Взгляд из прошлого
/Очень интересный материал - мнение Константина Феоктистова о прошлом, настоящем и будущем космонавтики, опубликованное им в далеком 1991 году. Можно сравнить, как это все виделось тогда и как это выглядит сейчас, что предлагалось и прогнозировалось и что в итоге получилось./
-----------
Константин Феоктистов: космонавтика без фанфар и амбиций. Часть 1
В 1991 году Константин Петрович Феоктистов, космонавт номер восемь, учёный, конструктор, профессор МВТУ им. Баумана, написал для общества «Знание» брошюру, в которой подвёл итоги трёх десятилетий пилотируемой космонавтики и заглянул в будущее. Двадцать два года назад этот текст, увидевший свет в очень смутное время, прошёл незамеченным, а вот сегодня он и читается запойно, и к месту, и, главное, ко времени. Не только не устарел, но и очень актуален!
1. ЧТО СДЕЛАНО?
Если говорить о пилотируемых полётах, то можно назвать следующие главные результаты:
- мы поняли, что человек может жить и работать на орбите год (вероятно, и больше);
- осуществлено шесть лунных экспедиций;
- человек может работать в открытом космическом пространстве (в скафандре), но его подвижность, его возможности при этом крайне ограничены;
- человек может вести исследования в космосе, меняя их программы и цели в процессе полёта, хотя возможности его главным образом определяются установленным на борту оборудованием, причём он не может конкурировать по точности выполнения прецизионных операций с автоматическими устройствами;
- в пилотируемых космических полётах не получено принципиально новой информации (кроме данных о самóм человеке в условиях невесомости, сведений о работе самих средств полётов в космос), и мы пока питаемся надеждами, что в будущем сможем сделать что-нибудь существенное;
- пока не найдена «экологическая ниша» в науке, технике и экономике для человека, работающего на орбите (то, что до сих пор делалось, - наблюдения, включения и выключения фотоаппаратов, приборов наблюдения внешнего пространства, экспериментального оборудования, - можно было бы осуществлять с помощью автоматических устройств, которые пока не способны конкурировать с человеком только тогда, когда надо что-то отремонтировать или заменить отдельные приборы и оборудование, но «ремонтник» едва ли надежная и долговечная ниша).
В области прикладной, полезной для всех живущих на Земле орбитальная работа - за счёт использования автоматических космических аппаратов - принесла куда больше результатов. Назовём здесь следующие важные итоги:
- резкое расширение возможностей телефонной, телексной и компьютерной связи за счёт применения соответствующих спутников (спутников связи);
- обеспечение телевизионной связи между континентами;
- глобальный метеорологический контроль с помощью метеоспутников, резко повысивший точность прогнозов погоды и предупреждений о надвигающихся стихийных бедствиях;
- улучшена навигация судов и самолётов, что стало следствием внедрения спутниковых навигационных систем;
- повышена надёжность получения радиосигналов от терпящих бедствие и определения района их бедствия с помощью спутниковых систем типа «Коспас-Сарсат»;
- появилась возможность глобального и местного экологического контроля поверхности суши и океанов, исследования природных ресурсов Земли за счёт использования спутников;
- ведутся наблюдения поверхности суши и океанов с помощью спутников-разведчиков не только в интересах военной разведки, но и для контроля над выполнением международных соглашений по ограничению вооружений.
Научные исследования, осуществляемые с помощью автоматических космических аппаратов, получили весьма нетривиальную информацию. Выделим здесь следующее:
- открыты радиационные пояса Земли;
- исследованы ионосфера и магнитосфера Земли;
- открыт солнечный ветер;
- подтверждено отсутствие жизни на Луне и Венере;
- получены данные по атмосферам и по поверхности Венеры и Марса (состав, изменение плотности и давления по высоте, рельеф);
- построены крупномасштабные карты и сделаны фотографии поверхности Луны, Марса, дальних планет Солнечной системы и их спутников;
- на небесной сфере обнаружены и картированы источники электромагнитного излучения в ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-диапазонах;
- на небесной сфере обнаружены вспыхивающие источники излучения в рентгеновском и гамма-диапазоне;
- подтверждено существование нейтронных звёзд и чёрных дыр во Вселенной;
- обнаружены неизвестные ранее процессы, происходящие во Вселенной (перетекание вещества в тесных двойных звёздных системах, аккреция вещества на поверхность нейтронных звёзд, аккреция вещества на чёрные дыры).
