6 проблем освоения космоса

Космос, конечно, бесконечно более враждебный для людей, чем поверхность моря; покинуть земную гравитацию сложнее и дороже, чем оттолкнуться от берега. Те первые лодки были передовыми технологиями своего времени. Мореплаватели тщательно планировали свои дорогие, опасные путешествия, и многие из них погибли, пытаясь выяснить, что там за горизонтом. Почему мы тогда продолжаем?

Можно было бы поговорить о бесчисленных технологиях, от небольших продуктов для удобства до открытий, которые позволили предотвратить массу смертельных случаев или спасти кучу жизней больных и раненых.

Можно было бы поговорить о том, что не стоит нам всем отсиживаться на одной планетке, ожидая хорошего удара метеорита, чтобы присоединиться к нелетающим динозаврам. И вы заметили, как меняется погода?

Можно было бы поговорить о том, что всем нам легко и приятно работать над проектом, который не включает убийство себе подобных, который помогает нам понять нашу родную планету, искать способы жить и, что особенно важно, выживать на ней.

Можно было бы поговорить о том, что убраться из Солнечной системы подальше — весьма неплохой план, если человечеству повезет выжить в следующие 5,5 миллиарда лет и Солнце расширится достаточно, чтобы поджарить Землю.

Можно было бы поговорить обо всем этом: о причинах, по которым мы должны найти способ поселиться подальше от этой планеты, построить космические станции и лунные базы, города на Марсе и поселения на спутниках Юпитера. Все эти причины приведут нас к тому, что мы посмотрим на звезды за пределами нашего Солнца и скажем: можем ли мы добраться туда? Будем ли?

Это огромный, сложный, почти невозможный проект. Но когда это останавливало людей? Мы родились на Земле. Останемся ли мы здесь? Нет, конечно.

Проблема: взлет. Преодолеть гравитацию

Отрыв от Земли похож на развод: хочется побыстрее и чтобы багажа поменьше. Но мощные силы выступают против — особенно гравитация. Если объект на поверхности Земли хочет свободно летать, ему нужно оторваться со скоростью, превышающей 35 000 км/ч.

Это выливается в серьезный «упс» в денежном эквиваленте. Чтобы просто запустить марсоход «Кьюриосити», понадобилось 200 миллионов долларов, одна десятая бюджета миссии, и любой экипаж миссии будет отягощен оборудованием, необходимым для поддержания жизни. Композитные материалы вроде сплавов экзотических металлов могут снизить вес; добавьте к ним более эффективное и мощное топливо и получите нужное ускорение.

Но лучшим способом сэкономить денег будет возможность повторного использования ракеты. «Чем выше число рейсов, тем выше будет экономическая отдача, — говорит Лес Джонсон, технический ассистент Advanced Concepts Office NASA. — Это путь к резкому снижению стоимости». SpaceX пытается сделать свою ракету Falcon 9, к примеру, многоразовой. Чем чаще вы летаете в космос, тем дешевле это выходит.

Проблема: тяга. Мы слишком медленные

Лететь через космос просто. В конце концов, это вакуум; ничто не будет вас тормозить. Но как разогнаться? Вот это-то сложно. Чем больше масса объекта, тем большую силу нужно приложить для его движения — а ракеты весьма массивны. Химическое топливо хорошо подходит для первого толчка, но драгоценный керосин сгорит в считанные минуты. После этого путь к спутникам Юпитера займет пять-семь лет. Но это долго. Нам нужна революция в способах космического движения.

Проблема: космический мусор. Там, наверху — минное поле

Поздравляем! Вы успешно запустили ракету на орбиту. Но прежде чем вы прорветесь во внешний космос, к вам с тыла зайдет парочка старых спутников, изображающих кометы, и попытается протаранить топливный бак. И нет больше ракеты.

Это проблема космического мусора, и она весьма актуальна. Американская сеть космического наблюдения смотрит за 17 000 объектов — каждый размером с футбольный мяч — которые носятся вокруг Земли на скорости свыше 35 000 км/ч; если считать с кусками до 10 сантиметров в диаметре, обломков будет свыше 500 000. Крышки от фотоаппаратов, пятна краски — все это может создать пробоину в критической системе.

Мощные щиты — слои металла и кевлара — могут защитить от крошечных кусочков, но ничто не спасет вас от целого спутника. 4000 таких вращается вокруг Земли, большая часть из них уже отработали свое. Центр управления полетами выбирает наименее опасные маршруты, но отслеживание не идеально.

Снять спутники с орбиты нереально — потребуется целая миссия, чтобы захватить хотя бы один. Так что отныне все спутники должны самостоятельно сходить с орбиты. Они будут отрабатывать лишнее топливо, потом используют ускорители или солнечные паруса, чтобы сойти с орбиты и сгореть в атмосфере. Включайте программу отработки в 90% новых пусков либо получите синдром Кесслера: одно столкновение приведет ко множеству других, которые постепенно вовлекут весь орбитальный мусор, и тогда никто не сможет летать вообще. Возможно, пройдет век, прежде чем угроза станет неотвратимой, или намного меньше, если развернется война в космосе. Если кто-то начнет сбивать вражеские спутники, «это будет катастрофа», считает Хольгер Крэг, глава отдела космического мусора в Европейском космическом агентстве. Мир во всем мире необходим для светлого будущего космических путешествий.

