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.

Специалисты по исследованию планет определили приоритеты в изучении Солнечной Системы.

Людей, родившихся уже в эпоху освоения космоса, книги о Солнечной системе, вышедшие до 1957 г., зачастую приводят в состояние шока. Как мало старшее поколение знало, не имея даже представления об огромных вулканах и каньонах Марса, по сравнению с которыми гора Эверест кажется лесным муравейником, а Большой каньон похож на кювет у обочины. Возможно, ранее считали, что под облаками Венеры могут скрываться роскошные влажные джунгли, или бескрайняя сухая пустыня, или бурлящий океан, или огромные смоляные болота — все, что угодно, но только не то, что оказалось на самом деле: огромные вулканические поля — сцены Ноева потопа из застывшей магмы. Вид Сатурна ранее представлялся унылым: два расплывчатых кольца, тогда как сегодня мы можем любоваться сотнями и тысячами изящных колечек. Спутники планет-гигантов были пятнами, а не фантастическими ландшафтами с метановыми озерами и пылевыми гейзерами.

В те годы все планеты выглядели как малые островки света, а Земля казалась гораздо больше, чем сегодня. Никто и никогда не видел нашу планету со стороны: голубой мрамор на черном бархате, покрытый тонким слоем воды и воздуха. Никто не знал, что Луна была обязана своим рождением удару, или что гибель динозавров произошла единовременно. Никто до конца не понимал, как человечество может полностью изменить окружающую среду на всей планете. Кроме того, космическая эра обогатила нас знаниями о природе и открыла новые перспективы.

С момента запуска спутника в исследованиях планет несколько раз случались взлеты и падения. Например, в 1980-е гг. работы почти застопорились. Сегодня десятки зондов различных стран бороздят Солнечную систему — от Меркурия до Плутона. Но бюджет урезают, расходы растут и не всегда приводят к нужному результату, что бросает тень на NASA. В настоящее время агентство переживает далеко не лучший период своей истории с тех пор, как 35 лет назад Никсон закрыл программу «Аполлон».

«Специалисты NASA продолжают поиск приоритетных направлений, по которым будут проводиться исследования, — говорит Энтони Джанетос (Anthony Janetos ) из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, член Национального исследовательского совета (NRC), курирующего программу NASA по наблюдению Земли. — Они исследуют космос? Они изучают человека или занимаются чистой наукой? Они рвутся к галактикам или ограничиваются Солнечной системой? Их интересуют шаттлы и космические станции или только природа нашей планеты?»

В принципе, такое развитие событий должно дать плоды. Должны возродиться не только программы с использованием автоматических зондов, но и пилотируемые космические полеты. Президент Джордж Буш определил в 2004 г. цель — ступить на поверхность Луны и Марса. Несмотря на всю спорность этой затеи, в NASA за нее ухватились. Но трудность состояла в том, что все это быстро превратилось в нефинансируемое поручение и заставило агентство пробивать стену, традиционно «защищающую» научные и пилотируемые программы от перерасхода средств. «Я полагаю, все знают, что у агентства недостаточно денег для проведения всех необходимых работ, — говорит Билл Клейбо (Bill Claybaugh ), директор отдела исследований и анализа NASA. — На космические агентства других стран деньги тоже не льются золотым дождем».

NRC временами делает шаг назад и интересуется, как обстоят дела с планетными исследованиями в мире. Поэтому мы представляем список приоритетных целей.

1. Мониторинг климата Земли

В 2005 г. комиссия Национального исследовательского совета пришла к выводу: «существует риск того, что система спутников наблюдения за окружающей средой выйдет из строя». С тех пор ситуация изменилась. NASA за пять лет перебросило $600 млн с проектов исследования Земли на программу поддержки шаттлов и космической станции. В то же время развитие новой национальной системы спутников на полярных орбитах для наблюдения Земли превысило бюджет и должно быть урезано. Это касается приборов, исследующих глобальное потепление, измеряющих падающее на Землю солнечное излучение и отражающиеся от поверхности Земли инфракрасные лучи.

В результате более 20 спутников Системы наблюдения Земли закончат функционировать еще до того, как им на смену придут новые аппараты. Ученые и инженеры надеются, что смогут некоторое время поддерживать их в рабочем состоянии. «Мы готовы работать, но сейчас нам нужен план, — утверждает Роберт Кахалан (Robert Cahalan ), руководитель отдела климата и излучения Годдардовского центра космических полетов NASA. — Нельзя ждать, пока они сломаются».

Если спутники перестанут функционировать до того, как им придет замена, то возникнет пробел в поступлении данных, затрудняющий отслеживание изменений. Например, если аппараты следующего поколения заметят, что Солнце стало ярче, то трудно будет понять, действительно ли это так, или неверно откалиброваны приборы. Если не будут проводиться непрерывные наблюдения со спутников, данный вопрос не решить. Наблюдения поверхности Земли со спутников Landsat , проводившиеся с 1972 г., уже несколько лет как прекращены, и Министерство сельского хозяйства США вынуждено покупать данные с индийских спутников для наблюдений за урожаем.

Комиссия NRC призывает восстановить финансирование и в будущем десятилетии запустить 17 новых аппаратов, следящих за ледовым покровом и содержанием двуокиси углерода, чтобы изучить влияние таких факторов на погоду и улучшить методы ее прогноза. К сожалению, исследование климата оказывается между рутинным наблюдением за погодой (задача NOAA) и наукой (этим занимается NASA). «Основная проблема в том, что никому не поручено заниматься мониторингом климата», — считает климатолог Дрю Шиндел (Drew Shindell ) из Годдардовского центра космических исследований NASA. Как и многие другие ученые, он полагает, что правительственные климатические программы, распределенные по разным ведомствам, должны быть собраны вместе и переданы одному управлению, которое будет заниматься только этой тематикой.

План действий

• Финансировать 17 новых спутников, предлагаемых NASA в будущем десятилетии (стоимость — около $500 млн в год).
• Основать управление по исследованию климата.

2. Подготовка защиты от астероидов

Астероидная угроза

Астероиды диаметром 10 км (убийцы динозавров) падают на землю в среднем раз в 100 млн лет. Астероиды диаметром около 1 км (глобальные разрушители) — раз в полмиллиона лет. Астероиды размером 50 м, способные разрушить город, — раз в тысячелетие.

«Обзор для космической защиты» выявил более 700 тел километрового размера, но все они не опасны для нас в ближайшие века. Однако этот обзор сможет обнаружить не более 75% таких астероидов.

Шанс, что среди необнаруженных 25% окажется астероид, который упадет на землю, мал. Средний риск составляет до 1 тыс. Погибших человек в год. Риск от астероидов меньшего размера — в среднем до 100 человек в год.