Создание средств космической техники - самая, пожалуй, успешная область. Но особенно обольщаться не следует - ведь космическая техника работала, так сказать, сама на себя. Тут можно отметить следующие важные шаги. Во-первых, создано множество средств выведения космических аппаратов:
- одноразовые ракеты, из которых стоит упомянуть, например, советские ракеты семейства Р-7 (с массой полезного груза, выводимого на орбиту, около 7 т), семейства «Протон» (около 20 т), «Зенит» (около 13 т), «Энергия» (порядка 100 т), американские ракеты «Атлас» (с массой полезного груза, выводимого РН «Атлас-Аджена», около 3,4 т), серии «Титан» («Титан-III С» выводит на орбиту около 12 т), «Сатурн-5» (около 137 т), французские носители семейства «Ариан» (предполагается, что масса полезного груза ракеты «Ариан-5» будет равна 20 т);
- «полумногоразовые» транспортные системы: американские шаттлы (с массой полезного груза около 30 т) и советская разработка «Буран» (предполагалось, что масса полезного груза будет достигать 30 т).
Во-вторых, появились средства для пилотируемых полётов и работы человека в космосе - корабли и орбитальные станции: одноместный «Восток» с возможностью 10-суточного полёта, одноместный «Меркурий» (до суток), трёхместный «Восток» (до трёх суток), двухместный «Джемини» (до 15 суток), трёхместный «Союз» (в автономном режиме - до 20 суток, а в составе орбитальной станции - до полугода), трёхместный «Аполлон» (до 15 суток), двухместный лунный экспедиционный корабль, восьмиместный шаттл (автономный полёт - до 30 суток), орбитальные станции «Скайлэб», станции типа «Салют» и многомодульная станция «Мир».
Не забудем и об автоматических космических аппаратах для научных исследований. Самые выдающиеся результаты были получены с помощью КА «Эксплорер-1» (открытие радиационных поясов Земли), «Лунар орбитер» (картографирование поверхности Луны с орбиты её спутника), «Луна-16» (доставка грунта с поверхности Луны на Землю), «Луна-17» (самоходный аппарат, управляемый оператором с Земли), «Венера-4» (первые сведения о параметрах атмосферы Венеры), «Маринер-9» (исследования и картографирование поверхности Марса с орбиты его спутника), «Викинг-1» (исследования поверхности Марса и поиски признаков жизни в районе посадки аппарата), «Вояджер» (исследования дальних планет Солнечной системы), «Ухуру», «Ариэль», SAS-3, «Вела», «Коперник», «ХЭАО», «ИУЕ» (фундаментальные астрофизические исследования в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах).
Наконец, созданы автоматические космические аппараты для прикладных работ на земной орбите. Это в первую очередь спутники связи («Интелсат», «Комстар», «Синком», «Экран» и т. д.), спутники для исследования природных ресурсов Земли («Лендсат», «Сисат»), навигационные спутники типа «Навстар», метеорологические спутники, спутники-разведчики, спутники для передачи сигналов терпящими бедствие и определения их координат...
2. ПОЛУЧЕННЫЙ ОПЫТ
Он самый разнообразный. И во многом связан с широко известными задачами разработки, изготовления, испытания и эксплуатации ракетной и космической техники.
Например, проблемы безопасности на старте ракетных систем. Связаны они главным образом с большими количествами окислителя и горючего, заправляемыми в ракету. Токсичные компоненты приводят к серьёзным осложнениям на стартовой позиции. Всегда будет существовать опасность нарушения герметичности в системе заправки или в самой ракете, а это чревато катастрофами.
При применении компонентов вроде азотной кислоты, тетраксида азота, гидразина, диметилгидразина и т. п. опасность для обслуживающего ракету персонала велика, а потому необходимы жёсткие меры безопасности.
Даже если ракета и её стартовые системы спроектированы так, что с момента перехода к заправочным операциям и до взлёта носителя на стартовой площадке нет людей, а все процессы подстыковки заправочных систем, проверки их герметичности и заправки автоматизированы, всегда есть опасность возникновения неисправности, требующей появления у ракеты специалистов в процессе или после заправки.
Противогазы, специальные защитные костюмы, высокочувствительные средства контроля газового состава атмосферы - вот необходимые атрибуты персонала на стартовых позициях таких ракет.
Для современных ракет даже нормальный полёт связан с определёнными сложностями. Первые ступени падают на Землю, поэтому расчётные районы их падения, площадь которых может достигать десятков квадратных километров, должны исключаться из оборота.
