правоты.

Когда запускали первый «Электро-Л», в прессе были жалобы, тех же метеорологов, что спутник не удовлетворяет их нуждам, т.е. спутник ругали еще до того, как он сломался.

Он должен был работать в 10 спектрах. В части спектров, в 3-х, по-моему, качество картинки было не то, которое идет с западных спутников. Наши пользователи привыкли к полностью товарным продуктам. Если бы других картинок не было, то метеорологи были бы счастливы. Второй спутник в существенной степени доработан, улучшена математика, так что сейчас они вроде как удовлетворены.

Продолжение «Фобос-Грунта» «Бумеранг» - будет ли это новый проект или это будет повторение?

Когда делали «Фобос-Грунт» я был директором НПО им. С.А. Лавочкина. Этот тот пример, когда количество нового превышает разумный предел. К сожалению, не хватило интеллекта для того, чтобы учесть всё. Миссия должна быть повторена, в частности потому что она приближает возврат грунта с Марса. Задел будет применен, идеологический, баллистические расчеты и прочее. А так, техника должна быть другая. На базе этих заделов, которые мы получим по Луне, по еще чему-то… Где уже будут части, которые позволят снизить технические риски полного новья.

Кстати, знаете, что японцы собираются реализовать свой «Фобос-Грунт»?

Они не знают еще, что Фобос очень страшное место, там все гибнут.

У них был опыт с Марсом. И там тоже много чего погибло.

Тот же Марс. До 2002 года Штаты и Европа имели, кажется, 4 неудачных попытки добраться до Марса. Но они проявили американский характер, и каждый год пуляли и выучились. Сейчас же они делают чрезвычайно красивые вещи. Я был в Jet Propulsion Laboratory на посадке марсохода Curiosity . Мы к тому времени уже угробили «Фобос». Вот где я плакал, практически: у них спутники летают вокруг Марса давно. Они так выстроили эту миссию, что пришло фото парашюта, который открылся в процессе посадки. Т.е. они со своего спутника смогли данные получить. Но это путь не простой. У них было несколько провальных миссий. Но они продолжали и сейчас достигли определенных успехов.

Миссия, которую они разбили, Mars Polar Lander. У них причина неудачи миссии была «недофинансирование». Т.е. госслужбы посмотрели и сказали, мы вам денег не додали, мы виноваты. Мне кажется, что это практически невозможно в наших реалиях.

Не то слово. У нас надо найти конкретного виновника. На Марсе нам надо догонять. Конечно еще есть Венера, которая до сих пор числилась российской или советской планетой. Сейчас с США идут серьезные переговоры о том, чтобы вместе сделать миссию к Венере. США хотят посадочные модули с высокотемпературной электроникой, которые будут нормально работать при больших градусах, без теплозащиты. Можно аэростаты или самолетик сделать. Интересный проект.

Выражаем благодарность