Астероид такой огромный, а космический зонд так мал... но дайте время, и даже слабая ракета сможет отклонить гигантскую скалу с ее опасной орбиты

Как и мониторинг климата, защита планеты от астероидов, по-видимому, оказалась как бы «между двумя стульями». Ни NASA, ни Европейское космическое агентство (European Space Agency , ESA) не имеют мандата на спасение человечества. Лучшее, что они сделали, — программа «Обзор для космической защиты» (Spaceguard Survey , NASA) с бюджетом $4 млн в год по поиску в околоземном пространстве тел диаметром более 1 км, которые могут причинить вред не только какому-либо региону планеты, но и Земле в целом. Однако пока никто не занимается систематическим поиском более мелких «региональных разрушителей», которых в окрестности Земли должно быть около 20 тыс. Не существует и Управления космических угроз, которое бы объявляло тревогу в случае необходимости. Если бы технология защиты существовала, понадобилось бы не менее 15 лет, чтобы обеспечить защиту от опасного вторжения. «Сейчас в США нет всеобъемлющего плана», — говорит Ларри Лемке (Larry Lemke ), инженер Эймсонского центра NASA.

На запрос Конгресса в марте 2007 г. NASA опубликовало доклад, в котором сказано, что выявление тел размером от 100 до 1000 м можно возложить на Большой обзорный телескоп (Large Sinoptic Survey Telescope , LSST), разрабатываемый для обзора неба и поиска новых объектов. Разработчики этого проекта считают, что в том виде, в каком телескоп был задуман, он сможет за 10 лет работы (2014-2024 гг.) обнаружить 80% указанных тел. При вложении в проект дополнительных $100 млн эффективность может возрасти до 90%.

Как и у всех наземных инструментов, возможности телескопа LSST ограничены. Во-первых, у него есть слепая зона: наиболее опасные объекты, движущиеся вблизи орбиты Земли немного впереди или позади нашей планеты, он может наблюдать только в лучах утренней или вечерней зари, когда солнечные лучи мешают обнаруживать их. Во-вторых, этот телескоп может определять массу астероида только косвенно — по его блеску. При этом оценка массы может различаться вдвое: большой темный астероид можно спутать с маленьким, но светлым. «А такое различие может оказаться очень важным, если нам необходима защита», — считает Клейбо.

Для решения этих проблем NASA решило построить инфракрасный космический телескоп стоимостью $500 млн и вывести его на орбиту вокруг Солнца. Он сможет фиксировать любую угрозу Земле и, наблюдая небесные тела в разных длинах волн, определять их массу с ошибкой не более 20%. «Если вы хотите все сделать правильно, то надо из космоса наблюдать в инфракрасном диапазоне», — говорит Дональд Йоманс (Donald Yeomans ) из Лаборатории реактивного движения, соавтор доклада.

Что делать, если астероид уже движется в направлении нашей планеты? Эмпирическое правило гласит: для отклонения астероида на величину радиуса Земли нужно за десять лет до столкновения изменить его скорость на миллиметр в секунду, толкая его ядерным взрывом или оттягивая гравитационным притяжением.

В 2004 г. комиссия NASA по экспедициям к околоземным объектам рекомендовала провести испытания. Согласно проекту «Дон Кихот» стоимостью $400 млн, предполагается изменить его траекторию движения за счет удара о четырехсоткилограммовое препятствие. Выброс вещества после столкновения в результате реактивного эффекта сместит направление астероида, но никто не знает, насколько сильным окажется данный эффект. Определение этого и есть главная задача проекта. Ученые должны найти тело на такой далекой орбите, чтобы случайно своим ударом не перевести его на встречный курс с Землей.

Весной 2008 г. ESA закончило предварительный проект и тут же из-за отсутствия денег положило его на полку. Для осуществления своих планов оно попробует объединить усилия с NASA и/или Японским космическим агентством (Japan Aerospace Exploration Agency , JAXA).

План действий

• Расширенный поиск астероидов, включая мелкие тела, возможно, с помощью специального космического инфракрасного телескопа.
• Эксперимент по управляемому отклонению астероида.
• Развитие официальной системы оценки потенциальной опасности.

3. Поиск новой жизни

До запуска спутника ученые считали Солнечную систему настоящим раем. Затем оптимизма поубавилось. Оказалось, что сестра Земли — сущий ад. Подлетев же к пыльному Марсу, «Маринеры» обнаружили, что его покрытый кратерами ландшафт похож на лунный; сев на его поверхность, «Викинги» не смогли найти ни одной органической молекулы. Но позже обнаружились места, пригодные для жизни. Все еще подает надежды Марс. Спутники планет, особенно Европа и Энцелад, видимо, обладают большими подповерхностными морями и огромным количеством исходного вещества для формирования жизни. Даже Венера могла быть когда-то покрыта океаном. На Марсе NASA ищет не сами организмы, а следы их существования в прошлом или настоящем, ориентируясь на наличие воды. Последний зонд «Феникс», запущенный в августе, должен в 2008 г. сесть в неизученной северной полярной области. Это не марсоход, а стационарный аппарат с манипулятором, способным разрыть почву вглубь на несколько сантиметров для поиска отложений льда. Готовится к полету и «Марсианская научная лаборатория» (Mars Science Laboratory , MSL) стоимостью $1,5 млрд — марсоход размером с автомобиль, который должен быть запущен в конце 2009 г. и совершить посадку через год.

Но постепенно ученые вернутся к прямому поиску живых организмов или их остатков. В 2013 г. ESA планирует запустить зонд «ЭкзоМарс» (ExoMars ), оснащенный такой же лабораторией, как у «Викингов», и буром, способным углубиться в грунт на 2 м — достаточно, чтобы достичь слоев, где не разрушаются органические соединения.

Многие специалисты по планетам считают приоритетным направлением изучение породы, доставленной с Марса на Землю. Анализ даже небольшого ее количества даст возможность глубоко проникнуть в историю планеты, как это сделала программа «Аполлон» в отношении Луны. Проблемы с бюджетом NASA отодвинули многомиллиардный проект к 2024 г., но Агентство уже приступило к модернизации аппарата MSL, чтобы он мог сохранить образцы коллекции.

Что касается спутника Юпитера — Европы, то ученые также хотели бы иметь орбитальный аппарат, чтобы измерить, как форма и гравитационное поле спутника откликаются на приливное влияние со стороны Юпитера. Если внутри спутника жидкость, его поверхность будет подниматься и опускаться на 30 м, а если нет — всего на 1 м. Магнитометр и радар помогут заглянуть под поверхность и, возможно, нащупать океан, а фотокамеры позволят составить карту поверхности для подготовки к посадке и бурению.

Естественным продолжением работы «Кассини» вблизи Титана были бы орбитальный и посадочный аппараты. Атмосфера Титана похожа на земную, что позволяет использовать аэростат с горячим воздухом, который время от времени сможет опускаться на поверхность и брать образцы. Целью всего этого, указывает Джонатан Лунин (Jonatan Lunine ) из Аризонского университета, стал бы «анализ находящейся на поверхности органики, чтобы проверить, происходит ли продвижение в самоорганизации вещества, с которого, как думают многие специалисты, началось зарождение жизни на Земле».

В январе 2007 г. NASA приступало к рассмотрению этих проектов. Агентство планирует в 2008 г. сделать выбор между Европой и Титаном. Зонд стоимостью $2 млрд, возможно, будет запущен уже в ближайшие десять лет. Второму небесному телу придется ждать еще лет десять.