Проблема: навигация. В космосе нет GPS

Deep Space Network, коллекция антенн в Калифорнии, Австралии и Испании — это единственный инструмент навигации в космосе. Начиная студенческими зондами и заканчивая «Новыми горизонтами», летящим через пояс Койпера, все полагается на работу этой сети. Сверхточные атомные часы определяют, сколько необходимо сигналу, чтобы добраться от сети до космического аппарата и обратно, и навигаторы используют это для определения положения аппарата.

Но по мере роста числа миссий, сеть становится перегруженной. Коммутатор часто забит. NASA спешно работает, чтобы облегчить нагрузку. Атомные часы на самих аппаратах сократят время передачи вдвое, позволив определять расстояния с помощью односторонней связи. Лазеры с повышенной пропускной способностью смогут обрабатывать большие пакеты данных, вроде фотографий или видео.

Но чем дальше ракеты уходят от Земли, тем менее надежными оказываются эти методы. Конечно, радиоволны движутся со скоростью света, но передачи в глубокий космос по-прежнему занимают часы. И звезды могут рассказать вам, куда идти, но они слишком далеки, чтобы сказать вам, где вы находитесь. Для будущих миссий эксперт по навигации в глубоком космосе Джозеф Гвинн хочет спроектировать автономную систему, которая будет собирать изображения целевых и ближайших объектов и использовать их относительное местоположение для триангуляции координат космического аппарата — без необходимости в наземном контроле. «Это будет как GPS на Земле, — говорит Гвинн. — Вы помещаете GPS-приемник в свой автомобиль, и проблема решена». Он называет это системой позиционирования глубокого космоса — DPS, если коротко.

Проблема: космос большой. Варп-двигателей пока не существует

Самый быстрый объект, который люди когда-либо строили, это зонд Helios 2. Сейчас он мертв, но если бы звук мог распространяться в космосе, вы услышали бы, как он свистит, проносясь мимо Солнца на скорости свыше 252 000 км/ч. Это в 100 раз быстрее пули, но даже двигаясь на такой скорости, вам потребовалось бы 19 000 лет, чтобы достичь ближайшего соседа Земли по звездам. Никто пока даже и не думает отправляться так далеко, потому что единственное, что можно встретить за такое время, — смерть от старости.

Чтобы победить время, потребуется много энергии. Возможно, придется разрабатывать Юпитер в поисках гелия-3 для поддержки ядерного синтеза — при условии, что вы построили нормальные термоядерные двигатели. Аннигиляция вещества и антивещества даст больший выхлоп, но контролировать этот процесс весьма сложно. «Вряд ли вы стали бы делать это на Земле, — говорит Лес Джонсон, работающий над сумасшедшими космическими идеями. — В космосе — да, так что если что-то пойдет не так, вы не уничтожите континент». Как насчет солнечной энергии? Все, что нужно, это парус размером с небольшое государство.

Гораздо более элегантно было бы взломать исходный код Вселенной — с помощью физики. Теоретический двигатель Алькубьерре мог бы сжимать пространство перед кораблем и расширять позади, чтобы материал между — там, где ваш корабль — эффективно двигался быстрее света.

Впрочем, легко сказать, но трудно сделать. Человечеству потребуется несколько эйнштейнов, работающих в масштабах Большого адронного коллайдера, чтобы увязать все теоретические выкладки. Вполне возможно, что однажды мы сделаем открытие, которое все изменит. Но никто не будет делать ставку на случайность. Потому что моменты открытия требуют финансирования. Но лишних денег у физиков сферы элементарных частиц и у NASA нет.

Проблема: Земля только одна. Не смело вперед, а смело остаемся

Пару десятилетий назад фантаст Ким Стэнли Робинсон набросал будущую утопию на Марсе, построенную учеными перенаселенной и задыхающейся Земли. Его трилогия о Марсе показала убедительный повод колонизации Солнечной системы. Но на самом деле зачем, если не ради науки, нам двигаться в космос?

Жажда исследований таится у нас в душе — о таком манифесте многие из нас слышали и не раз. Но ученые давно выросли из шинели мореплавателей. «Терминология первооткрывателей была популярна 20-30 лет назад, — говорит Хайди Хаммел, которая занимается расстановкой приоритетов исследований в NASA. С тех пор, как зонд «Новые горизонты» пролетел мимо Плутона в прошлом июле, «мы исследовали каждый образец среды в Солнечной системе хотя бы раз», говорит она. Люди, конечно, могут копаться в песочнице и изучать геологию далеких миров, но поскольку этим занимаются роботы, нет нужды.

А как же жажда исследований? Истории видней. Западная экспансия была тяжелым отъемом земель, и великих исследователей тогда вели по большей части ресурсы или сокровища. Тяга к странствиям у человека проявляется сильнее всего лишь на политическом или экономическом фоне. Конечно, надвигающееся уничтожение Земли может обеспечить некоторые стимулы. Ресурсы планеты истощаются — и разработка астероидов уже не кажется бессмысленной. Изменяется климат — и космос уже кажется чуточку милее.

Конечно, в такой перспективе нет ничего хорошего. «Появляется нравственная угроза, — говорит Робинсон. — Люди думают, что если мы испоганили Землю, мы всегда можем отправиться к Марсу или к звездам. Это губительно». Насколько нам известно, Земля остается единственным пригодным для жизни местом во Вселенной. Если мы покинем эту планету, сделать это придется не по прихоти, а по необходимости.