C. Александров
КОСМОНАВТИКА: ПРОШЛОЕ, НАСТОЯЩЕЕ, БУДУЩЕЕ.
Как ни странно, до сих пор четкого и
однозначного определения, что же такое «космонавтика», нет. Более того, даже в
законодательно-нормативных актах вместо него пытаются ввести термин «
Между тем, освоение
космоса стало закономерным этапом пространственной экспансии биологического
вида homo sapience
(присущей ВСЕМ биологическим видам) и разума как высшей из известных форм
движения материи.
Когда-то жизнь в
известном нам виде зародилась в воде. Затем, в погоне за энергией (прямо по
Циолковскому – «за светом и пространством») жизнь вышла на сушу, частично
освоила даже воздух.
Следующий шаг, в среду,
принципиально не совместимую с жизнью, мог быть сделан только тогда, когда
живые существа научились создавать себе искусственную среду обитания – лучше
всего это получилось у людей.
Люди как биологический
вид появились в одном месте, как сейчас считается – в Африке. Затем, используя
свой разум как главное средство адаптации себя к природе и преобразования
природы под себя, люди расселились по всем континентам Земли, освоили – пусть
сначала как транспортные маршруты – мировой океан и атмосферу.
Так вот, научно и
технически корректным представляется следующее: космонавтика - область
человеческой деятельности (а не только техники), связанная с полетами в
космическое пространство для его исследования и освоения. Соответственно,
космонавтика включает: создание космической техники и средств обеспечения ее
эксплуатации, эксплуатацию космической техники, проведение научных исследований
в обеспечение создания и эксплуатации космической техники, и
наконец - к сожалению, сейчас этим тоже должна заниматься космонавтика -
интеграция достижений космонавтики в другие части общества.
Главная задача
космонавтики решается в ходе эксплуатации космической техники, т.е. при полетах
космических аппаратов. Пока не существует их общепринятой и бесспорной
классификации, она возможна только по какому-либо оговоренному критерию.
Человек всегда мечтал о
полете в пространстве, однако лишь в XIX в. общепринятым стало представление о
космосе, как о бескрайней пустоте, в которой вокруг удаленных друг от друга
звезд вращаются планеты, окруженные атмосферой. К тому же времени следует
отнести и появление идеи о полете в космос, как о чем-то отличном от полета в
воздухе. Однако формирование космонавтики как отдельной области человеческой
деятельности в основном связано с деятельностью выдающегося русского мыслителя
К.Э. Циолковского.
Даже среди пионеров
космонавтики скромный учитель математики из епархиального училища
провинциальной Калуги стоит особняком.
Вклад Циолковского в
теорию космонавтики невозможно переоценить, его заслуг не умаляют неизбежные
частные ошибки. Именно он первым связал давно известную формулу движения точки
переменной массы с параметрами конструкции ракеты (и формула получила его имя);
он рассмотрел едва ли не все аспекты жизни и работы в космическом пространстве,
предложив принципы решения соответствующих технических задач.
Но увлечение именно техническими предсказаниями
гениального самоучки отвлекло научную мысль последующих поколений от других
сторон его деятельности, что - наряду с другими обстоятельствами - привело
современную космонавтику к кризису.
Сегодня более
значительным представляется, что Циолковский первым показал, что существуют
задачи буквально всемирно-исторического значения, которые может решить ТОЛЬКО
космонавтика. Именно космонавтика способна предотвратить гибель человечества от
внешних - природных – причин. Только космонавтика может отвести от Земли угрозу
столкновения с астероидом или ядром кометы; только космонавтика дает надежду на
спасение в случае, если взорвется или погаснет наше Солнце.
И только космонавтика
может решить ряд «внутренних» проблем человечества, по крайней мере – резко
ослабить их влияние путем вовлечения в народное хозяйство неограниченных
материальных, энергетических и пространственных ресурсов. А ракеты - частное
техническое решение, единственно-возможное на определенном этапе развития, но
не абсолютное...
Однако прежде, чем мы
начали осмысливать эту сторону творчества основоположника космонавтики, сама
космонавтика должна была пройти определенный путь. Необходимым шагом на этом
пути стала деятельность пионеров космонавтики и ракетостроения, превративших
идеи (Циолковского и свои; справедливо считается, что пионеры космонавтики
работали независимо друг от друга, однако последние исторические исследования
показывают, что взаимовлияние могло быть...) в практически работоспособные
конструкции.
Прошлое.
Первая ракета с
жидкостным ракетным двигателем была запущена 16 марта 1926 г. американским
ученым Р. Годдардом. Однако он разрабатывал реактивные
устройства не для космических полетов, а для доставки на большие высоты метеоприборов. Потому работы американского пионера
ракетостроения сравнительно мало повлияли на его развитие, и, несмотря на явную
экономическую мощь и наиболее развитую промышленность, США не стали страной
первых ракет и спутников...
Создание космической
(ракетно-космической) техники, как и вообще любой совершенно новой, требует
больших затрат ресурсов, причем дело даже не столько в деньгах. Но эти ресурсы
должны быть оторваны от других отраслей народного хозяйства, отдачу же они
дадут через десятилетия. В рамках рыночной (даже с элементами рынка) экономики такое возможно ТОЛЬКО через военные расходы (противоположных
примеров история не знает). Поэтому серьезные работы по ракетам развернулись
именно там и тогда, где и когда ракеты были оценены как перспективное оружие
(сбить летящую ракету значительно сложнее, чем самолет; дальность значительно
выше, чем у артиллерийских снарядов), и их разработка была профинансирована именно
в этом качестве. А произошло это в двух странах - в Германии и СССР.
К 30-м годам XX в. Германия была передовой
промышленной державой, причем в этом состоянии она находилась уже не один
десяток лет. Страна производила все виды тогдашней промышленной продукции, а
большинство ее жителей выросли в атмосфере промышленной революции. Советский
Союз в это время - да, уже вошел в пятерку ведущих промышленных держав, но
большинство населения и паровоз увидело в весьма зрелом возрасте, а многих
важных отраслей промышленности в стране еще просто не существовало...