Для ракет с токсичными компонентами это усугубляется тем, что первые ступени могут разрушаться непосредственно на поверхности, остатки токсичных компонентов постепенно накапливаются, могут проникать в грунтовые воды и т. п.
Словом, в будущем в ракетных системах следует ориентироваться на использование экологически чистых компонентов, таких, например, как керосин - кислород или водород - кислород.
Кроме того, нужно учитывать взаимодействие продуктов сгорания ракетного топлива с атмосферой, в частности с озоновым слоем. Обычные жидкостные ракеты, по-видимому, в этом смысле нейтральны, а вот применение твердотопливных носителей создаёт опасность взаимодействия продуктов их сгорания с озоном, ибо последние могут быть эффективными катализаторами его разложения.
Реальная опасность аварии ракеты на активном участке полёта и, следовательно, опасность падения её остатков на поверхность Земли вдоль трассы полета предъявляют жёсткие требования к выбору места старта и траектории выведения, с тем чтобы избежать прохождения над густонаселёнными районами.
Опасность аварии с катастрофическими последствиями неискоренима при собственно полёте ракеты. Это связано с очень высокой концентрацией энергии (сотни тонн топлива) в носителе, мощностью ракетных двигателей, напряженностью конструкции и малым налётом конкретной модели ракеты (по сравнению, например, с автомобилями, самолётами и т. д.).
Эта особенность особенно ярко иллюстрируется мощностью ракетных двигателей. Так, мощность двигателей ракеты типа Р-7 на первой ступени равна примерно 10 млн л. с., а у шаттлов она достигает 70 млн л. с. Эта угроза всегда отчётливо понималась разработчиками.
Уже на первые американские корабли «Меркурий», «Джемини» и «Аполлон» имели неплохие системы спасения, которые обеспечивали отделение и быстрый увод корабля от разрушающегося носителя при его аварии. Недурная система аварийного спасения космонавтов была у корабля «Союз». Она дважды спасала жизни: один раз при аварии третьей ступени ракеты и один раз при аварии на старте.
Отсутствие полноценной системы спасения в случае аварии носителя не может оправдываться конструктивными трудностями. Это относится, к примеру, к системе «Шаттл» и является её принципиальным недостатком.
После отделения корабля или автоматического космического аппарата от носителя его последняя ступень обычно остаётся на орбите, затем постепенно тормозится, входит в плотные слои атмосферы и в основном сгорает, а её остатки падают на Землю. Если высота орбиты выведения невелика (к примеру, менее 200 км), процесс занимает несколько суток. Если же высота большая, последняя ступень может дрейфовать на орбите месяцы и годы.
И это постепенно превращается в проблему. Уже сейчас количество оставшихся на околоземных орбитах последних ступеней ракет, неработающих КА, соединительных элементов конструкций и осколков, возникших из-за разрушения или аварии аппаратов, таково, что опасность столкновения с ними соизмерима с метеорной опасностью для длительно летающих КА, кораблей и орбитальных станций. Поэтому всё актуальнее применение такой схемы выведения, при которой последняя ступень не остаётся на орбите. Именно этот подход реализован в системе «Спейс Шаттл»: после окончания работы второй ступени топливный бак отделяется от корабля и возвращается в атмосферу, причём несгоревшие остатки падают в определённый район океана. Так должно делаться и впредь. Такое же требование естественно предъявлять и к конструкции космических аппаратов, с тем чтобы перед окончанием их работы они «сталкивались» с орбиты, а после их орбитальных манёвров не оставалось никаких деталей конструкции или осколков и не происходило бы постепенного накопления опасного (смертельно опасного!) мусора на околоземных орбитах.
Из всего этого следуют такие рекомендации по средствам выведения на орбиту:
- крайне нежелательно использовать ракеты с токсичными компонентами, во всяком случае для выведения пилотируемых кораблей;
- на ракетных системах, предназначенных для выведения космонавтов, необходимо устанавливать полноценную систему аварийного спасения;
- после выведения последняя ступень носителя не должна долго задерживаться на орбите;
- необходимо (хотя бы расчётом) проверять опасность вредного воздействия продуктов сгорания на озоновый слой атмосферы.
Тут нельзя не вспомнить об опыте лунной программы.
