Обитаемый космос. Образы предстоящей экспансии

Космос не терпит романтики. Пространство (небесные тела) будет освоено ровно настолько, насколько сможет стать для нас транспортным терминалом и орбитальной верфью. Путешествие начнется в космическом лифте и закончится где-нибудь в поясе астероидов, в офисе добывающей компании. Все почти как сейчас – только ездить на работу дальше.

 

Безжизненная планета

Марс обитаем, люди всегда были в этом уверены. Ученые видели в сезонных изменениях его цвета, таянии полярной шапки, обводнении планеты признаки сельскохозяйственной деятельности.

Путешествие к населенному Марсу имело смысл: его обитателей можно было освободить (как в «Аэлите» Толстого), истребить (как в «Марсианских хрониках» Брэдбери), попытаться понять (как в «Космической трилогии» Клайва Льюиса). Но потом оказалось, что нет, нельзя. Вторая половина XX века принесла землянам большое разочарование.

«Наши космические зонды, особенно “Викинг”, совершивший посадку на Марсе в 1970-х годах, и “Вояджер”, запущенный к Юпитеру, Сатурну, Урану и Нептуну в 1980-х годах, отправили на Землю обескураживающую информацию о том, что наша Солнечная система сурова, мрачна и безжизненна», – констатировал знаменитый физик, популяризатор науки Митио Каку.

Между тем, первая орбитальная станция Земли задумывалась именно как верфь, а затем – стартовая площадка для полета на Марс. В 1959 году вышло постановление Совета министров СССР о создании тяжелого корабля H1. Королев планировал возведение на орбите дока, в котором будет построен космический аппарат. Первая экспедиция намечалась на 1971 год. Космонавты должны были за три года достичь Марса, провести там разведку и вернуться на Землю. Примерно в 1976 году КБ Королева рассчитывало направить на Марс большую группу поселенцев, профессионалов, способных освоить другую планету.

Проект требовал невероятных средств, инженеры спорили, как вывести на орбиту сотни тонн металла. Все прекратилось со смертью Королева. Советский Союз отказался от форпоста на Марсе и переключился на Лунную программу – она была несравнимо дешевле.

Ученые США в то же время пытались объяснить, зачем им Луна, после того как политический результат – водружение флага в Море Спокойствия – уже достигнут.

В большинстве проектов по освоению космоса научная (или идеологическая) составляющая опережала экономическую – сначала люди стремились к Луне, Марсу, в пояс астероидов, а потом пытались понять – зачем, и как оправдать титанические расходы на космическую программу.

 

Золотые астероиды

Тогда (как и сейчас) велись работы над уникальным способом получения энергии – термоядерным синтезом. Возникла версия, что Луна станет источником гелия-3, на его изотопах будут работать земные тороидальные камеры.

«Логика простая: раз уж лететь на Луну, значит, надо что-то с нее привезти, иначе зачем вообще лететь? Золото или какие-нибудь другие ценности везти будет слишком дорого. Вот и придумали гелий-3. Но для того чтобы его добыть в необходимых объемах, нужно создать на Луне промышленность, соизмеримую с золотодобывающей отраслью на Земле. При этом доля гелия-3 в лунном грунте такова, что золотопромышленники на Земле его добывать бы не стали: экономически невыгодно», – объясняет научный руководитель Института космических исследований РАН академик Лев Зеленый.

Гелий-3 и сегодня собираются добывать на Луне, Меркурии, на спутниках дальних планет Солнечной системы. Применять этот ресурс планируют в технологии, которая пока не дала видимых результатов, – для получения энергии в токомаках.

Самым перспективным для освоения участком космоса считается пояс астероидов – низкая гравитация снижает сложность посадки, а размер небесных тел упрощает геологоразведку.

В 2010 году японский космический аппарат «Хаябуса» с огромными трудностями доставил образцы с астероида Итокава. В ходе миссии зонд повредил один из двигателей, потерял миниатюрного робота, пережил несколько сбоев бортового компьютера. Но Итокава оказался заурядным хондритом с низким содержанием железа.

«Хаябуса-2» в конце прошлого года вернулся с астероида Рюгу. На нем надеялись найти органические и гидратированные минералы, а получили лишь крупинку непонятного происхождения – с большой вероятностью она откололась от самого зонда, берущего пробу. Следующую экспедицию японцы отправят на спутник Марса Фобос, который всегда пугал землян.

В космосе действительно есть полезные ископаемые, и некоторые небесные тела в профессиональном сообществе называют «золотыми астероидами» – гипотетически они целиком состоят из ценных металлов.