Именно
в этом кроется причина ситуации, сложившейся к началу 1940-х гг.: в Германии
велись работы над ракетным двигателем тягой (главный КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ параметр
реактивного двигателя) 25 т и ракетой дальнего действия А-4 на его базе, а в
СССР с трудом доводился двигатель тягой около 1 т, которого еле хватало для
самолета, и выдающиеся отечественные ракетчики не видели путей ее повышения.
Впрочем, они быстро учились...
После разгрома
нацистской Германии во Второй Мировой войне результаты
немецких разработок и сами ракетчики стали трофеем победителей. При этом США достались свыше 100 полностью собранных ракет, большая
часть технической документации, а главное – почти все дожившие до конца войны
(в ночь на 18 августа 1944 г., во время самой крупной бомбежки немецкого
ракетного центра в Пеенемюнде погиб конструктор
двигателя ракеты А-4 Вальтер Тиль) руководители работ во главе с Вернером фон
Брауном и Вальтером Дорнбергером. Советский
Союз, в конце концов, получил несколько крупных ученых, не связанных
непосредственно с разработкой техники, достаточное количество технических
специалистов «второго уровня» (наиболее выдающимся из них был Гельмут Греттрупп), а также – после долгих поисков и кропотливой восстановительной
работы – комплект документации без сборочных чертежей и 8 полностью собранных
ракет.
Надо отметить, что это
оказалось к лучшему. Так сложилось, что в России
всегда хватало выдающихся изобретателей и конструкторов, не было недостатка и в
упорных рядовых исполнителях, но до второй половины XX в. был острый дефицит
среднего технического персонала – мастеров и инженеров. Так вот, главным
результатом освоения в нашей стране «немецкого ракетного наследия» стали не
конкретные конструкции, даже не результаты научных исследований, для которых у
нас в то время еще не было нужного оснащения, а создание новой отрасли
промышленности, сменившей полукустарные мастерские и полуобщественные
организации.
Но о космических полетах
речь еще не шла, ракетчикам предстояло решить более насущную задачу: создать
оружие, способное компенсировать подавляющее превосходство потенциального
противника – США - в боевой авиации! На симметричный ответ державе, на
территорию которой не упало ни одной бомбы противника, у страны,
полуразрушенной войной, сил и средств не было.
Однако развитие ракет
очень быстро дошло до той стадии, когда стало возможным решить первую задачу
космонавтики: разогнать полезный груз до так называемой «круговой» или «первой
космической» скорости (более 7,9 км/с), выведя на околоземную орбиту
искусственный спутник Земли.
Задача эта была впервые
4 октября 1957 г. решена именно в нашей стране, по двум причинам. Во-первых,
именно в нашей стране была впервые доведена до летных испытаний баллистическая
(после достаточно короткого участка разгона летит по траектории свободно
брошенного тела) ракета межконтинентальной дальности. Во-вторых, во главе ее
разработки стояли люди, двумя десятилетиями ранее выбравшие целью жизни
реализацию идеи К.Э. Циолковского о ракетном полете в космос.
И тут «вдруг» оказалось,
что сам факт космического полета, создания космической техники может быть
оружием, причем самым эффективным. С одной стороны, запуск спутника однозначно
свидетельствует о наличии у страны, сделавшей это, межконтинентальных ракет; с
другой - и это было убедительно показано массой научно-популярных изданий в
первое послевоенное десятилетие - космическая техника есть некая вершина всей
науки, техники, промышленности, в конечном счете - всей организации жизни
государства.
Интересно отметить, что
американские научно-популярные издания вели тогда соответствующую пропаганду в
расчете на американское первенство, у нас этому уделялось гораздо меньше
внимания. Результатом же стал технический и политический триумф Советского
Союза.
Можно утверждать, что
именно запуск первых спутников заставил США - на том этапе исторического
развития - отказаться от ставки на военно-техническое превосходство как на
единственный фактор в международных отношениях и предотвратил развязывание ими
атомной войны против нашей страны в конце 1950-х - начале 1960-х гг.! Это
величайшая историческая заслуга космонавтики.
Из этих «военных» корней
космонавтики выросли ее триумфы. Именно военные потребности позволили развернуть
серийное производство ракетоносителей и спутников, а значит снизить их
стоимость и повысить надежность. Именно военное финансирование позволило решить
главные технические проблемы и создать пригодные к практическому использованию
прикладные космические системы: связи, навигации, наблюдения.
Несколько на особицу
стоит американская программа высадки человека на Луну «Аполлон». 30 человек
преодолели расстояние от Земли до Луны, 12 (начиная с 21 июля 1969 г.) побывали на поверхности ближайшего к Земле небесного тела… и на
этом все закончилось. Формально, созданная в ходе ее реализации техника
военного применения не имела (проект пилотируемого спутника-перехватчика на
базе «Аполлона» остался на бумаге), однако эта же техника вообще не имела
никакого дальнейшего применения. Да, благодаря отлаженному механизму передачи
технологий, технологии, разработанные для лунной программы, нашли широчайшее
применение (включая такой надоевший предмет телевизионной рекламы, как памперс), но уникальная ракета «Сатурн-5» осталась «машиной
одной программы», как и сам корабль «Аполлон»…
Настоящее.
Значение космических
систем для жизни всего человечества очень велико, хотя зачастую и незаметно.
Несмотря на бурный - особенно в последнее десятилетие - рост сотовых и волоконно-оптических
систем связи, они не могут составить конкуренцию спутниковым
по охвату и дальности, по работе с мобильными абонентами. Да, собственно, они и
не являются конкурентами, а используются совместно. Потребителю, в конце
концов, совершенно неважно, каким образом информация дошла до его персонального
терминала.
Спутниковая навигация
вообще не имеет альтернатив. Точность радионавигационных систем, разновидностью
которых являются спутниковые, определяется длиной волны, на которой работают
маяки. Эта же величина определяет и то, сколько маяков могут одновременно
работать с одним приемником, не мешая друг другу. Но
наиболее эффективные ультракороткие волны распространяются как лучи света, по прямой. Поэтому дальность действия УКВ-маяков ограничена
линией горизонта. Столь частая их установка в лучшем случае дорога, а в океане,
например, в принципе невозможна. А работа спутниковых маяков обеспечивает
постоянное определение положения абонента с точностью до десятков
сантиметров...