В конце концов, может оказаться, что земная жизнь уникальна. Это было бы печально, но вовсе не означало бы, что все усилия затрачены впустую. По словам Брюса Якоски (Bruce Jacosky ), директора Астробиологического центра Колорадского университета, астробиология позволяет понять, насколько разнообразной может быть жизнь, каковы ее предпосылки, и как она зарождалась на нашей планете 4 млрд лет назад.

План действий

• Получение образцов марсианского грунта.
• Подготовка к исследованию Европы и Титана.

4. Разгадка происхождения планет

Как и зарождение жизни, формирование планет было сложным, многоступенчатым процессом. Юпитер был первым и затем управлял другими. Как долго шло это образование? Или он зародился в едином гравитационном сжатии, как малая звезда? Сформировался ли он вдали от Солнца и затем приблизился к нему, как об этом свидетельствует аномально высокое содержание в нем тяжелых элементов? И мог ли он при этом расталкивать на своем пути небольшие планеты? Спутник Юпитера «Юнона», который NASA собирается запустить в 2011 г., должен помочь ответить на эти вопросы.

Разобраться с формированием планет помогло бы и развитие идеи зонда «Стардаст», который в 2006 г. доставил образцы пыли из комы, окружающей твердое ядро кометы. По словам руководителя проекта Дональда Браунли (Donald Brownlee ) из Вашингтонского университета, «Стардаст» показал, что кометы были колоссальными сборщиками вещества протосолнечной туманности на ранней стадии формирования Солнечной системы, которое застыло во льду и сохранилось до наших дней. «Стардаст» доставил замечательные пылинки из внутренней области Солнечной системы, из внесолнечных источников и, по-видимому, даже из разрушенных объектов типа Плутона, но их очень мало». JAXA планирует получить образцы из ядер комет.

Площадкой для астроархеологических исследования может стать и Луна. Она была своеобразным Розеттским камнем для понимания истории столкновений в молодой Солнечной системе, поскольку помогла связать относительный возраст поверхности, определенный путем подсчета кратеров, с абсолютной датировкой образцов, доставленных «Аполлоном» и российской «Луной». Но в 1960-е гг. посадочные аппараты посетили лишь несколько мест. Они не добрались до кратера Эйткен — бассейна величиной с континент на обратной стороне, возраст которого может указывать время окончания формирования планет. NASA сейчас решает вопрос о посылке туда робота, чтобы он взял образцы и доставил их на Землю.

Еще одна загадка Солнечной системы заключается в том, что астероиды Главного пояса, по-видимому, возникли до появления Марса, который, в свою очередь, сформировался раньше Земли. Похоже, что волна формирования планет шла внутрь, вероятно, спровоцированная Юпитером. Но вписывается ли Венера в эту закономерность? Ведь эта планета с ее кислотными облаками, огромным давлением и адской температурой — не самое приятное место для посадки. В 2004 г. NRC рекомендовал забросить туда аэростат, который сможет на короткое время опуститься на поверхность, взять образцы, а затем набрать необходимую высоту, чтобы проанализировать их или отправить на Землю. В середине 1980-х гг. Советский Союз уже посылал на Венеру космические аппараты, а сейчас Российское космическое агентство планирует запуск нового спускаемого аппарата.

Изучение формирования планет в некоторой степени похоже на исследования происхождения жизни. Венера расположена на внутреннем краю зоны жизни, Марс — на внешнем, а Земля — посередине. Понять различие между этими планетами значит продвинуться в поисках жизни вне Солнечной системы.

План действий

• Получить образцы вещества с ядер комет, Луны и Венеры.

5. За переделом Солнечной системы

Два года назад легендарные «Вояджеры» преодолели финансовый кризис. Когда NASA объявило, что собирается закрыть проект, протесты общественности вынудили их продолжить работу. Ничто из созданного руками человека не удалялось от нас настолько, как «Вояджер-1»: на 103 астрономических единицы (а.е.), т. е. в 103 раза дальше, чем Земля от Солнца, и каждый год к этому добавляется по 3,6 а.е. В 2002 или 2004 г. (по разным оценкам) он достиг загадочной многослойной границы Солнечной системы, где частицы солнечного ветра сталкиваются с потоком межзвездного газа.

Но «Вояджеры» были созданы для изучения внешних планет, а не межзвездного пространства. Их плутониевые источники энергии иссякают. Уже давно в NASA думают создать специальный зонд, и доклад NRC по солнечной физике от 2004 г. советует агентству начать работу в данном направлении.

Внешние границы

Межзвездный зонд должен исследовать приграничную область Солнечной системы, где газ, выброшенный Солнцем, встречается с межзвездным газом. Он должен иметь скорость, долговечность и оснащение, которых нет у «Вояджеров» и «Пионеров»

Зонд должен измерить содержание аминокислот в межзвездных частицах, чтобы определить, сколько сложного органического вещества попало в Солнечную систему извне. Ему также необходимо найти частицы антивещества, которые могли родиться в миниатюрных черных дырах или темном веществе. Он должен определить, как граница Солнечной системы отражает вещество, включая космические лучи, способные влиять на земной климат. Еще ему надо выяснить, присутствует ли в окружающем нас межзвездном пространстве магнитное поле, которое может играть важную роль в формировании звезд. Этот зонд можно использовать как миниатюрный космический телескоп для проведения космологических наблюдений, свободных от влияния межпланетной пыли. Он помог бы изучить так называемую аномалию «Пионеров» — необъяснимую силу, действующую на два далеких космических зонда «Пионер-10» и «Пионер-11», а также проверить общую теорию относительности Эйнштейна, указав, где гравитация Солнца собирает лучи света далеких источников в фокус. С его помощью можно было бы детально изучить одну из ближайших звезд, например эпсилон Эридана, хотя чтобы добраться туда, потребуются десятки тысяч лет.

Чтобы достичь небесного тела на расстоянии сотен астрономических единиц за время жизни ученого (и плутониевого источника энергии), нужно разогнаться до скорости 15 а.е. в год. Для этого можно использовать один из трех вариантов — тяжелый, средний или легкий, соответственно, с ионным двигателем, питающимся от ядерного реактора, либо солнечный парус.

Тяжелый (36 т) и средний (1 т) зонды были разработаны в 2005 г. командами под руководством Томаса Цурбухена (Tomas Zurbuchen ) из Мичиганского университета в Анн-Арборе и Ральфа Макнатта (Ralph McNutt ) из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса. Но более приемлемым для запуска выглядит самый легкий вариант. ESA рассматривает сейчас предложение международной команды ученых под руководством Роберта Виммер-Швайнгрубера (Robert Wimmer-Schweingruber ) из университета в Киле, Германия. К этому проекту может присоединиться и NASA.