Обнаружение такого гигантского самородка Виктор Мясников описал в фантастической повести «Короли ванадия». На протяжении всей книги герои буксируют ванадиевую скалу к орбите Земли, а читатель следит за взлетами и падениями фьючерсов космической компании. Понятно, что появление 12 миллионов тонн ресурса мгновенно обесценивает его. И это еще один минус к рентабельности программы освоения пояса астероидов. В астрономических количествах нам не нужны ни ванадий, ни золото, ни платина, ни… что там еще планируют добывать в космосе?

 

Будни орбиты

Получается, лететь за пределы земной орбиты пока незачем. По предварительной оценке, люди не разработали и трех четвертей полезных ископаемых собственной планеты. И это не только в океане – неразведанные месторождения могут находиться в Сибири, Арктике и Северной Австралии. Это далеко, но не дальше космоса.

Понятно, что жажда познания бывает важнее выгоды. Но сегодня в околоземном пространстве сложилась противоположная ситуация – все спутники выполняют определенную работу, ее результат понятен.

Всего вокруг Земли летает около пяти тысяч космических аппаратов. В первую очередь это спутники связи – скоро она будет доступна во всех точках планеты. Крупнейшие телекоммуникационные компании уже работают с космическими технологиями, пользователям даже не придется менять оператора. Орбитальные аппараты обеспечивают логистику на планете – корректируют движение кораблей, управляют навигаторами в автомобилях.

Еще одна задача спутников – дистанционное зондирование Земли, съемка поверхности нашей планеты. Сегодня разрешение снимков из космоса приблизилось к физическому пределу – достигло 50 сантиметров на один пиксель. Значительная часть астрономических приборов тоже выведена на орбиту, за пределы атмосферы, чтобы не мешала наблюдениям. И это только начало.

«Теоретически, самый эффективный источник энергии на Земле – солнечная энергия, но для ее получения требуется установка множества солнечных батарей. Такие батареи занимают много места на поверхности земли и отрицательно воздействуют на окружающую среду, не говоря уже о том, что процесс смены дня и ночи для них разрушителен. Однако в ходе мировой войны будущего разработанные до ее начала концепции получения электроэнергии в космосе и последующей ее передачи на Землю в форме микроволнового излучения стремительно превратятся из прототипа в реальность. Развитие нового источника энергии будет финансироваться практически так же, как и развитие интернета или железных дорог – на государственном уровне, что даст возможность использовать всю мощь военно-космических сил для вывода на орбиту требуемого оборудования. В итоге начнется настоящий экономический бум», – обещает основатель и руководитель аналитической группы «Стратфор» Джордж Фридман в книге «Следующие 100 лет: Прогноз событий XXI века».

Это не фантастика, подобные эксперименты уже ведет компания Mitsubishi. Правда, к созданию технологии, по мнению Фридмана, нас подтолкнет война. Но в той же книге автор предсказывает распад России в начале 2020-х годов, так что к прогнозам футуролога стоит относиться осторожно.

Орбитальные технологии уже сегодня необходимы для выживания человечества. Каждая решает свою задачу, но результатом всех действий становится освоение ближнего космоса. И происходит оно не как прорыв, а как рутина, постановка ежедневных задач на конвейер, удешевление технологий за счет увеличения объемов. Когда такая инфраструктура существует, можно делать следующий шаг. Там, где пересекаются дороги, рано или поздно появляются города.

 

Город наверху

Солнечная энергия транслируется с орбиты, туда же прибывают астероиды, состоящие из ценных руд. Возможно, ресурсы стоит применять прямо на месте? Готовить заправочные станции для кораблей, летящих на Луну, Европу или к поясу астероидов, строить заводы, обрабатывающие полезные ископаемые. Примерно так рассуждал Генри Форд, когда думал, как выгоднее использовать железные рудники и месторождения нефти. Решением стало создание автомобильной промышленности.

У орбитальных предприятий есть несомненные достоинства. Многие промышленные процессы требуют применения вакуумных технологий. Условие, которого так трудно достичь на земле, уже выполнено в космосе. Работа со сверхчистыми биоматериалами и металлами также требует неземной пустоты. Некоторым технологическим процессам мешает действие гравитации. Есть и другие причины работать на орбите. В космосе могут не действовать государственные нормы. Это настоящий оффшор для научных и финансовых операций, неподконтрольный земным государствам. Опасные эксперименты, последствия которых трудно предсказать, стоит проводить на орбите, там, где людей почти нет. Земные дороги тоже пролягут через орбиту.