Несколько странное положение
сложилось со спутниковыми системами наблюдения. Дело в том, что саму по себе
информацию, что называется, «на хлеб не намажешь», т.е. помимо собственно
спутников, дающих изображение нужного места, с нужным качеством и в нужное
время, нужна еще соответствующая наземная инфраструктура для использования,
глубоко интегрированная в народное хозяйство. Военные потребители хотя бы
понимают суть и сложность задачи, ведя соответствующие разработки. До недавнего
времени данные спутниковой разведки обрабатывались централизованно и
предоставлялись высшему государственному и военному руководству. По мере
развития техники передачи и обработки информации появилась возможность
транслировать соответствующую «картинку» непосредственно в войска, буквально
каждому командиру отделения, а в недалекой перспективе – и каждому солдату.
Однако это потребовало создания единого информационного пространства
(«цифрового поля боя»), где спутники выступают в качестве одного из главных, но
не единственного источника информации.
Но концепция «цифрового
поля боя» стала результатом полувекового развития теории и практики управления
войсками, «гражданский» же потребитель ничем подобным пока не располагает.
Причины здесь не технические, а, скорее, социально-экономические. Так, появившимся в нашей стране в начале 1990-х гг. организациям,
предлагающим спутниковую информацию невоенным пользователям, приходится сначала
объяснять, например, местным органам власти, транспортным компаниям,
строительным организациям, для чего такая информация им нужна. Впрочем,
это проблема не только, даже не столько космонавтики.
Несколько особняком
стоит такая разновидность спутников наблюдения как метеоспутники.
Они решили проблему краткосрочных прогнозов погоды, оперативно давая полную
картину распределения облачных масс и атмосферных потоков во всей Земле. Однако
эта информация не дала возможности существенно повысить глубину
прогнозирования, поскольку не существует адекватной общепринятой модели климата
и климатических процессов.
АМС (автоматические межпланетные
станции) доставляют земные научные приборы непосредственно к «объектам
изучения», позволяют взглянуть на другие небесные тела с такого ракурса, как те
никогда не видны с Земли. Только АМС показали нам обратную сторону Луны,
поверхность Венеры, «луны» Юпитера и Сатурна, подлинный вид ядра кометы Галлея.
АМС прошли в 1980-х гг. «кризис гигантизма», когда создавались тяжелые
многоцелевые станции, способные за один полет решить целый ряд научных задач,
причем не только по планетологии, но и по астрофизике, астрономии и т.д.
Вершиной этого направления стали советские «Фобосы»,
американский «Кассини» и международный «Галилео». (комментарий: сюда, очевидно,
надо добавить еще и созданные в самом начале 1980-х годов аппараты «Вега». В создании крупных АМС СССР все же опять оказался впереди
конкурентов) Их создание обходилось в колоссальные суммы, запуск был возможен
только самыми мощными средствами выведения, а цена возможных аварий или технических
ошибок была крайне высока.
Но сегодня в космосе
работают совершенно другие АМС. Они намного легче и проще, они решают
значительно меньший круг задач, на них широко используется новейшая приборная
элементная база, выпускающаяся большими сериями для других целей. Они, в
результате, намного дешевле. Это важно для обывателя, а насколько больше нужно
будет запустить таких аппаратов, на сколько это окажется дороже с высоты многих
лет... куда, собственно, торопиться?
Однако при всем значении
прикладных космических систем, это - далеко не большая и не главная часть
космонавтики. В конце концов, все они лишь позволяют сделать что-то быстрее и
дешевле, чем другими средствами. А мы не можем считать что-то освоенным, если
там не работает, не живет человек. Именно поэтому все пионеры космонавтики в
первую очередь говорили о космонавтике пилотируемой.
В этой области явные
успехи достигнуты с точки зрения биологической науки. И для того, чтобы
правильно оценить их, нужно помнить, что до начала пилотируемых полетов новая
среда была для биологов абсолютно неизвестна, и факторы космического полета,
действующие на космонавтов, не могут быть все, в комплексе, смоделированы на
Земле.
Лишь на считанные секунды
при падении специальных кабин в шахтах или башнях, или при полете самолета по
определенной траектории, можно получить реальную невесомость. Так называемая «гидроневесомость»
позволяет отработать в воде навыки движения, но организм остается под действием
силы тяжести. По медицинским последствиям к невесомости близко полное обездвиживание, но двигаться-то космонавту надо!
Термобарокамеры могут имитировать условия работы при пониженном давлении,
непривычных нагреве или охлаждении, а сурдокамеры – при изоляции от внешних
раздражителей, но они слишком громоздки, чтобы даже попытаться имитировать в
них невесомость… Наконец, неизвестно способов имитации
электромагнитных полей межпланетного пространства.
Поэтому утверждение, что
первые космонавты были не столько пилотами - испытателями, сколько «подопытными
кроликами», имеет некоторые основания. Но такое мнение стало возможным потому,
что первые наши космические корабли «Восток» отработали программу без аварийных
ситуаций, требующих вмешательства космонавтов.
Итак, от первого
108-минутного одновиткового полета Ю.А.Гагарина 12 апреля 1961 г., при
подготовке к которому опасались даже возможного сумасшествия космонавта, до
неоднократно экспериментально подтвержденной возможности жить и работать в
невесомости околоземной орбиты более одного года - вот путь, пройденный
пилотируемой космонавтикой менее чем за 30 лет. Но гораздо интереснее, что на
это потребовалось всего около 60 полетов. Всего 60 экспериментов! Представьте,
в каком состоянии была бы авиация, если бы за первые 30 лет ее истории
состоялись бы только 60 полетов?
Во многом эти успехи
обусловлены созданием пилотируемых орбитальных станций (ОС). Появление самой
концепции ОС связано с ограниченными энергетическими возможностями существующих
ракетоносителей. Любой пилотируемый космический корабль должен иметь средства
для доставки экипажа на землю, т.е. приспособления для торможения и полета в
атмосфере, а также систему посадки. Обычно все это объединяется в спускаемый
аппарат, а остальные части отбрасываются по мере использования и как правило сгорают в атмосфере Земли. Однако по названной
выше причине размеры и масса спускаемых аппаратов ограничены, а для жизни в
космосе необходимы большие – чем больше, тем лучше – герметичные отсеки, да и
многие системы и приборы можно использовать многократно. Поэтому были созданы
орбитальные станции, постоянно находящиеся на околоземной орбите, а экипажи и
расходные материалы доставляются транспортными космическими кораблями.