Солнечный парус диаметром 200 м сможет разогнать пятисоткилограммовый зонд. После запуска с Земли он должен устремиться к Солнцу и пройти как можно ближе к нему (внутри орбиты Меркурия), чтобы поймать мощный напор солнечного света. Как спортсмен-виндсерфингист, космический корабль будет двигаться галсами. Перед орбитой Юпитера он должен сбросить парус и полететь свободно. Но прежде инженеры должны разработать достаточно легкий парус и испытать его в упрощенном варианте.

«Такой полет под эгидой ESA или NASA будет следующим логическим шагом в исследовании космоса», — считает Виммер-Швайнгрубер. На ближайшие 30 лет затраты на этот проект оцениваются в $2 млрд. Исследование планет поможет нам понять, насколько Земля вписывается в общую схему, а изучение наших межзвездных окрестностей позволит выяснить то же самое в отношении всей Солнечной системы.

Пробив своим «Востоком 1» небесную твердь, попал прямо в космос. Мир был покорен. Визжали дамы, роняя под ноги цветы герою, а лидеры всех стран, чопорная английская королева и добродушный революционер Фидель обнимали обаятельнейшего из когда-либо живущих людей как своего брата. Потом был космонавт Леонов, вышедший в открытый космос, Терешкова, полет на Луну, отъем у Плутона права называться планетой и никакого видимого космического прогресса. Ладно, писатель-фантаст Брэдбери с этим смирился, но вот Сергей Павлович Королев был бы очень недоволен. Вот как ему объяснить, что человечество даже на Луне не было?

Стыдно, товарищи. Но в последние годы намечается мощный сдвиг, и, если всё пойдет по плану, то десятилетие между 2020 и 2030 годами обещает стать для нас новыми 60-ми. Посмотрим, над чем сейчас работают Роскосмос, НАСА и Европейское космическое агентство.

1. Спастись от астероида. Версия #1

Пресвятые идеи больше фантастического, чем научного, фильма «Армагеддон» живы в сердцах покорителей космоса. Только всё будет без человеческих жертв. Просто на шершавую поверхность астероида приземлится беспилотник и перенаправит бессмысленно шляющееся тело в устойчивую орбиту вокруг Луны или Земли.

Это нужно не для того, чтобы спасти Землю, и это не какая-то блажь, просто астероид будет использоваться в учебных целях. Прежде всего на этом астероиде можно репетировать высадку на Луну, Марс и другие космические тела, чтобы космонавты знали, как себя вести в этой ситуации. Кроме того, можно будет взять анализ грунта с астероида, что поможет получить новую информацию о происхождении Солнечной системы. Как именно будет происходить захват небесного тела, пока не решили. Среди рассматриваемых вариантов - использование гигантского надувного контейнера, в который поместят астероид.

2. Спастись от астероида. Версия #2

У Европейского космического агентства свой взгляд на борьбу с астероидами, который как раз больше походит на каноничный способ из фильма. Проект AIDA (Asteroid Impact & Deflection Assessment) - первая миссия человечества к двойному астероиду Дидим, который в 2022 году сблизится с нашей планетой на 11 миллионов километров. Диаметр главного тела составляет около 800 метров, его спутника - 150 метров. Оба астероида вращаются вокруг общего центра масс на расстоянии около одного километра.

Еще в 2014 году проект назывался , но потом, как всегда, деньги закончились, и на помощь пришло НАСА. Теперь лавры, в случае успешного исхода, придется делить.

В спутник астероида врежется на скорости около 6,5 километра в секунду разрабатываемый NASA зонд-импактор DART, а аппарат AIM Европейского космического агентства (ЕКА) займется орбитальным исследованием двух небесных тел, а также последствиями столкновения «зонда-самоубийцы». Эксперимент со столкновением должен помочь специалистам понять, можно ли столкнуть астероид с орбиты.

3. Лунная база

По неподтвержденным данным, это случится в начале 2030-х годов, спустя практически 70 с лишним лет после того, как там предположительно ступила нога однофамильца гениального блюзмена. Но на этот раз планируется не просто визит вежливости, а уже полноценное укоренение на спутнике. База будет рассчитана на 2-3 человек и будет не только своеобразным пит-стопом для экипажей, отправляющимся бороздить более удаленные планеты, но и своеобразным рудником. Кто не знал, на Луне планируют добывать водород, чтобы потом превращать его в ракетное топливо.

4. «Луна-Глоб»

Впрочем, наши отважные астронавты тоже поглядывают в сторону Луны. По сути, это единственный самостоятельный проект таких масштабов, который Россия еще не забросила.

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

Зонд отработает механизм посадки на лунную поверхность и займется изучением лунного грунта - бурением с целью взятия образцов грунта и дальнейшего его анализа на наличие льда (вода необходима как для жизнедеятельности космонавтов, так и потенциально в качестве водородного топлива для ракет).

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

Но не спеши ругать наше космическое достоинство. Россия, например, стабильно занимается отправкой в космос американских, европейских, канадских и японских астронавтов. Места на отечественных «Союзах» раскупаются на годы вперед. Другие страны перенимают российский опыт подготовки к космическим полетам. Во Франции не так давно заработала российская программа подготовки космонавтов, имитирующая невесомость.

Не забывай, что мы в течение долгого времени были единственными, кто занимался отправкой миллионеров в качестве космических туристов.

Нам нужно сперва решить вопросы с космодромом Плесецк, развить ГЛОНАСС, проработать системы обслуживания отдельных космических аппаратов на орбитах и сделать прочие мелочи, без которых покорение космоса невозможно. Так что всё впереди, Юра еще будет нами гордиться.

5. Вперед, к Юпитеру

Юпитер выглядит слишком многообещающей планетой для будущих космических исследований. А еще он не успел набить такую оскомину, как Марс или Луна. Особенно исследователей интересует спутник планеты Европа со своими ледяными просторами. Из-за большой удаленности от Солнца Европа получает очень мало тепла, но не исключено, что подо льдом находится вода в жидком состоянии, подогреваемая тектонической активностью в недрах планеты. Чтобы до нее добраться, потребуется криобот - аппарат, способный при помощи теплового воздействия проложить себе путь сквозь лед толщиной в несколько километров. НАСА уже работает над таким аппаратом, который назвали «Валькирией». Аппарат нагревает воду при помощи бортового ядерного источника энергии и направляет струю на лед, растапливая его. Затем «Валькирия» собирает талую воду и повторяет процедуру, постепенно продвигаясь вперед. В ходе испытаний на Аляске образец преодолел восьмикилометровую толщу льда в течение года. В результате, если экспедиция состоится, ученые надеются впервые обнаружить условия, пригодные для зарождения жизни.

Впрочем, жадные до славы европейцы всеми силами стремятся забрать лавры исследователей Юпитера себе. В 2022 году они отправляют к Юпитеру межпланетную автоматическую станцию Jupiter Icy Moon Explorer. Спутник будет исследовать сразу три ближайших и крупнейших спутника Юпитера из так называемой Галилеевой группы: Европу, Ганимеда и Каллисто. В случае удачного запуска в запланированное время аппарат достигнет системы Юпитера в 2030 году.