«Воздушная логистика в ближайшие годы поднимается в космос. То есть космос становится как бы еще одним воздушным коридором. Мы ожидаем, что целый ряд технологических решений сегодня приведут к использованию космоса не для того, чтобы куда-то (на другую планету) полететь, а чтобы совершить перелет из Сиднея в Нью-Йорк… Из точки «А» в точку «Б» ты можешь всегда перелететь не за несколько суток, как сейчас, а за два-четыре часа. Это создает новую реальность», – предсказал в апреле спецпредставитель президента РФ по вопросам цифрового и технологического развития Дмитрий Песков.

Космический город – это не дома под куполом, это чередование заводов, лабораторий, доков и жилых отсеков, разнесенных по орбите: все те же цилиндры, шары и конусы, из которых состоит любая орбитальная станция. Но количество элементов исчисляется сотнями, а перемещение между ними упрощено. Со временем города станут настолько длинными, что соединятся в кольца. Появление орбитальных поселений-бубликов предсказывал еще Циолковский.

Такие же бублики вырастут вокруг других планет. Средняя температура на Венере – 462 °C, притяжение Юпитера в 2,4 раза сильнее, чем Земли. Освоение планет легче начинать с их орбит. Значит, маршрут будет выглядеть так: транспортный хаб на поверхности Земли – орбитальный порт – еще один орбитальный порт, уже на другой планете – поселение на планете, ее спутнике или астероиде.

Осталось найти место для хаба, точки, которая свяжет планету с орбитальным городом.

«Прекрасное безлюдное пространство Сибирь. Вот там-то и нужно строить космодромный комплекс с контуром городов по периметру, с привлечением профессионалов высшего класса, глобальную перевалочную базу с Земли на орбиту», – предлагает руководитель Исследовательской группы «Конструирование будущего» Николай Ютанов.

Регион действительно соответствует техническим требованиям для регулярных космических запусков. А еще в Сибири достаточно места и ресурсов для строительства новых взлетных площадок. При этом недалеко от хаба находятся научные и технические центры Европы и Азии.

«Это один из сценариев стратегического выигрыша России», – убежден футуролог.

 

Звездный буксир

Пока к орбите будут летать реактивные ракеты – на керосине или метане. Но это уже почти прошлое.

«Практика показывает, что мы исчерпали возможности химических ракетных двигателей. С ними человек может рассчитывать максимум на полет к Марсу. Дальше получится двигаться, только создав ядерные ракетные двигатели. Они сократят время полета и позволят расширить пределы исследований. Ядерные двигатели пытались разрабатывать на заре космической эры, тогда казалось, что они войдут в строй через 5–7 лет. Сейчас я скажу, что первые экземпляры появятся в начале 2030-х годов. Они будут еще не той мощности, которая необходима для перелетов, но работы ведутся. Надежные экземпляры для дальних перелетов появятся к середине XXI века», – обещает российский инженер, специалист по проектированию и производству ракетно-космических систем Александр Железняков.

«Создание ядерных двигателей при современных материалах – слишком опасный эксперимент. Ни одна страна на него не решается», – возражает известный российский физик, доктор технических наук Александр Чирцов.

Впрочем, в главном ученый согласен с инженером: «Из химических двигателей мы все выжали. Ничего заслуживающего серьезного отношения, хоть сколько-нибудь обоснованного, я не слышал. Проблема знакома нам еще со школы: хотите увеличить скорость – поднимайте температуру. Но из чего сделать стенки, которые ее выдержат? Где взять энергию выше той, которая удерживает атом?»

Фотонные двигатели, на которых летали первопроходцы советской фантастики, в реальности вовсе не так эффективны.

«Фотон летит быстро, но его масса ничтожна. Сколько потребуется фотонов, чтобы передать импульс? И что вы будете сжигать, чтобы их получать? Мы не можем заставить частицу удерживаться за счет давления лазерного луча, а вы хотите ракеты к другим планетам отправлять! Любую скорость можно развить на электрическом двигателе, выбрасывая ионы. Только тяга будет исчисляться миллиньютонами, на разгон ракеты уйдут миллионы лет», – предупреждает Александр Чирцов.

Впрочем, Россия планирует построить к 2024 году транспортный буксир на ионной тяге. Разработку ведет КБ «Арсенал». Аппарат не требует керосина, путь до Луны занимает 200 дней. Это долго, но если наладить непрерывную перевозку, получатели перестанут зависеть от скорости – груз будет поступать регулярно. Применение медленных и надежных буксиров – реалистичный прогноз.

