Не может быть?

В 2016 году исполняется 55 лет со дня первого полета человека в космос. Сто лет назад такое событие казалось вовсе невероятным. Сейчас мы взахлеб читаем фантастические романы, где герои используют кажущиеся волшебными технологии: прыгают сквозь пространство и время, шутя обходят законы гравитации, говорят по видеосвязи с далекими планетами, сражаются на великолепных космических кораблях при помощи бластеров и световых мечей.

В этом обзоре мы подобрали пять необычных, но реальных космических проектов, каждый из которых может стать вехой в развитии всего человечества. О них уже предметно думают ученые по всему миру, не исключая российских. Давайте вместе разберем, насколько сложно нам будет покорить планеты и звезды, найдутся ли у нас аргументы в борьбе с законами природы.

Необычный старт

Первая принципиальная задача при полетах в космос – покинуть Землю. Человек — существо небольшое и физически слабое, без помощи приспособлений самые лучшие из нас не могут прыгнуть даже на 2,5 метра вверх. Нам мешает гравитация. Сейчас для борьбы с ней используются огромные и часто одноразовые ракеты, в жерлах которых при каждом полете в космос сжигаются сотни тонн топлива. Для того, чтобы вывести килограмм груза, нужно сжечь примерно 4 кг топлива – и это только минимальный вариант. При старте ракеты массой в 700 т, большая часть которой приходится на топливо, геостационарной орбиты достигнет полезный груз массой менее 4 т. Все вместе выходит очень дорого: сотни тысяч, а иногда миллионы рублей за каждый килограмм, и чем выше орбита, тем дороже.

В этой связи ученых давно интересуют альтернативы ракетным двигателям и сжигаемому топливу. Идей несколько, мы расскажем об одной – о космическом лифте. Это своего рода реализация принципа лестницы: да, мы не сможем прыгнуть до девятого этажа, но можем, не торопясь, подняться туда по ступенькам.

Базовая конструкция космического лифта такова. Поверхность Земли и большой спутник, расположенный несколько выше геостационарной орбиты, то есть дальше 35 тысяч километров от поверхности, соединяются тонким, но очень прочным тросом. Расчеты показывают, что такая конструкция может быть неподвижной относительно места крепления троса к Земле. По этому тросу грузы со скоростью несколько метров в секунду и должны подниматься в космос, как на лифте.

Выигрыш в стоимости вывода грузов на орбиту по сравнению с ракетами может быть колоссальным. Космический лифт остается фантастикой, так как есть много сложностей в реализации такого проекта, но назовем лишь две основных. Самая важная – люди пока не изобрели подходящего по своим свойствам материала для троса космического лифта. Вторая проблема – очень большая стоимость постройки лифта, который сможет окупиться лишь спустя многие годы эксплуатации, и это при условии, что не будет фатальных неисправностей.

К слову, дороговизна – общая черта абсолютно всех технологий нашего обзора.

Полеты людей к другим планетам

Пока люди побывали лишь на Луне: лететь к ней всего три дня. Условия ближайшей к нам планеты – Венеры – не позволяют туда высадить космонавтов, так как даже бездушная автоматика там выдерживает лишь считанные часы. Значит, наша цель – Марс. Взятые сейчас на вооружение космонавтикой технологии предполагают, что полет туда будет длиться от полугода до года. Если мы говорим о дороге в один конец, столько же – обратно. Наконец, несколько недель или месяцев на самом Марсе.

Есть хорошая новость: раз люди летали к Луне и возвращались, то у нас уже есть все необходимые базовые технологии. Проблема пилотируемого полета на Марс – в его сравнительной грандиозности. Марс намного дальше, на него гораздо труднее сесть и еще труднее взлететь с него, жизнь каждого члена экипажа нужно поддерживать в космосе в течение намного более длительного промежутка времени.

Есть психологические проблемы длительного общения членов экипажа в замкнутом пространстве космического корабля, физиологические сложности адаптации людей к марсианской гравитации после многих месяцев невесомости, опасность поражения людей космической радиацией, которую корпус корабля может лишь ослабить. Самого Марса последнее тоже касается: от радиации землян защищает магнитное поле родной планеты, а на Марсе оно в сотни раз слабее.

Кроме всего прочего есть один вопрос, на который нет однозначного ответа: а зачем? Дело в том, что современные технологии позволяют все исследования на других планетах проводить при помощи роботов. Человек на Марсе, если быть честным, пока ни к чему. Разве что как символ возможностей всего человечества. Ровно по той же причине люди не летают на Луну: незачем. Однако это лишь одна сторона медали.

Для того, чтобы дотянуться до Марса, людям придется сделать нечто грандиозное, существенно доработать имеющиеся технологии и придумать новые, а все это обязательно поможет где-то еще, на Земле и около нее. Во всяком случае, после безумной и дорогостоящей космической гонки за превосходство между СССР и США в 1960-70-х годах этот такой эффект был весьма ощутимым.

Исследовательская или промышленная база на Луне

Раз уж мы научимся летать к другим планетам, то можно задуматься и о большем – о постоянном «представительстве» землян на Луне, ближайшем к нам небесном теле. Это еще один трудный шаг вперед. Выше мы уже касались темы дороговизны вывода в космос любого груза, а постоянная лунная база с людьми на ней потребует регулярного обеспечения необходимыми человеку ресурсами: в первую очередь, воздухом, водой и пищей.