6. Полет к Альфа Центавре

Экспедиции в пределах Солнечной системы впечатляют не всех, некоторым Альфа Центавру подавай. Вся надежда только на «Столетний космический корабль» - совместный проект НАСА и Агентства по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США. Если всё будет в порядке, то человечество отправится к самой близкой к нам звезде вне пределов Солнечной системы еще при жизни нынешних новорожденных. По крайней мере, руководители проекта рассчитывают на создание необходимых для межзвездного перелета технологий в течение ближайших 100 лет - таких, как двигатель, работающий на антиматерии. Необходимо будет также подумать о мерах по предотвращению последствий длительного пребывания в космосе для человеческого организма. Учитывая современный уровень науки, шансы на успех миссии представляются ничтожными. Впрочем, проект всё активнее финансируется, так что шансы есть.

7. Космический телескоп Джеймса Вебба

У телескопа Хаббла появился преемник, который разрабатывается уже 20 лет. Но это затянувшееся ожидание стоит того - человечество наконец-то сможет взглянуть на самые удаленные объекты вселенной, расположенные в миллиардах световых лет от нас. Например, можно будет подглядеть за некоторыми из первых звезд и галактик, сформировавшихся после Большого Взрыва. Однако не все так радужно - многие астрофизики не уверены в эффективности данного окуляра, особенно после многочисленных неудач во время испытаний и нескончаемых бюджетных излишков. Но поживем - увидим, не так долго осталось, всего лишь год.

8. Путешествие на Марс

Говорят так много, что почему-то кажется, что мы туда уже слетали. Тем более, на полет претендует не только НАСА, но и выскочки из SpaceX и Blue Origin. С другой стороны, НАСА никуда не торопится и считает, что лучше до посинения просчитывать все риски на Земле, сделать ряд испытаний (астероид в помощь), а уж потом посылать людей в межзвездную толщу. Они планируют сделать это в 2030 году, но, скорее всего, полет отложится, ведь эти несколько лет ребята из космического агентства только и делали, что жаловались на недостаток бюджета. Голландская компания Mars One планирует отправить экспедицию в 2026 году, но данный проект периодически компрометируется тем, что он попросту несостоятелен. Некоторые кандидаты на полет говорят, что организаторы всей этой движухи не собрали нужных денег, а продолжают надеяться на спонсирование.

Свой план марсианской миссии есть и у Европейского космического агентства. Эти товарищи хотят высадить человека на Марс ближе к 2033 году. В руководстве агентства говорят, что из-за малого финансирования они вынуждены будут прибегать к международному сотрудничеству. Например, к одному из этапов программы под названием «Экзомарс» привлечена Россия. Но этот этап связан не с , а с изучением возможности жизни на ней.

На сегодняшний день ведущие космические агентства признают программу SpaceX самой перспективной в плане освоения Марса. Во многом всё благодаря их ракете-челноку Falcon 9, который сегодня доставляет грузы на МКС. Особенностью ракеты является возможность приземления первой ступени для повторного использования. Подобная технология прекрасно подходит для марсианских миссий.

Проект предложенной системы космических запусков Startram, для старта строительства и реализации которого потребуется, по предварительным меркам, около 20 миллиардов долларов, обещает возможность доставки на орбиту грузов весом до 300 000 тонн с очень демократичной ценой в 40 долларов за килограмм полезной нагрузки. Если учесть, что в настоящий момент стоимость доставки 1 кг полезной нагрузки в космос составляет в лучшем случае 11 000 долларов, проект выглядит весьма интересным.

Для реализации проекта Startram не потребуются ракеты, топливо или ионные двигатели. Вместо всего этого здесь будет использоваться технология магнитного отталкивания. Стоит отметить, что концепт поезда на магнитной подушке далеко не нов. На Земле уже функционируют составы, которые двигаются по магнитному полотну со скоростью около 600 километров в час. Однако на пути всех этих маглевов (использующихся преимущественно в Японии) находится одно серьезное препятствие, которое ограничивает их максимальную скорость. Для того чтобы такие поезда смогли раскрыть свой полный потенциал и достигать максимально возможной скорости, нам необходимо избавиться от атмосферного воздействия, которое замедляет их движение.

Проект Startram предлагает решение этого вопроса путем строительства длинного навесного вакуумного тоннеля на высоте около 20 километров. На такой высоте сопротивление воздуха становится менее выраженным, что позволит производить космические запуски на гораздо более высоких скоростях и с гораздо меньшим сопротивлением. Космические аппараты в буквальном смысле будут выстреливаться в космос, без необходимости в преодолении атмосферы. такой системы потребует около 20 лет работы и инвестиций на общую сумму в 60 миллиардов долларов.

Ловец астероидов

Среди любителей научной фантастики в свое время жарко горели споры об антинаучном способе и явно недооцененной сложности посадки на астероид, показанной в знаменитом американском фантастическом триллере «Армагеддон». Даже в NASA как-то отметили, что нашли бы вариант получше (и реальней), чтобы попробовать спасти Землю от неминуемой гибели. Более того, аэрокосмическое агентство недавно выделило грант на разработку и строительство «ловца комет и астероидов». Космический аппарат специальным мощным гарпуном будет цепляться к выбранному космическому объекту и за счет силы своих двигателей оттягивать эти объекты от опасной траектории сближения с Землей.

Кроме того, аппарат можно будет использовать для ловли астероидов с прицелом дальнейшей добычи полезных ископаемых на них. Космический объект будет притягиваться гарпуном и отводиться в нужное место, например, на орбиту Марса или Луны, где будут располагаться орбитальные или наземные базы. После чего к астероиду будут отправляться группы добычи.

Солнечный зонд

Как и на Земле, на Солнце тоже есть свои ветра и шторма. Однако в отличие от земных, солнечные ветра способны не просто испортить вашу прическу, они способны вас в буквальном смысле испарить. На многие вопросы о Солнце, ответов на которые нет до сих пор, по мнению аэрокосмического агентства NASA, сможет ответить «Солнечный зонд», который отправится к нашему светилу в 2018 году.

Космический аппарат должен будет приблизится к Солнцу на расстояние около 6 миллионов километров. Это приведет к тому, что зонду придется испытать на себе воздействие радиационной энергии такой мощности, какую не испытывал ни один рукотворный космический аппарат. Защититься от воздействия губительной радиации зонду, по мнению инженеров и ученых, поможет карбоно-композитный тепловой экран толщиной 12 сантиметров.

Однако NASA не может просто направить зонд сразу к Солнцу. Космическому аппарату придется сделать как минимум семь орбитальных пролетов вокруг Венеры. А на это у него уйдет около семи лет. Каждый оборот будет ускорять зонд и подстраивать траекторию для правильного курса. После последнего облета зонд направится к орбите Солнца, на расстояние 5,8 миллиона километров от его поверхности. Таким образом он станет наиболее приближенным к Солнцу рукотворным космическим объектом. Нынешний рекорд принадлежит космическому зонду «Гелиос-2», который находится на расстоянии примерно 43,5 миллиона километров от Солнца.