 

Путь в пустоту

Фантастический вариант прозвучал почти 50 лет назад в фильме «Москва – Кассиопея»: «Может быть, именно в особенностях строения нашего пространства нужно искать ответ на вопрос, как попасть из одного места в другое, быстрее, чем это делает свет… Я верю, что если не мы, то вы научитесь когда-нибудь прогрызать дырки в пространстве».

Эти слова произнес не актер, а научный консультант фильма, профессор кафедры математической статистики и случайных процессов мехмата МГУ Владимир Золотарев.

«Дырки в пространстве» мы прогрызать пока не научились, но теоретическая физика приблизилась к решению этой задачи. Астрофизики утверждают, что реальность искривлена, причем с отрицательным радиусом. Мы живем не в сфере, а в гиперболоиде. А значит, можем двигаться не в точности по поверхности, а срезать дорогу. Правда, уловка не даст заметного выигрыша. Радиус кривизны настолько невелик, что на расстояниях, сопоставимых с размерами Солнечной системы, эффект будет незаметен. Телепортироваться стоит на другой конец Галактики. А там непонятно что делать. На другом конце дыры, прогрызенной в пространстве, скорее всего, окажется пустота.

 

Жизнь это встреча

И все-таки важным, если не главным в освоении космоса, остается вопрос: встретим ли мы там братьев по разуму и если да, то какими они будут.

«В мироздании нет цивилизации старше, чем наша. Для того чтобы человеческое тело существовало, необходима половина таблицы Менделеева. Все химические элементы – результат деятельности звезд. Чтобы дойти до нынешнего количества, нужны три термоядерных цикла – каждый занимает от трех до пяти миллиардов лет и приводит к возникновению новых элементов. Для создания всех необходимо минимум 10 миллиардов лет. Увеличить скорость цикла невозможно», – утверждает Николай Ютанов.

Чтобы обогнать нас в развитии, инопланетной цивилизации пришлось бы начать раньше, с вероятностью, еще до Большого взрыва. А это маловероятно.

Но есть и другой взгляд. Несколько лет назад на форумах военных экспертов появился план действий ВМФ России в случае атаки из космоса. Страна-агрессор в документе не называлась, боевые действия планировались против неопознанных объектов.

Понятно, что подобные планы разрабатываются на все вероятные и некоторые невероятные случаи. К тому же нереалистичный сценарий часто выявляет подлинные возможности флота. И теперь мы точно знаем, что ВМФ РФ способен поразить враждебный объект на высоте 300 километров, а это три четверти расстояния до МКС. Верят при этом военные моряки в инопланетян или не верят, уже не так важно.

 

Луна в романе Роберта Хайнлайна «Луна – суровая хозяйка» – это аграрная колония Земли. На спутник ссылают преступников, те живут в подземных городах и выращивают для метрополии зерно. Сюжет посвящен борьбе Луны за независимость – во многом автор повторяет историю Австралии и Соединенных Штатов. Видимо, пересказать знакомый сюжет проще, чем описать реальные перспективы освоения Луны.

Марс становится обитаемым в ходе настольной игры «Terraforming Mars». Игроки представляют вымышленные земные корпорации, но разработчики наделили их реалистичными возможностями: технологии позволяют увеличить количество кислорода в атмосфере, повысить температуру Марса, превратить кратеры в моря. Игра вполне может считаться научно-популярной, при этом она уже несколько лет занимает высшие строчки в рейтингах, то есть остается интересной.

Пояс астероидов в цикле книг, написанных под псевдонимом Джеймс Кори, и в сериале «Экспансия» – это часть космоса, поделенная между Землей и государством Марса. Астероидяне (или сокращенно «астеры») экспортируют полезные ископаемые, но вынуждены ввозить воду. Собственно, транспортировка на малую планету Церера груза льда и становится завязкой сериала.

Европа – спутник Юпитера, большей частью она состоит изо льда. Остроумный способ применения замерзшего спутника предлагает фантаст Александр Тюрин. В книге «Боятся ли компьютеры адского пламени» лед на Европе содержит примеси железа и легких металлов. Спутник хорошо проводит электричество, поэтому из него сделали гигантское хранилище данных, межпланетный компьютерный сервер. Источники питания работают на за счет перепадов температуры между теплым океаном и ледяным покровом. А данные вырезают во льду специальные роботы-рекордеры.

 

Автор - Александр Яцуренко

©«Новый оборонный заказ. Стратегии» 
№ 3 (68), 2021 г., Санкт-Петербург

Партнеры