Первой
орбитальной станцией стал советский «Салют» (до запуска аппарат назывался ДОС
или «Заря»), стартовавший 19 апреля 1971 г., и работавший в пилотируемом режиме
с 7 по 30 июня 1971 г. До 1986 г. на околоземной орбите отработали 7 «Салютов»
(позднее стало известно, что 3 из них значительно отличались по конструкции,
строились в военных целях и назывались «Алмаз»…).
В 1973-1974 гг. в
космосе работала американская орбитальная станция «Скайлэб»
(«Небесная лаборатория»). При ее создании в качестве герметичного корпуса
использовалась 3-я ступень лунной ракеты «Сатурн-5», что позволило довести
массу станции до 71 т, а суммарную продолжительность работы 3 экипажей – до 171
сут. Однако аппарат, созданный, в основном, для
утилизации «лишних» лунных ракет, не имел перспектив развития, и остался в
единственном экземпляре.
С 1986 по 2001 г. в
космосе работал орбитальный комплекс «Мир», собранный на околоземной орбите из
7 отдельных модулей, на котором впервые были организованы постоянное
присутствие космонавтов и регулярная смена экипажей. Следующим шагом должен был
стать «Мир-2», на котором предполагалось использовать модули большей
размерности (100 т вместо 20 т), сама
станция должна была стать базой для пилотируемых, посещаемых и автоматических
космических аппаратов, решающих различные научные, народнохозяйственные и
военные задачи. Однако события, произошедшие в нашей стране в 1988-1993 гг.
сделали создание «Мира-2» невозможным.
В США с начала 1980-х
гг. велась разработка орбитальной станции «Фридом»
(«Свобода»), однако сложность и масштабность поставленных перед проектируемым
комплексом задач при отсутствии опыта создания подобных конструкций привела к
значительному удорожанию программы и, в конце концов, к ее прекращению.
Поиски средств выживания
при катастрофическом сокращении государственного финансирования в России и
необходимость как-то оправдаться перед государственной властью за
израсходование колоссальных средств без видимого выхода в США привели к
появлению совместного проекта орбитальной станции «Альфа», строящейся сейчас под
названием «Международной космической станции», МКС. Необходимо отметить, что,
несмотря на существенный рост массы и размеров, а
также успешное решение ряда сложнейших организационных проблем, МКС не имеет существенных качественных
преимуществ перед ОК «Мир» и представляет собой шаг назад по сравнению с
проектами «Мир-2» и «Фридом».
Кризис.
К сожалению, все успехи
орбитальных станций значимы только для биологии и собственно пилотируемой
космонавтики, которая пока не приносит реальной и очевидной отдачи всему
обществу, а средством агитации, оружием «Холодной» войны уже не является. Так
стоит ли, возникает у обывателя законный - с его точки зрения - вопрос,
расходовать на это дело колоссальные средства? К сожалению, органы, руководящие
космонавтикой во всех странах мира, до сих пор не выработали ответа на этот
вопрос. Отнюдь не потому, что такого ответа не существует...
Все это привело
космонавтику к кризису, в котором она находится с начала 1970-х гг. Главные его
признаки - стабилизация объемов грузопотока «Земля - космос» (примерно на
уровне - 100 - 150 т/г.) и замедление или прекращение разработок новых
транспортных и пилотируемых космических систем. Оба явления тесно связаны между
собой.
Стабилизация грузопотока
объясняется совершенствованием бортового оборудования автоматических
космических аппаратов, что позволяет решать те же задачи меньшей массой. Однако
отсутствие новых задач, в свою очередь, связано с тем, что возможности
космического транспорта остаются почти неизменными с конца 1960-х гг…
В самом деле: большая
часть эксплуатируемых сегодня ракетоносителей создана на основе боевых ракет,
разработанных еще на заре космической эры (отечественный «Союз» - модификация
той же ракеты, которой был запущен Первый спутник,
«Протон» летает с 1966 г., американские «Титан», «Дельта» и «Атлас» -
модификации боевых ракет, созданных в конце 1950-х – начале 1960-х гг.).
Нынешний облик космического корабля «Союз» определился в 1963 г., в 1966-м
появились модули, использованные при сооружении станций «Мир» и МКС, в 1974 г.
определен облик воздушно-космического самолета «Спейс
Шаттл»…
Ракетоносители,
созданные для замены машин предыдущего поколения (советские «Зенит» и
«Энергия», американские «Атлас-5» и «Дельта-IV», европейский «Ариан-5»),
несмотря на многочисленные технологические усовершенствования, не содержат
принципиальных новшеств, качественно меняющих их технические характеристики.
Создание же систем, основанных на качественных изменениях (американские
НАСП, «Дельта Клиппер», «Венчур
Стар», британский «Хотол», немецкий «Зенгер») по разным причинам было прекращено.
В результате, почти не
снижается стоимость доставки грузов в космос, не растет и грузоподъемность
ракет. Космические корабли не могут решать какие-либо практические задачи,
кроме самого полета. Не обеспечивается, по современным представлением, безопасность запуска грузов и
полета человека. Или совсем просто: нет средств, поскольку нет решаемых ими
задач, а задач не ставится из-за отсутствия средств их решения…
Будущее.
Однако при сохранении
нынешних тенденций развития космонавтики, она никогда не станет заметной частью
мирового хозяйства. Более того, уже можно утверждать, что в этом случае и
никакого «мирового хозяйства» в весьма недалеком будущем тоже не будет! Ибо при
сохранении нынешней ситуации уже в ближайшие десятилетия затраты только на
восстановление окружающей среды превысят суммарный объем валового национального
продукта всех стран Земли... Для изменения (может, уже можно говорить - для
спасения?) ситуации нужно радикально менять потоки не только информации, но и
материальных ресурсов, энергии. Единственным средством для этого является
космонавтика.
Здесь мы обязаны
вспомнить К.Э. Циолковского, который видел в освоении космоса в первую очередь
способ обеспечения вечной жизни человечества, для чего нужны бесконечные
ресурсы.