Марсианский форпост

Открывающиеся перспективы будущих полетов на Марс и Европу грандиозны. В NASA верят, что если им не помешают никакие мировые катаклизмы и падения убийственных астероидов, то агентство отправит человека на марсианскую поверхность в течение ближайших двух десятилетий. В NASA даже уже успели представить концепт будущего марсианского форпоста, строительство которого планируется начать где-то в конце 2030-х годов.

Радиус планируемой исследовательской области будет составлять около 100 километров. Здесь будут располагаться жилые модули, научные комплексы, стоянка марсианских роверов, а также горно-шахтное оборудование для команды из четырех человек. Энергия для комплекса частично будет добываться благодаря нескольким компактным ядерным ректорам. Кроме этого, электричество будут добывать солнечные панели, которые, конечно же, будут становиться малоэффективными на случай марсианских песчаных бурь (отсюда и необходимость в компактных реакторах).

Со временем в этой области поселится множество научных команд, которым придется самостоятельно выращивать пищу, собирать марсианскую воду и даже создавать на месте ракетное топливо для полетов обратно на Землю. К счастью, множество полезных и необходимых материалов для строительства марсианской базы содержится прямо в марсианском грунте, поэтому везти некоторые вещи для основания первой марсианской колонии не придется.

Ровер NASA ATHLETE

Ровер ATHLETE (All-Terrain Hex-Limbed Extraterrestrial Explorer), похожий на паука, однажды займется колонизацией Луны. Благодаря своей особой подвеске, состоящей из шести независимых ног, способных поворачиваться во все стороны, ровер может передвигаться по грунту любой сложности. При этом наличие колес позволяет ему быстрее двигаться по более ровной поверхности.

Этот гексопод может оснащаться самым разным научным и рабочим оборудованием и при необходимости легко справляется с ролью передвижного крана. На фотографии выше, например, на ATHLETE установлен жилой модуль. Другими словами, ровер можно еще и использовать в качестве передвижного дома. Высота ATHLETE составляет около 4 метров. При этом он способен поднимать и перевозить объекты весом до 400 килограммов. И это при земной гравитации!

Самое важное преимущество ATHLETE заключается в подвеске, которая наделяет его невероятной подвижностью и способностью выполнять сложную работу по доставке тяжелых объектов, в отличие от неподвижных посадочных модулей, которые использовались в прошлом и используются сейчас. Одним из вариантов использования ATHLETE является и 3D-печать. Установка на него 3D-принтера позволит использовать ровер в качестве мобильного печатного оборудования лунных жилищ.

3D-напечатанные марсианские дома

Чтобы приблизить момент начала подготовки полета человека на Марс, NASA организовало архитектурный конкурс, задачей которого является разработка и спонсирование технологий 3D-печати, которые позволят методом трехмерной печати строить марсианские дома.

Единственное условие конкурса заключалось в использовании материалов, которые широко доступны для добычи на Марсе. Победителями стали две дизайнерские компании из Нью-Йорка, Team Space Exploration Architecture и Clouds Architecture Office, предложившие свой концепт марсианского дома ICE HOUSE. В качестве основы концепт предлагает использование льда (отсюда и название). Строительство зданий будет производиться в ледяных зонах Марса, куда будут отправляться посадочные модули, загруженные множеством компактных роботов, которые будут собирать грязь и лед для возведения сооружений вокруг этих модулей.

Стенки сооружений будут выполнены из смеси воды, геля и кремнезема. Как только материал замерзнет благодаря низким температурам на поверхности Марса, получится весьма себе подходящее для жилища помещение с двойными стенками. Первая стенка будет состоять из ледяной смеси и предоставлять дополнительную защиту от радиации, роль второй стенки будет выполнять сам модуль.

Продвинутый коронограф

Глубокому изучению солнечной короны (внешний слой атмосферы звезды, состоящий из заряженных частиц) мешает одно обстоятельство. И этим обстоятельством, как бы иронично это ни звучало, является само Солнце. Решением проблемы может являться так называемый объемный солнечный затемнитель, шар размером чуть больше теннисного мяча, выполненный из сверхтемного сплава титана. Суть затемнителя заключается в следующем: он устанавливается перед спектрографом, направленным на Солнце, и создает тем самым миниатюрное солнечной затмение, оставляя только солнечную корону.

В настоящий момент аэрокосмическое агентство NASA на своих космических аппаратах SOHO и STEREO использует плоские солнечные затемнители, однако плоский дизайн таких устройств создает некоторую расплывчатость изображения и лишние искажения. Решение этой проблемы подсказал сам космос. Земля, как известно, обладает своим собственным солнечным затемнителем, находящимся примерно в 400 000 километрах от нас. Этим затемнителем, конечно же, является Луна, благодаря которой мы время от времени становимся свидетелями солнечного затмения.

Объемный затемнитель NASA должен будет воспроизводить эффект лунного затмения, конечно же, только для космического аппарата, который будет исследовать Солнце, однако находясь на расстоянии двух метров от его спектрографа, затемнитель поможет исследовать солнечную корону без каких-либо проблем, помех и искажений.

Технологии Honeybee Robotics

Небольшая западная частная компания Honeybee Robotics, занимающаяся разработкой и производством различных космических технологий, недавно получила от аэрокосмического агентства NASA заказ на проведение двух новых технологических разработок для космической программы Asteroid Redirect System. Основная цель программы заключается в изучении астероидов и поиске способов борьбы с возможными угрозами их столкновения с Землей в будущем. Помимо этого, компания занимается разработкой и других не менее интересных вещей.

Например, одной из таких разработок является космическая пушка, которая будет выпускать по астероидам специальные снаряды и отстреливать куски от космического объекта. Отстрелив таким образом кусочек астероида, специальный космический аппарат поймает его своими роботизированными клешнями и переправит на лунную орбиту, где исследованием его структуры ученые смогут заняться уже более подробно. NASA планирует испытать это устройство на одном из трех астероидов: Итокава, Бенну или 2008 EV5.

Второй разработкой является так называемый космический нанобур для сбора образцов грунта с астероидов. Вес бура составляет всего 1 килограмм, а по размерам он чуть больше среднестатистического смартфона. Бур будет использоваться либо роботами, либо астронавтами. С помощью него будет производиться забор необходимого количества грунта для его дальнейшего анализа.

Солнечный спутник SPS-ALPHA

SPS-ALPHA представляет собой орбитальный космический аппарат, работающий на солнечной энергии и состоящий из десятков тысяч тонких зеркал. Накапливаемая энергия будет конвертироваться в микроволны и отправляться обратно на специальные земные станции, где оттуда уже будет передаваться на линии электропередач для питания целых городов.

Данный проект является, пожалуй, одним из самых сложных в плане реализации среди представленных в сегодняшней подборке. Во-первых, описываемая платформа SPS-ALPHA будет по размерам гораздо больше Международной космической станции. Ее строительство потребует очень много времени, целую армию астронавтов-инженеров и вложение колоссальных средств. Ввиду гигантских размеров, платформу придется строить прямо на орбите. С другой стороны, элементы платформы будут производиться из относительно дешевых и несложных с точки зрения массового производства материалов, а значит проект автоматически переходит из «невозможного» в «очень сложный», что, в свою очередь, открывает надежду на то, что однажды его реализацией действительно займутся.

