Семь шагов за горизонт — Naked Science

3.7

Впервые ступив на Луну, Нил Армстронг произнес ставшую крылатой фразу: «Это – маленький шаг для человека, но огромный – для всего человечества». С тех пор прошло почти полвека, мир переменился до неузнаваемости, но новых по-настоящему больших шагов в космос мы так и не сделали. А между тем для полноценного освоения хотя бы Солнечной системы нам предстоит сделать как минимум семь прорывов.

С точки зрения науки

# SpaceX

# база на Луне

# колония на Марсе

# космический лифт

# Марс

# терраформирование

Выбор редакции

©Wikipedia

Впервые ступив на Луну, Нил Армстронг произнес ставшую крылатой фразу: «Это – маленький шаг для человека, но огромный – для всего человечества». С тех пор прошло почти полвека, мир переменился до неузнаваемости, но новых по-настоящему больших шагов в космос мы так и не сделали. А между тем для полноценного освоения хотя бы Солнечной системы нам предстоит сделать как минимум семь прорывов.

Шаг первый. Массовое выведение грузов на орбиту Прогноз: 2020-е гг.

Если бы перед каждым полетом новенький авиалайнер приходил с фабрики, готовился и после первой перевозки пассажиров выбрасывался, авиация далеко бы не ушла. Однако космонавтика больше полувека вынужденно следовала одноразовому подходу, оставаясь уделом редких государств, способных к такому сложному и дорогому производству. Лишь с недавнего времени развитие технологий позволило всерьез и в массовом масштабе приступить к созданию многоразовых ракет, а стоимость организации этого процесса стала по силам и крупному бизнесу. Революция уже началась, и стоимость на рынке выведения грузов на орбиту падает все последние годы. 

Без этого «неинтересного», но исключительно важного шага невозможен ни один последующий. Всеобщее упрощение, ускорение и удешевление отправки грузов и людей в космос можно будет сравнить с трансформациями, которые отличают Интернет 2018 года от Интернета 1998 года, медленного и скромного. Расширение транспортных потоков, связывающих Землю с орбитой, позволит во всеоружии подойти к следующим этапам движения вплоть до самой границы Солнечной системы и дальше, куда мы пока не заглядываем. Эти перемены уже сегодня оказывают благотворное влияние на индустрию производства космических аппаратов и питают надежды на реализацию новых футуристических проектов. 

Так, уже озвучен ряд инициатив по запуску целой флотилии спутников для обеспечения полного покрытия Земли бесплатным и быстрым Интернетом, что в 1998 г. нам и не снилось. А тем временем конкуренция между государствами и частными производителями космических ракет охватывает все новые области и достигла уже тяжелых носителей. Собственные проекты реализуют все ключевые игроки, включая компании SpaceX и Blue Origin: массовые полеты к орбите должны увенчаться могучим шагом за ее пределы.

Шаг второй. Лунная база Прогноз: 2025–35 гг.

Сделать Луну хотя бы примерно такой же комфортной, как Земля, у нас вряд ли получится. Но превратить ее если не во всеобщую «здравницу», то хотя бы в «кузницу» человечества – вполне возможно. Она может стать важным научным и астрономическим центром, местом повального туризма. Но прежде всего – промышленным: здесь имеются масса легкодоступной солнечной энергии и даровой вакуум, водный лед и железо, алюминий, титан и даже гелий-3 на случай, если когда-нибудь понадобится запустить термоядерный реактор. Но это дело весьма отдаленного будущего. На первом этапе Луну ждет строительство скромной базы или нескольких баз. 

Главный игрок, американское NASA, пока что не проявляет в этом своего обычного напора. Программа Constellation, которая ориентировалась на создание лунной базы после 2020 г., была свернута в 2011 г. Отказались от дорогостоящего проекта и в японском JAXA. Масштабная трехэтапная программа Роскосмоса, которая была рассчитана на 2016–2050 гг., растворилась в воздухе. Однако европейцы из ESA продолжают реализовывать собственную программу Aurora и планируют возведение базы после 2030 г. Китай ориентируется начать освоение спутника в 2040–2060 гг. и, соответственно, отправлять к нему тайконавтов начиная с 2020-х. 

Наиболее перспективными местами для строительства базы называют полюса Луны, где в вечной тени кратеров можно найти достаточно замерзшей воды. Обратная сторона спутника замечательно подойдет для возведения новейшего космического телескопа с громадным параболическим зеркалом. Ученые сумеют исследовать и саму Луну, а туристы – совершить несколько шагов по ее поверхности и, быть может, забрать немного камней. Но главные надежды с ней связывает промышленность: фактически, естественные условия для тонкой металлообработки и производства микроэлектроники здесь лучше, чем на Земле. Быть может, реализации такого проекта поможет привлечение бизнесов-гигантов, и первой лунной базой станет роботизированное производство процессоров.

Шаг третий. Эксплуатация астероидов Прогноз: 2030–40 гг.