Уже Циолковский
предложил для перехвата и утилизации максимально-большой части солнечного
излучения из материала всех тел Солнечной системы создать “созвездия” плоских
платформ - “почвенников”, постоянно ориентированных одной стороной на Солнце.
Американский астрофизик Фримен Дайсон выдвинул проект
замкнутой сферы, полностью окружающей Солнце. Профессор Военно-воздушной
инженерной академии им. Н.Е. Жуковского Г.И. Покровский, справедливо указав,
что такая сфера будет неустойчивой, предложил “раковину” из отдельных колец,
каждое из которых вращается с такой скоростью, чтобы притяжение Солнца
уравновешивалось силой инерции.
Перед нами пока не стоит
неотложная задача освоения межзвездных полетов или коренного преобразования
Солнечной системы по идеям Циолковского - Дайсона – Покровского, однако уже
сейчас необходимо поставить и начать решать задачу менее амбициозную, но
совершенно неотложную: вынос с Земли большей части энерго- и материалоемких
промышленных производств с сохранением планеты для жизни человечества.
Между прочим, громче
всех кричащий об «информационной цивилизации» Запад давно уже делает именно
так: концентрация в «развитых» государствах научных и проектно-конструкторских
организаций возможна только потому, что тяжелые, экологически опасные, материалоемкие и энергопотребляющие
производства выносятся в страны «развивающиеся». Но это путь
в никуда, поскольку биосфера планеты едина. Зато при выходе в космос
ситуация меняется коренным образом.
Никто, естественно, не
утверждает, что космическое производство безотходно. Однако на Земле любые
отходы, даже просто вынутый из котлована грунт, необходимо как минимум где-то
разместить так, чтобы они не были воздействием атмосферы и биосферы «растащены»
по тем местам, где будут вредны... В космосе же их можно спокойно сложить здесь
же, рядом с карьерами и заводами, и при принятии некоторых - минимальных - мер
они будут спокойно лежать и ждать, пока человечество
не придумает, как их использовать. И лежать им придется недолго. Дело в том,
что абсолютное большинство существующих технологий появились в те времена,
когда об экологии в принципе не задумывались, и потому органически не могут
быть безотходными. В космосе же, во-первых, все технологии придумываются «с
нуля», с учетом экологических требований, а во-вторых, для снижения объема
перевозок и вспомогательных операций уже известные проекты предполагают
глубокую многокомпонентную переработку, когда отходов просто не остается…
Первой «станцией» на
пути освоения Солнечной системы, индустриализации космоса, будет Луна.
Во-первых, это ближайшее к нам небесное тело, а во-вторых, там нет атмосферы и
никаких перспектив появления жизни. Зато на нашем естественном спутнике больше,
чем достаточно, ценных для индустрии минеральных ресурсов. В связанном виде там
наличествуют железо, алюминий, титан, кислород, кремний, вода...
Главным возражением
против индустриализации космоса служит колоссальный объем предполагаемых
транспортных операций, несовместимый, как считается, с ракетоносителями. Однако
это «возражение» легко разбивается двумя техническими решениями.
Во-первых,
ограниченность возможностей ракетоносителей, использующих термохимические
ракетные двигатели, настолько очевидна, что сейчас разрабатываются
многочисленные варианты космических транспортных средств, основанных на
совершенно других физических принципах, на первый взгляд нарушающих
закон сохранения импульса.
Существует несколько
экспериментальных установок, демонстрирующих силу тяги, не сопровождающуюся
наблюдаемым отбрасыванием какой-либо массы или отталкиванием от чего-либо. Вот
только некоторые возможные пути.
Известно,
что электромагнитное взаимодействие распространяется не мгновенно, поэтому если
два параллельных проводника запитывать переменным
током так, чтобы электромагнитная волна одного из них подходила к другому в тот
момент, когда в нем максимум тока, а обратная доходила до первого, когда там тока
уже нет, в системе возникнет нескомпенсированная сила
Ампера и, соответственно, тяга. Правда, для создания достаточно большой
тяги нужны высокочастотные электромагнитные устройства, возможность создания
которых еще не определена. Одним из следствий Общей теории относительности
является изменение веса маховика, вращающегося вокруг вертикальной оси. Правда,
для получения ощутимой тяги скорость вращения этого маховика должна быть
чудовищной. Известно, что вес системы из двух жестко связанных грузов уменьшается,
если увеличивается расстояние между грузами в горизонтальной плоскости. Правда,
для получения ощутимого эффекта это расстояние должно быть сравнимо с радиусом
Земли. Эксперименты показали, что на тело, помещенное внутрь электромагнитного
соленоида, помимо известных, начинает действовать еще
одна сила, названная первооткрывателем «векторным космологическим потенциалом».
Однако полученные величины крайне малы, исследования, проводившиеся в головном
НИИ ракетно-космической промышленности, прекращены из-за отсутствия средств…
Сейчас
еще невозможно сказать будет ли реализован какой-то из перечисленных, или
какой-то совершенно другой принцип, но само по себе существенное различие этих
установок между собой служит залогом того, что хотя бы по одному из направлений
удастся создать космические аппараты, по сравнению с которыми ракеты будут как
волокуши рядом с магнитопланом.
Во-вторых, грузопоток
будет не таким большим, как представляется оппонентам. Никто не предлагает
бездумно перенести на Луну, допустим, горно-металлургический
комбинат - это действительно невозможно. Но существует технологическое
оборудование, позволяющее реализовать
полный цикл - от руды до проката - при в сотни раз меньших массе и габаритах агрегатов. Да, их производительность
будет меньше, чем у гигантских доменных печей, но - только сначала: напомним,
что и земная металлургия начиналась не с гигантских установок. Однако именно
они дадут тот материал, из которого начнется сооружение - не товаров народного
потребления, но промышленной инфраструктуры!
По разным подсчетам, от
50 до 90% земной промышленности работает не непосредственно на потребителя, а
выпускает те машины, которые делают потребительские товары, или сырье для этих
машин и товаров. Лишь 10-20% выпускаемой продукции составляет то, что
используется непосредственно человеком: одежда, бытовая техника, мебель,
транспорт и т.д.