Проект «Objective Europa»

Проект «Objective Europa» является самой сумасшедшей из когда-либо предложенных идей космических исследований. Его главной целью является отправка человека на Европу, одну из лун Юпитера, на борту специальной субмарины, благодаря которой будет производиться поиск возможной жизни в подледном океане спутника.

Безумства данному проекту добавляет еще и тот факт, что эта миссия в один конец. Любому астронавту, который решит отправиться на Европу, фактически придется согласиться пожертвовать своей жизнью во благо науки, получив при этом возможность ответить на самый сокровенный вопрос современной астрономии: есть ли в космосе жизнь, помимо земной?

Идея проекта «Objective Europa» принадлежит Кристину фон Бенгстону. В настоящий момент Бенгстон проводит краудсорсинговую компанию по привлечению средств в этот проект. Сама субмарина будет оснащена самыми современными технологиями. Здесь будет и сверхмощный бур, и многомерные тяговые двигателями, и мощнейшие прожектора, и, возможно, пара многофункциональных роботизированных рук. Подводной лодке, как и космическому аппарату, который доставит ее к Европе, потребуется мощная защита от радиации.

Выбор места посадки будет играть решающее значение. Толщина льда Европы практически по всей ее поверхности составляет несколько километров, поэтому аппарат лучше всего будет сажать рядом с разломами и трещинами, где ледяная корка не такая прочная и толстая. Проект, конечно же, вызывает очень много вопросов, в том числе морального характера.

В 2011 году США прекратили эксплуатацию комплекса Space Transportation System с многоразовым кораблем Space Shuttle, в результате чего единственным средством доставки космонавтов на Международную космическую станцию стали российские корабли семейства «Союз». В течение нескольких следующих лет такая ситуация будет сохраняться, а после ожидается появление новых кораблей, способных конкурировать с «Союзами». Новые разработки в области пилотируемой космонавтики создаются как в нашей стране, так и за рубежом.

Российская «Федерация»

За последние десятилетия российская космическая отрасль несколько раз предпринимала попытки создания перспективного пилотируемого корабля, пригодного для замены «Союзов». Однако эти проекты до сих пор не привели к ожидаемым результатам. Самой новой и многообещающей попыткой заменить «Союз» является проект «Федерация», предлагающий строительство многоразовой системы в пилотируемом и грузовом исполнении.

Макеты корабля "Федерация". Фото Wikimedia Commons

В 2009 году ракетно-космическая корпорация «Энергия» получила заказ на проектирование космического аппарата, обозначенного как «Перспективная пилотируемая транспортная система». Название «Федерация» появилось только через несколько лет. До недавнего времени РКК «Энергия» занималось разработкой требуемой документации. Строительство первого корабля нового типа началось в марте прошлого года. Вскоре готовый образец приступит к испытаниям на стендах и полигонах.

В соответствии с последними оглашенными планами, первый космический полет «Федерации» состоится в 2022 году, и корабль отправит на орбиту груз. На 2024-й запланирован первый полет с экипажем на борту. Уже после проведения требуемых проверок корабль сможет выполнить более смелые миссии. Так, во второй половине следующего десятилетия могут состояться беспилотный и пилотируемый облеты Луны.

Корабль, состоящий из многоразовой возвращаемой грузопассажирской кабины и одноразового агрегатно-двигательного отсека, сможет иметь массу до 17-19 т. В зависимости от поставленных целей и полезной нагрузки, он сможет брать на борт до шести космонавтов или 2 т груза. При возвращении в спускаемом аппарате может находиться до 500 кг груза. Известно о проработке нескольких версий корабля для решения разных задач. Имея соответствующую конфигурацию, «Федерация» сможет отправлять на МКС людей или грузы, либо работать на орбите самостоятельно. Также корабль предполагается использовать в будущих полетах к Луне.

Американская космическая отрасль, несколько лет назад оставшаяся без «Шаттлов», возлагает большие надежды на перспективный проект Orion, представляющий собой развитие идей закрытой программы Constellation. К разработке этого проекта привлечены несколько ведущих организаций, как американских, так и зарубежных. Так, за создание агрегатного отсека отвечает Европейское космическое агентство, а строить такие изделия будет компания Airbus. Американская наука и промышленность представлены агентством NASA и компанией Lockheed Martin.

Макет корабля Orion. Фото NASA

Проект «Орион» в его нынешнем виде был запущен в 2011 году. К этому времени НАСА успело выполнить часть работ по программе Constellation, но от нее пришлось отказаться. Определенные наработки перешли из этого проекта в новый. Уже 5 декабря 2014 года американским специалистам удалось провести первый испытательный запуск перспективного корабля в беспилотной конфигурации. Новые запуски пока не проводились. В соответствии с установленными планами, авторы проекта должны завершить необходимые работы, и только после этого можно будет начать новый этап испытаний.

Согласно актуальным планам, новый полет корабля Orion в конфигурации космического грузовика состоится только в 2019 году, после появления ракеты-носителя Space Launch System. Беспилотная версия корабля должна будет работать с МКС, а также выполнить облет Луны. С 2023 года на борту «Орионов» будут присутствовать астронавты. На вторую половину следующего десятилетия запланированы пилотируемые полеты большой продолжительности, в том числе с облетом Луны. В дальнейшем не исключается возможность использования системы Orion в марсианской программе.

Корабль с максимальной стартовой массой 25,85 т получит герметичный отсек объемом чуть менее 9 куб.м, что позволит ему перевозить достаточно крупные грузы или людей. На орбиту Земли можно будет доставлять до шести человек. «Лунный» экипаж будет ограничен четырьмя астронавтами. Грузовая модификация корабля будет поднимать до 2-2,5 т с возможностью безопасного возвращения меньшей массы.

CST-100 Starliner

В качестве альтернативы для корабля Orion может рассматриваться аппарат CST-100 Starliner, разрабатываемый компанией Boeing в рамках программы NASA Commercial Crew Transportation Capability. Проект предусматривает создание пилотируемого корабля, способного доставлять на орбиту и возвращать на землю несколько человек. За счет ряда особенностей конструкции, в том числе связанных с одноразовым применением техники, предполагается оснастить корабль сразу семью местами для астронавтов.

CST-100 на орбите, пока лишь в представлении художника. Рисунок NASA

«Старлайнер» создается с 2010 года компаниями Boeing и Bigelow Aerospace. Проектирование заняло несколько лет, и в середине текущего десятилетия предполагалось осуществить первый запуск нового корабля. Тем не менее, в связи с некоторыми затруднениями, испытательный старт несколько раз переносили. Согласно недавнему решению NASA, первый старт корабля CST-100 с грузом на борту должен состояться в августе текущего года. Кроме того, «Боинг» получил разрешение на выполнение пилотируемого полета в ноябре. По всей видимости, перспективный корабль в самое ближайшее время будет готов к испытаниям, и новые изменения графика уже не понадобятся.