Многие ученые видят ключ к успеху подобного проекта в умении добывать значительную часть стратегических ресурсов на месте. Именно поэтому так много внимания ученые уделяют поиску воды на Луне или Марсе, анализу местных пород на предмет добычи из них химических элементов и соединений, пригодных для производства кислорода и топлива. Если все это удастся делать на месте, а не везти с Земли, то дело останется за малым: построить базу, научные лаборатории и промышленные блоки, придумать средства передвижения по поверхности, научиться выращивать растения в оранжереях, обеспечить защиту от влияния губительных космических факторов: вакуума, перепада температур, радиации. В последней фразе немало иронии: на самом деле, все это очень непросто.

Зато польза от базы на Луне может быть очень большой. Там есть ценные полезные ископаемые. Из-за вакуума там идеальные условия для некоторых видов промышленности, например, для металлургии и микроэлектроники. На Луне недорогая солнечная энергия, и было бы здорово научиться собирать ее там и передавать на Землю. Следующим шагом могла бы стать концентрация на Луне тех производств, которые принято на Земле считать вредными.

Полезные ископаемые с доставкой

Обустроившись на планетах и их спутниках, вспомним о том, что в Солнечной системе есть небесные тела поменьше – астероиды. Их размеры могут быть совсем небольшими по космическим меркам, несколько километров. Химический состав астероидов очень разный, и часть из них богата ценными минералами. По этой причине возникла смелая идея: а отчего бы не доставлять полезные астероиды поближе к Земле, на удобную для полетов туда орбиту, чтобы прямо там разбирать на «кирпичики» с пользой для человечества?

Есть и другой, менее сложный вариант: можно ограничиться теми астероидами, которые сами по себе регулярно сравнительно тесно сближаются с Землей. Организовав добычу какой-нибудь платины на астероиде, в моменты сближения его с Землей можно отправлять с небесного тела грузовые космические корабли к нашей планете. В то же самое время корабли с пустыми трюмами отправятся на астероид, чтобы ждать следующего сближения.

Добыча полезных ископаемых потребует создания на астероиде населенной или полностью роботизированной базы, умеющей поддерживать все циклы производства в автономном режиме, пусть и не без команд, посылаемых с Земли.

Такие чисто коммерческие проекты требуют сложного баланса между огромными затратами на реализацию и итоговой прибылью. Сейчас найдено не менее десятка астероидов, освоение которых сулит бизнесменам немалый куш. При немалых рисках: в космосе для них всегда есть место.

Полеты к звездам

Мы, весьма вероятно, научимся летать к другим планетам и жить на них. Очень может быть, мы освободим Землю от чадящих фабрик, а астероиды будут транспортироваться к Земле чуть ли не регулярными рейсами. Космические лифты сделают путешествие в космос таким же обыденным делом, как экскурсия на смотровую площадку Останкинской башни. Маловато? Есть космическая задача, которая пока нам совсем не по зубам: межзвездные полеты представляются пока абсолютно невероятными. Нам многое мешает.

Расстояние. Даже свет, несущийся со скоростью 300 000 км/с, от ближайшей звезды добирается к нам более четырех лет. Имеющиеся в распоряжении человека ракетные двигатели не могут за разумные сроки разогнать корабль до большой скорости, либо для этого требуется фантастические объемы топлива. У нас нет двигателей, которые позволили бы человеку слетать к ближайшей звезде и вернуться.

Время. Положим, двигатель найден. Если путешествовать на скорости, сравнимой со скоростью света, необходимо учесть, что время на Земле и космическом корабле будет идти по-разному. Чем дольше перелет, тем больше будет разница, при этом на корабле неизменно будет проходить меньше времени. Полет в оба конца даже на не слишком впечатляющие 50 световых лет с максимальной скоростью близкой к скорости света может обернуться тем, что вернувшиеся космонавты не найдут на Земле никого, кого знали, отправляясь в путь. Существенно меньшая и более реальная скорость сильно увеличит время полета и тем самым поставит под сомнение саму возможность возвращения космонавтов живыми: они рискуют умереть от старости.

Связь. Ее сейчас обеспечивают электромагнитные волны, скорость которых равна скорости света. Это большая, но конечная величина, что становится заметным даже в пределах Солнечной системы. Через какое-то время после старта межзвездной экспедиции ей станет практически невозможно вести нормальный диалог с землянами. Скажем, ответ с Земли на вопрос, заданный где-нибудь в окрестностях Плутона, стоит ждать не раньше, чем через десять часов. А потом это будут дни, месяцы, годы. Большую часть пути космонавты не смогут получать никакой оперативной помощи с Земли. Сейчас без этого люди не могут обойтись, даже находясь в космосе на околоземной орбите. Один из лучших на сегодня научных проектов пилотируемого полета к ближайшей звезде, который опирается на более или менее «прирученные» человеком технологии, включая термоядерные реакции, предполагает максимальную скорость всего в треть процента скорости света (1000 км/с) и длительность путешествия 1300 лет в одну сторону. Такой полет потребовал бы либо возможности смены поколений на протяжении целой эпохи прямо на корабле, либо умения поставить жизнь человека «на паузу». Фантасты для космических путешественников используют в своих книгах анабиоз, но современные ученые пока очень далеки от умения безопасно вводить в это состояние человека.

* * *

Таков космический расклад на сегодня. Было бы здорово назвать все это планами завтрашнего дня, но это не так. С другой стороны, нельзя недооценивать человека: каких-нибудь два десятка лет технического прогресса могут все перевернуть с ног на голову, а родившийся сегодня малыш в 2040 году вполне может перебраться жить и работать на Луну, пока его дети возводят первые стены марсианской базы.