Вот эти 10-20% и
составят грузопоток «космос - Земля». С Земли же будет идти то, что в космосе
делать невозможно, и... сами люди: сегодня нет уверенности, что рожденные в
космосе смогут адаптироваться к земной гравитации, поэтому, скорее всего,
«колыбелью человечества» Земля останется надолго.
Разумеется, эти
производства будут предельно автоматизированы, но также
разумеется, что их развертывание не обойдется без участия человека. Человек же
в космосе просто так жить не может, ему нужна искусственная среда обитания.
Только работа сложных технических устройств обеспечивает нужный состав
атмосферы, нужную температуру, только стенки кабин или материал скафандров
защищают от радиации, метеоритов. И покинуть эту искусственную среду в космосе
нельзя! А значит, она должна быть такой, чтобы работать и
жить в ней можно было бы очень долго.
Бесспорные вышеописанные
успехи космической биологии и медицины отнюдь не говорят об отсутствии в этой
области серьезных проблем. Достаточно сказать, что, пока в космосе работают не
более 13 человек одновременно (6 на МКС, 7 на «Шаттле»),
изготовление такой техники, по существу, штучно-кустарное! Когда же речь пойдет
о десятках, сотнях, тысячах человек, нужно будет массовое, серийное,
конвейерное производство систем жизнеобеспечения и их отдельных агрегатов.
Техническая и организационная задача такого перехода очень сложна.
Но есть и пока нерешенные
научные вопросы. Ведь, за небольшим исключением, до сих пор люди не удалялись
от Земли дальше 500 км - 1/13 ее радиуса! Лунные экспедиции продолжались очень
недолго, да и было их всего 10. Но как перенесет человеческий организм
длительный выход из земной магнитосферы, например - этого сейчас не знает
никто... Не все ясно и с созданием искусственной полностью автономной биосферы.
Во всяком случае, широко разрекламированный американский эксперимент
«Биосфера-2» благополучно провалился, т.к. не удалось поддерживать баланс
расхода и получения необходимых для жизни веществ.
Российский биолог А.С. Керженцев считает, что в подобных экспериментах нужно
стремиться к воспроизведению функциональных особенностей настоящей биосферы,
включая минерализацию органических отходов.
Итак, что получается?
Космонавтика будущего – это высоко автоматизированные промышленные комплексы по
добыче и переработке минерального сырья на телах Солнечной системы (не только
на планетах). Это космические электростанции, питающие не только космическую
промышленность, но и Землю. Это искусственные замкнутые экосистемы - биосферы,
в которых будут жить управляющие всем этим и - что важнее - ремонтирующие все
это люди. Это космические транспортные системы, работающие на совершенно других
физических принципах, чем ныне. А в сумме все это - существенная доля
суммарного промышленного производства всего человечества, выведенная убранная с
Земли, очищенная, воссозданная биосфера которой отдана именно для жизни, может
быть даже - только для отдыха!
Только таким будущим,
таким направлением развития может быть оправдано существование космонавтики как
самостоятельной и значительной отрасли народного хозяйства.
Наш большой дом - Солнечная система.
Однако индустриализацией
космоса космонавтика отнюдь не исчерпывается. Просто есть вещи, которые нужно
делать для физического выживания, а есть, говоря высоким стилем, вечный поход в неведомое, бесконечная битва с незнаемым. И очевидно, что опираясь на
космическую (лунную, например) промышленную базу, исследования Солнечной
системы и космоса вообще можно будет развернуть в несоизмеримо больших
масштабах, чем при запусках с Земли!
Даже относительно
недалекие окрестности нашей планеты крайне разнообразны, и далеко не все
подлежат освоению, по крайней мере - первоочередному. Например, несмотря на
общий и давний интерес к Марсу, вопрос о
его широкомасштабном заселении или промышленном использовании не может даже
ставиться до однозначного ответа на сакраментальный вопрос «Есть ли жизнь на
Марсе?». С одной стороны, по современным представлениям положительный ответ
на этот вопрос куда более вероятен, чем, например, на Венере. С другой стороны,
сегодня неизвестно таких полезных ископаемых, по запасам и возможностям
добычи которых Марс сильно выделялся бы среди других тел Солнечной системы.
Как ни странно, именно
Венера может стать одной из первых целей «космических шахтеров». Дело в том,
что в коре этой планеты повышенная
концентрация тяжелых и радиоактивных элементов, и возможно, потребность в них
заставит преодолеть чудовищно сложные условия на этой планете. Атмосфера же
Венеры, наряду со спутниками планет-гигантов, может стать если и не
неисчерпаемым, то очень долговечным источником углеводов, углерода, азота,
воды...
Что же касается добычи металлов,
то после Луны наступит черед астероидов, особенно тех из них, что подходят
достаточно близко к Земле. Это тем более важно, что невесомость позволяет
использовать уникальные технологические процессы, получить материалы и изделия,
невозможные в условиях даже лунной тяжести. Доставлять же на орбитальные
производственные комплексы сырье с рядом летящего астероида гораздо проще, чем
запускать с Луны.
Впрочем, астероиды
привлекают внимание широкой общественности и по другой причине. В отличие от
планет, орбиты которых можно достаточно точно рассчитать на тысячелетия вперед,
астероиды под действием притяжения планет могут менять свою траекторию, причем
непредсказуемым образом. В том числе и так, что бы эти небесные тела стали бы
угрозой Земле. С другой стороны, малые размеры делают астероиды трудно
обнаружимыми… Результатом может стать падение на Землю со скоростью от
нескольких до нескольких десятков км/с объектов
размером от сотен метров до сотен километров. Это может привести как к
локальным катастрофам, сравнимым с крупными землетрясениями или атомной
бомбардировкой, так и к гибели биосферы Земли в целом.
Надо отметить, что
вокруг астероидной опасности уже было, есть и еще будет множество спекуляций.
Необходимо признать, что нынешний всплеск разговоров о «космической защите»
связан в первую очередь с тем, что в начале 1990-х гг. разработчики ядерного
оружия лихорадочно искали новые заказы, и предложение переориентировать боевые
системы с противостояния между народами на противостояние общей угрозе
напрашивалось само собой. Во многом именно поэтому в общественное мнение была
«вброшена» идея «отца водородной бомбы» Э.Теллера о
применении сверхмощного ядерного заряда для разрушения астероида (впрочем,
другие, в том числе – отечественные ученые пришли к той же идее независимо).