От других проектов перспективных пилотируемых космических кораблей американской и зарубежной разработки «Старлайнер» отличается более скромными целями. По задумке создателей, этот корабль должен будет доставлять людей на МКС или на другие перспективные станции, разрабатываемые в настоящее время. Полеты за пределы земной орбиты не планируются. Все это снижает требования к кораблю и, как следствие, позволяет добиться заметной экономии. Меньшая стоимость проекта и сокращенные расходы на доставку астронавтов могут быть неплохим конкурентным преимуществом.

Характерной чертой корабля CST-100 являются достаточно большие размеры. Обитаемая капсула будет иметь диаметр чуть более 4,5 м, а полная длина корабля превысит 5 м. Полная масса – 13 т. Следует отметить, что крупные габариты будут использоваться для получения максимального внутреннего объема. Для размещения аппаратуры и людей разработан герметичный отсек объемом 11 куб.м. В нем можно будет установить семь кресел для астронавтов. В этом отношении корабль Starliner – если ему удастся дойти до эксплуатации – может стать одним из лидеров.

Dragon V2

Несколько дней назад агентство НАСА также определило сроки новых испытательных полетов космических кораблей от компании SpaceX. Так, на декабрь 2018 года назначен первый тестовый запуск пилотируемого корабля типа Dragon V2. Это изделие представляет собой переработанный вариант уже используемого «грузовика» Dragon, способный перевозить людей. Разработка проекта началась достаточно давно, но только сейчас он приближается к испытаниям.

Макет корабля Dragon V2 dj время презентации. Фото NASA

Проект Dragon V2 предусматривает использование переработанного грузового отсека, адаптированного для перевозки людей. В зависимости от требований заказчика, как утверждается, такой корабль сможет поднимать на орбиту до семи человек. Подобно своему предшественнику, новый «Дракон» будет многоразовым, и сможет совершать новые полеты после небольшого ремонта. Разработка проекта ведется в течение нескольких последних лет, но испытания еще не начались. Только в августе 2018 года SpaceX впервые запустит Dragon V2 в космос; этот полет пройдет без астронавтов на борту. Полноценный пилотируемый полет, в соответствии с указаниями NASA, запланирован на декабрь.

Компания SpaceX известна своими смелыми планами в отношении любых перспективных проектов, и пилотируемый космический корабль не является исключением. Сначала Dragon V2 предполагается использовать только для отправки людей на МКС. Также возможно использование такого корабля в самостоятельных орбитальных миссиях продолжительностью до нескольких суток. В отдаленном будущем планируется отправить корабль к Луне. Более того, с его помощью хотят организовать новый «маршрут» космического туризма: аппараты с пассажирами на коммерческой основе будут совершать облет Луны. Впрочем, это все пока является делом отдаленного будущего, а сам корабль еще даже не успел пройти все необходимые испытания.

При средних размерах корабль Dragon V2 имеет герметичный отсек объемом 10 куб.м и 14-кубовый отсек без герметизации. По данным компании-разработчика, он сможет доставлять на МКС чуть более 3,3 т груза и возвращать на Землю 2,5 т. В пилотируемой конфигурации в кабине предлагается устанавливать семь кресел-ложементов. Таким образом, новы «Дракон» сможет, как минимум, не уступать конкурентам по характеристикам грузоподъемности. Преимущества экономического характера предлагается получить за счет многоразового использования.

Космический корабль Индии

Вместе со странами-лидерами космической отрасли свои варианты пилотируемых космических кораблей пытаются создать и другие государства. Так, в ближайшем будущем может состояться первый полет перспективного индийского корабля с космонавтами на борту. Индийская организация космических исследований (ISRO) с 2006 года работает над собственным проектом корабля, и уже выполнила часть требуемых работ. По неким причинам, этот проект еще не получил полноценного обозначения и пока известен как «космический аппарат от ISRO».

Перспективный индийский корабль и его носитель. Рисунок Timesofindia.indiatimes.com

Согласно известным данным, новый проект ISRO предусматривает строительство сравнительно простого, компактного и легкого пилотируемого аппарата, похожего на первые корабли зарубежных стран. В частности, имеется определенное сходство с американской техникой семейства Mercury. Часть проектных работ была завершена еще несколько лет назад, и 18 декабря 2014 года состоялся первый запуск корабля с балластным грузом. Когда новый корабль доставит на орбиту первых космонавтов – неизвестно. Сроки этого события несколько раз смещались, и пока данные на этот счет отсутствуют.

Проект ISRO предлагает строительство капсулы массой не более 3,7 т с внутренним объемом в несколько кубических метров. С ее помощью планируется доставлять на орбиту трех космонавтов. Заявлена автономность на уровне недели. Первые миссии корабля будут связаны с нахождением на орбите, маневрированием и т.д. В дальнейшем индийские ученые планируют парные запуски со встречей и стыковкой кораблей. Впрочем, до этого пока еще далеко.

После освоения полетов на околоземную орбиту Индийская организация космических исследований предполагает создать несколько новых проектов. В планах создание многоразового корабля нового поколения, а также пилотируемые полеты к Луне, которые, вероятно, будут выполняться при сотрудничестве с зарубежными коллегами.

Проекты и перспективы

Перспективные пилотируемые космические корабли сейчас создаются в нескольких странах. При этом речь идет о разных предпосылках к появлению новых кораблей. Так, Индия намерена разработать первый собственный проект, Россия собирается заменить имеющиеся «Союзы», а Соединенные Штаты нуждаются в отечественных кораблях с возможностью перевозки людей. В последнем случае проблема проявляется так ярко, что NASA вынуждено разрабатывать или сопровождать сразу несколько проектов перспективной космической техники.

Несмотря на разные предпосылки к созданию, перспективные проекты почти всегда имеют схожие цели. Все космические державы собираются поставить в эксплуатацию новые собственные пилотируемые корабли, пригодные, как минимум, для орбитальных полетов. Одновременно с этим большая часть нынешних проектов создается с учетом достижения новых целей. После тех или иных доработок некоторые из новых кораблей должны будут выйти за пределы орбиты и отправиться, как минимум, к Луне.

Любопытно, что большая часть первых запусков новой техники запланирована на один и тот же период. С конца текущего десятилетия и до середины двадцатых годов сразу несколько стран намерены проверить на практике свои новейшие разработки. В случае получения желаемых результатов космическая отрасль заметно изменится к концу следующего десятилетия. Кроме того, благодаря предусмотрительности разработчиков новой техники, космонавтика получит возможность не только работать на орбите Земли, но и совершать полеты к Луне или даже готовиться к более смелым миссиям.

Перспективные проекты пилотируемых космических кораблей, создаваемых в разных странах, еще не успели дойти до стадии полноценных испытаний и полетов с экипажем на борту. Тем не менее, уже в этом году состоится несколько таких запусков, и в будущем такие полеты продолжатся. Развитие космической отрасли продолжается и дает желаемые результаты.

По материалам сайтов:
http://tass.ru/
http://ria.ru/
https://energia.ru/
http://space.com/
https://roscosmos.ru/
https://nasa.gov/
http://boeing.com/
http://spacex.com/
http://hindustantimes.com/