И колония на Луне, и другие космические мегапроекты, да и сама Земля будут требовать все больше разнообразных ресурсов для производства: от обычной воды до редкоземельных металлов. Обеспечить все потребности на ближайшую перспективу обещает использование астероидов. Большинство из этих небесных тел относятся к одному из трех типов: углеродистые С-типа, железо-никелевые М-типа и железо-никелево-магниевые S-типа. Все они могут содержать большие количества примесей – в составе астероидов обнаруживаются вода и кислород, золото и платина. Существует даже спекулятивная оценка специалистов NASA, которые подсчитали общую сумму минеральных ресурсов главного пояса астероидов, получив умопомрачительную цифру порядка 500 септиллионов долларов. 

С другой стороны, сомневаться в больших цифрах не приходится: средний астероид S-типа диаметром около километра может содержать тысячи тонн одной только платины на сумму в сотни миллиардов долларов. Остается добыть все эти сокровища. Для этого на нужном астероиде может монтироваться роботизированная инфраструктура, которую время от времени станут посещать космические грузовики, а после полной выработки весь «обогатительный комбинат» переедет на следующее небесное тело. Крайне слабая гравитация потребует разработки специальных технологий добычи, но, с другой стороны, она же облегчит работу с тяжелыми грузами. 

Другой вариант состоит в буксировке подходящего астероида поближе, на околоземную орбиту, где с ним можно будет «разобраться» не спеша и не создавая производственной инфраструктуры, которую необходимо транспортировать на огромные расстояния. Такой проект озвучила в 2012 г. группа инвесторов во главе с основателями Google Ларри Пейджем и Эриком Шмидтом. Представленная ими тогда компания Planetary Resources обещала доставить к Земле астероид уже через несколько лет. Впрочем, большого прогресса стартап до сих пор не добился, а добыча ресурсов в космосе остается делом будущего.

Шаг четвертый. Колония на Марсе Прогноз: 2030–50 гг.

Планы отправиться на Марс возникали еще одновременно с советскими и американскими «лунными» проектами, однако по разным причинам оказались надолго отложены. Сегодня они получили особую актуальность: о необходимости такого полета заговорили уже в куда большем числе стран. Насколько известно, мало кто из экспертов рассматривает всерьез частные проекты полетов на Марс – такие как Mars One Баса Лансдорпа или Inspiration Mars Foundation Денниса Тито. Однако вполне понятное внимание привлекают заявления ESA высадить своего астронавта на Марсе не позднее 2033 г., или NASA, где нацелились на 2030-е. И с уже привычным уважением стоит отнестись к заявлениям главы SpaceX Илона Маска, который обещает в скором времени отправить на Марс беспилотный модуль, а в 2024 г. – пилотируемый корабль. 

Несмотря на вполне заслуженное доверие, заявления Маска пока что звучат все-таки фантастически. Такой полет займет больше года, и этот срок космонавты должны провести в условиях изоляции и невесомости. Их требуется защитить от космических лучей и солнечной радиации, обеспечить воздухом, водой и пищей. Не имея возможности получить помощь с Земли – даже связь с орбиты Марса будет сопровождаться задержками более чем 40 минут, – первопроходцы должны будут уметь справляться со всем самостоятельно. Наконец, их потребуется вернуть на Землю. Даже оценить затраты на решение всех этих задач довольно сложно, не говоря уже о том, чтобы собрать или окупить такие вложения. 

С другой стороны, все мы понимаем, что рано или поздно все это неизбежно случится. Считается, что за таким грандиозным событием может последовать общее оживление мировой экономики, какое наблюдалось после полета Гагарина. Технологии, которые будут при этом созданы, придадут развитию человечества дополнительный толчок. Да и для цивилизации это будет существенным шагом вперед, впервые – на другую планету. Недаром интерес к проекту проявляют уже не только государства, но и частные инициативы разной степени фантастичности.

Шаг пятый. Космический лифт Прогноз: 2050–2100 гг.

Довольно старая идея, высказанная еще Константином Циолковским, оказалась исключительно трудной в реализации. Казалось бы: закрепить на поверхности Земли (желательно у экватора) трос и протянуть его до геостационарной орбиты. Центробежная сила будет удерживать его без дополнительных усилий, и она же поднимет полезные грузы на нужную высоту. Однако на практике изготовить хотя бы сам трос до сих пор не получается – даже самая прочная стальная балка такой длины разорвется под собственной тяжестью. Подходящий материал должен обладать почти фантастической легкостью и прочностью на разрыв. К счастью, в последние годы надежда получить его появилась. 

Речь, конечно, идет о графеновых нанотрубках, известных благодаря их невероятной прочности и низкой массе. И хотя получать их удается максимум сантиметровой длины, теория предсказывает, что когда технологии производства позволят сделать из них трос, он выдержит. Какого рода будет этот прорыв, покажет будущее: это могут оказаться методы синтеза сверхдлинных нанотрубок протяженностью в тысячи и десятки тысяч километров, или же технологии «плетения» и производства тросов из более коротких нанотрубок. Существует и альтернативный материал – графеновая бумага, которая в 5–6 раз легче стали и в 10 раз прочнее ее на разрыв. 