Однако элементарный
анализ показывает, что система «противоастероидной
обороны» (ПАО), построенная на таком принципе, имеет крайне ограниченные
возможности, отнюдь не обеспечивает 100% безопасности и порождает колоссальные
политические проблемы. Более перспективным способом (не исключающим, однако,
первый как аварийный) представляется изменение орбиты опасных астероидов, увод
их с траектории попадания в Землю путем применения соответствующих «космических
буксиров». Но такой способ ПАО – очевидно – требует создания широкомасштабной «общесолнечносистемной» системы обнаружения опасных
объектов, доставки на них двигательных установок и перевода их на безопасные
орбиты. Столь же очевидно, что развертывать такую систему будет много проще (да
и дешевле) имея развитую промышленную базу вне Земли.
Несмотря на то, что
нынешний всплеск интереса к проблеме ПАО вызван, в значительной степени,
ведомственными интересами, проблема эта совершенно реальная и общечеловеческая.
Пусть вас не утешает малая вероятность катастрофического столкновения: сегодня
человечество МОЖЕТ создать средства своевременного предсказания и
предотвращения такой катастрофы, но НЕ ИМЕЕТ их, а понадобиться они могут в
любую следующую секунду…
Вряд ли обосновано предположение
об особой роли Меркурия в будущей промышленной инфраструктуре Солнечной
системы. Насколько, опять-таки, известно, по минеральному составу эта планета
не выделяется на общем фоне. Возможность более эффективного использования
солнечной энергии представляется также небесспорной: ее там слишком много! Все
агрегаты и - тем более - людей придется защищать от радиации такой мощности, с
какой земная техника еще и не сталкивалась.
Можно предположить
несколько сценариев промышленного использования планет-гигантов (Юпитера,
Сатурна, Урана) и их спутников. В первую очередь, это очевидный источник
водорода и воды, а также азота (аммиака), да и углеводородов. Представьте
гигантские космические заводы по производству пищи (это
могут быть и оранжереи, и агрегаты бактериального синтеза), которые сделают не
нужным сельское хозяйство...
Обратная связь.
Очевидно, что
широкомасштабное освоение космического пространства не может не оказать
колоссального влияния на самые разные аспекты жизни на Земле. Начнем с техники.
Следует отметить, что
для сохранения самого физического существования Человечества, предотвращения
массового голода и геноцида, все равно придется тем или иным образом радикально
менять научно-промышленный фундамент нашей цивилизации, причем достаточно
скоро. Сегодня известны два возможных направления таких перемен: вовлечение в
народно-хозяйственный оборот внеземных ресурсов вещества и энергии или переход
на совершенно новые технологии. Из последних сегодня
наиболее «на слуху» нанотехнология или технология
атомарной сборки.
Она предполагает
создание устройств, которые могут собрать любую вещь, деталь, из отдельных
атомов. По существу, это означает появление «волшебной палочки», способной материализовать
чуть не из воздуха все, что угодно, от одежды до сложной бытовой техники, почти
мгновенно перестроить полученное под конкретные нужды и бесследно утилизировать
после использования. Однако очевидно, что внедрение такой технологии приведет к
тому, что ВСЕ люди НАВСЕГДА лишатся необходимости «добывать хлеб насущный в
поте лица своего». Столь же очевидно, что 90% населения Земли не готовы к
этому: они просто не знают, чем занять свободное время, хотя бы потому, что его
у них никогда не было!
Переход к нанотехнологии неизбежен. Однако сегодня никто не может
сказать, когда - завтра или через 100 лет - он произойдет. И именно
космонавтика, причем - космонавтика широкомасштабная, может стать наилучшим
путем перехода.
Именно космонавтика в
первую очередь требует новых технологий. Даже сам изобретатель нанотехнологии, американский инженер Эрик Дрекслер, иллюстрировал ее гипотетические возможности на
примерах решения именно космических задач. Затраты, необходимые для создания
«атомарных сборщиков» велики, это очевидно. И космонавтика может стать для нанотехнологии тем же, чем для самой космонавтики стали
военные ведомства: богатым заказчиком и соисполнителем научно-исследовательских
работ.
Именно космонавтика - в
ее максимальном развитии - потребует широкого развертывания самого разного
промышленного производства, а значит - вовлечения в него все большего
количества людей. А именно индустриализация, эпоха которой отнюдь не завершена
и на самой Земле, лучшее средство повышения культуры населения - единственного
средства предотвратить деградацию человечества в эпоху «волшебной палочки».
Это отнюдь не
противоречит ранее сказанному об угрозе биосфере Земли именно от
индустриализации. Абсолютное большинство человечества живет еще в доиндустриальную или ранне-индустриальную
эпоху, в силу чего просто не в состоянии воспринять и освоить не только
достижения научно-технической революции, но и мировой культуры, и тем более -
строить свою жизнь на разумных началах. Обсуждение причин этой ситуации – в сочетании
с тем, что некоторая – очень малая – часть человечества живет – как она сама
считает – в «постиндустриальную» эпоху, выходит за рамки не только данной
статьи, но и этого тома…
Не менее важно другое.
Космическое пространство - среда абсолютно чуждая человеку. Ее исследование и
освоение потребует серьезных усилий, возможных только при одном условии:
объединении всех народов в единое Человечество. Этот процесс объективен, и
потому неизбежен. Вопрос стоит не «объединяться или не объединяться», а как и во имя чего. Те формы, в которых он реализуется
сейчас (т.н. «глобализация») вызывает отвращение и сопротивление во все более
широких слоях населения всех стран мира, включая лидера и «полюс» глобализации
- США.
Объединение Человечества
должно проводиться в интересах не отдельных групп населения ряда стран, как это
делается сейчас, но ради ВСЕХ, не ущемляя при этом интересов КАЖДОГО. Не
слишком удачная реализация принципов такого объединения в нашей стране не может
служить основанием для отказа от них.
Так уж сложилось, что до
сих пор только общий враг мог заставить людей (тем более - народы, государства)
объединиться. Первым примером, нарушившим печальную традицию, стала Антарктида:
ее исследования объединили ученых (а также моряков, летчиков и... военный
персонал) десятков стран не для борьбы с кем-то, но для преодоления слепого
сопротивления природы. Космическое пространство в этом смысле - несоизмеримо
более широкое поле совместной деятельности. Но только если это будет совместная
работа, а не взаимное желание поправить финансовые дела за счет партнера и
успокоить свое правительство, чем, в значительной степени, является
разрекламированный проект «Международной космической станции»...
Впрочем, это уже не
космонавтика, хотя... достаточно серьезное условие ее поступательного развития.
Еще дальше.
Но, в конце концов, и
Солнечная система имеет вполне конечные размеры. Что же будет, когда все
планеты и их спутники, астероиды и кометы будут обследованы, когда пригодные
для этого тела покроются рудниками и заводами, когда околосолнечное
пространство станет гигантским промышленным «пригородом» прекрасной и чистой
Земли? Космонавтике останется только поддерживать транспортные потоки? Нет,
тут-то все только и начнется по настоящему.
Люди веками бьются над
вопросом, в чем смысл жизни? Обычно имеется в виду отдельно взятый человек, но
ведь то же самое можно спросить и про все Человечество! До недавнего времени
считалось, что вопрос «зачем», «для чего» - вне науки, и его относили, скорее,
к религии. На каком-то этапе развития это было правильно, но... этапы развития
проходят.
Современные данные в
области биологии, химии и термодинамики позволяют утверждать, что время,
необходимое для случайного образования даже органических молекул, а уж тем более
– ДНК, превышает известный возраст Вселенной. Вместе с тем, данные физики и
теории информации не исключают образования на ранних этапах эволюции Вселенной
достаточно сложно организованных систем, не живых в привычном
нам смысле, но разумных, во всяком случае – способных перерабатывать
информацию и принимать решения. В числе возможных «физических носителей» таких
систем называют нейтронные звезды, но не исключают и обычных, типа нашего
Солнца. Однако по современным же представлениям такие системы могут существовать
только ВНУТРИ звезд, а межзвездное пространство для нее даже более враждебно,
чем для человека.
Так не были ли
появившиеся на планетах – а может и в облаках космической пыли – органические
молекулы, ставшие основой биологической жизни, шагом «звездного» разума в
принципиально недоступную ему среду? Тогда целью существования Человечества (и
шире - биологического разума) является повышение степени организованности
материи в максимально широкой области пространства. В этом контексте
космонавтика становится главным средством достижения Человечеством своей цели!
Конкретно же речь идет о
преобразовании Солнечной (для начала) системы под требования разума
(Человечества) и межзвездных перелетах, освоении других планетных систем,
Галактики и т.д.
Сегодня преобразование
Солнечной системы видится как расширение так называемой «зоны жизни», в которой
получаемой планетой солнечной энергии достаточно, чтобы вода в течении года оставалась жидкой. Сейчас в таких условиях находится
только Земля и - видимо - несколько спутников Юпитера.
Предлагается, например,
соответствующим образом передвинуть Венеру или Марс. В принципе, даже используя
ракетную технику, это можно сделать... Кроме того, обсуждались меры по
максимизации использования солнечной энергии – помимо вышеописанных идей
Циолковского, Дайсона и Покровского, предлагаются, например, активизация
солнечного излучения и его концентрации.
Но вполне может
оказаться, что необходимо передвинуть всю Солнечную систему целиком, или,
наоборот, уводить от взрывающегося Солнца только Землю, как это было описано
французским писателем Ф. Карсаком. Для этого герои
романа «Бегство Земли» разместили на полюсах (чтобы сохранить суточное
вращение) «космомагнитные» двигатели (кстати, из
описания понятно, что «космосагнетизмом» автор
именовал эфир), которые за два десятка лет перевели планету через две соседних
звездных системы.
Однако все это окажется
неактуальным, когда Человечество создаст межзвездные корабли и начнет
регулярные межзвездные полеты.
Все разговоры о том, что
это принципиально невозможно, следует отвергнуть, сославшись на исторический
прецедент: буквально накануне полета братьев Райт видные ученые заявляли, что
полет на аппарате тяжелее воздуха в принципе невозможен... Но также очевидно,
что не приходится говорить о звездолетах реактивных (пусть даже фотонных),
летящих с субсветовыми скоростями: характеристики такой «ракеты» совершенно
невообразимы, релятивистское замедление времени делает хоть сколько-нибудь
осмысленным исследование только ближайших звезд в радиусе каких-нибудь 100
световых лет, и это, конечно, могут быть только разведывательные рейсы.
Нет, нужно с самого
начала четко понять, что межзвездные полеты будут иметь смысл только тогда,
когда мы настолько поймем устройство нашего пространства (или
пространственно-временного континуума), что сумеем реализовать многократно
описанный в фантастике «гиперпространственный
переход». Между прочим, это уже давно не только фантастика, но предмет
серьезного интереса таких выдающихся ученых, как Стивен Хокинг
и Кип Торн (или омский математик Александр Гуц,
опубликовавший соответствующие расчеты еще в начале 1980-х гг.).
Разумеется, дистанция от
выкладок Хокинга, Торна и Гуца
до реальных гиперпространственных звездолетов не
короче, чем от расчетов Циолковского до гагаринского
старта.
Изменять (достаточно
непредсказуемо) мерность нашего мира мы можем пока только в крохотных рабочих
зонах мощнейших ускорителей, огибающих своими трассами крупные города, и
потребляющих не меньшие, чем эти города, количества энергии. Как поменять
ситуацию и вывести в гиперпространство хотя бы корабль размером с «Восток» -
пока совершенно не ясно. Но, в конце концов, и Циолковский не верил, что в
космос полетят раньше 2017 года, однако, это произошло на 56 лет раньше!
Между тем, результат
стоит усилий. Дело здесь не только в том, что Человечество получит возможность
использования неограниченных ресурсов материи, энергии и пространства. Самое
главное - только тогда мы перестанем зависеть от
катастрофических случайностей и получит неплохой шанс для вечной жизни -
по крайней мере, до конца нашей Вселенной, если он наступит. А может быть,
именно мы и должны будем его предотвратить?
Правда, в этом мы,
скорее всего, будем не одиноки...
(c)С.В.
Александров, 2002 г.
источник -