Операционные расходы космического лифта должны быть совсем невелики, позволив расширить грузо- и пассажиропоток между Землей и околоземной орбитой. Если конец троса поднимется выше 140 тыс. км, скорость скользящего груза приблизится к 11 км/с и позволит отправлять его к границе Солнечной системы. Однако для этого предстоит решить массу проблем и технического, и политического характера. Кто будет участвовать в возведении циклопического инженерного сооружения? Кто станет финансировать и эксплуатировать его? Как будет организована защита инфраструктуры? Ответив же на эти вопросы, можно будет приступать к работе, выводить стационарную станцию на нужную высоту и, медленно формируя на орбите, спускать трос вниз. Аналогичный проект может быть реализован и на Марсе, благо, меньшая сила тяжести предъявляет куда более скромные требования и к космическому лифту, и к его тросу.

Шаг шестой. К дальним пределам Прогноз: 2100–2200 гг.

Решение основных проблем с выведением и с обеспечением возможности длительного пребывания человека в космосе откроет совершенно новые возможности для освоения дальних регионов Солнечной системы, включая ресурсы большого пояса астероидов и системы газовых гигантов Сатурна и Юпитера. Скорее всего, это потребует создания и нового типа двигателей – ядерных, термоядерных или на пока еще неизвестных принципах, но и эта задача к тому времени наверняка будет решена. Тем более что некоторые спутники планет-гигантов могут оказаться подходящими телами для колонизации, изучения и освоения. 

Возле Юпитера на Европе находится обширный океан воды, с которым даже связывают надежды на внеземную жизнь. А вода – это и возможности производства ракетного топлива, и кислород для дыхания. Серьезную проблему может представлять исключительно высокий уровень радиации, но для укрытия от нее колонию можно основать и под поверхностью льда. Кроме того, близ Сатурна на Титане есть целые моря жидкого метана и горы других органических соединений, подходящих для масштабного синтеза всего необходимого. Водный лед здесь также присутствует. 

Среди других кандидатов на постройку колонии называют и Каллисто – второй по величине спутник Юпитера, способный стать удобной перевалочной базой и дозаправочной станцией для кораблей, работающих в удаленных областях Солнечной системы. Колония может возникнуть и на Церере – крупнейшем теле главного пояса астероидов, которое станет транспортным и контрольным центром для сотен добывающих предприятий, заводов и фабрик, работающих на соседних телах.

Шаг седьмой. Терраформирование Марса Прогноз: 2500 гг.

Земля – это не навсегда. Рано или поздно людям придется осваивать другие небесные тела всерьез, надолго обустраивая все необходимое для жизни там. И хотя миров, готовых для обитания, под боком у нас нет, человечество сможет их создать на базе соседних, пока не слишком гостеприимных планет. Первым кандидатом на «превращение в Землю» – терраформирование – станет, разумеется, Марс. Гравитация здесь составляет всего треть земной, сутки длятся 24,5 часа, а ось вращения отклонена на 24° (у Земли – на 23,5°), обеспечивая сезонную цикличность климата. Остается сущая малость: сделать его разреженную углекислотную атмосферу похожей на плотную, азотно-кислородную земную; повысить среднюю температуру с –62,7 °C до земных 14,4 °C, растопив запасы льда; создать глобальное магнитное поле для защиты от космических частиц. Населить жизнью. 

Трудно сказать, как именно будет решаться эта задача в далеком будущем, однако уже сейчас существует немало остроумных идей и концепций терраформирования соседней планеты. Биологи предлагают использовать устойчивых к экстремальным условиям цианобактерий, которые постепенно будут превращать марсианский грунт в полноценную почву и, фотосинтезируя, менять состав атмосферы. Инженеры говорят о строительстве автоматизированных фабрик, которые предварительно насытят воздух парниковыми газами – прежде всего, метаном. Есть проекты и осыпания Марса ледяными кометами и астероидами: они позволят разогреть планету, доставить нужные газы в ее атмосферу и воду – на поверхность. А основатель компании SpaceX Илон Маск и вовсе говорит о возможности массивной термоядерной бомбардировки, которая создаст необходимый парниковый эффект. 

Идей для запуска «магнитного динамо» в остывшем и затвердевшем ядре пока немного. Но этого может и не понадобиться: глобальное магнитное поле, защищающее поверхность от бомбардировки заряженными частицами, может прикрывать планету лишь с нужной стороны, и известен проект по размещению между Солнцем и Марсом могучей магнитной системы, отклоняющей поток таких частиц. Так или иначе, предполагается, что весь процесс может растянуться на сотни, а то и тысячи лет, зато в итоге мы превратим пустыни Красной планеты в еще один зеленый и цветущий мир, младшего брата нашей «звездной колыбели». 

Источник: naked-science.ru