20 июля 1969 года мы глядели на Луну с необычными, новыми для всех нас ощущениями. Сейчас там ходят люди - Армстронг и Олдрин - на фантастическом от нас расстоянии в 400 000 км! Это событие воспринималось как (по словам Армстронга) «огромный скачок для человечества». Впечатляющий размах работ и впечатляющий результат. Полный успех.
Понятна и естественна тогдашняя эйфория авторов проекта и, наверное, большинства американцев: «Мы на Луне! Это мы на Луне, а не эти вечно и во всём отстающие русские... Естественное положение в космических исследованиях восстановлено (и наш престиж тоже)... То, что раньше мы воспринимали как некоторую абстракцию, некоторую красочную и неизменную деталь на небе, оказалось-таки миром, по которому можно ходить, ездить, его можно потрогать... Это историческое достижение, и оно наше!»
Эмоционально это всемирно-историческое шоу, конечно, значило очень много: чувствовать себя соучастником этого необыкновенного путешествия и приключения, ощутить Луну под своими ногами. Тут можно было бы и ещё раз поздравить американцев и всех нас с прекрасным достижением. Да, конечно, это так. Но... что-то есть сомнительное, какое-то неудовлетворение.
Высадка Н. Армстронга и Э. Олдрина на Луну - лишь начало реализации лунного проекта. С 1969 по 1972 год американцы доставили на Луну шесть экспедиций. Что можно зачислить в плюс лунной программе? На поверхности нашего спутника побывало 12 человек, все вместе они прошли и проехали по ней около 100 км, около 400 кг лунных камней было доставлено на Землю. Но сами по себе (если не говорить о рекламно-сувенирной стороне дела) эти камни никому (кроме, может быть, геологов и геохимиков) не дали принципиально новой и ценной информации. Возможно, были получены какие-то иные важные сведения? Кажется, нет.
Положительные эмоции и престиж США - да, конечно. Но «25 миллиардов за престиж» (именно в такую сумму обошлись эти шоу) звучит немного смешно. И печально. Ведь в убыток нужно списать и те космические программы, которые можно было бы осуществить на эти громадные средства. Главным стимулом принятия лунной программы было стремление восстановить престиж США в лидерстве технического прогресса, ведь какое-то время в космических делах главенствовала наша страна: 1957 год - первый спутник, 1961-й - первый полёт человека...
Почему мы оказались впереди, несмотря на громадный технический потенциал США? Дело в том, что ракеты-носители, космические аппараты и корабли изготавливаются отнюдь не серийно (особенно тогда - в начале работ). По сути, это было индивидуальное, то есть в каком-то смысле кустарное производство.
В этих условиях лидерство определялось «качеством мозгов» и работоспособностью. Было бы смешно утверждать, что наши мозги лучше, но, скажем так, они не были хуже. А бюрократы и карьеристы к космическому делу сильно «присосаться» ещё не успели. Так что стартовые условия оказались примерно одинаковыми. И, естественно, у нас не было недооценки американских инженеров (а у них тогда, кажется, было, а у многих, по-моему, и сейчас есть), ведь недооценка конкурента - серьёзный промах.
А проявить себя в таком деле, как выход в космос, хотелось. Мы сами, не ожидая руководящих указаний, ставили задачи. Серьёзно, без шапкозакидательства работали. После первых наших успехов многие американцы, наверное, ощущали некоторый дискомфорт и даже ущемление своего самоуважения. Трудно сейчас сказать, кто предложил высадку на Луну в качестве способа восстановления престижа. В конце концов, это не столь важно. Но цель всё же явно не соответствовала затраченным средствам.
Тут нет стремления принизить великолепно выполненную инженерную работу американцев. Речь идёт об использовании опыта, полученного при осуществлении лунного проекта.
Выполнив огромную, хорошо скоординированную работу, американцы создали не только корабль «Аполлон» и ракету «Сатурн-5», но и гигантскую производственную и экспериментальную базу: огневые стенды для отработки ракетных двигателей, оборудование для подготовки ракет и кораблей к запуску и т. п. И всё это после 1972 года практически не использовалось, было заброшено, не имело продолжения: некуда было продолжаться, лунная программа оказалась тупиковым путём. Это пример неудачно, точнее, неправильно выбранной цели.
Сама постановка задачи о том, чтобы истратить 25 или даже 100 млрд долларов на грандиозное космическое предприятие (если страна богатая и налогоплательщики согласны), не представляется абсурдной. Но, принимая решение, выбирая цель, нужно крепко думать.
Примерно то же следует сказать и о программе «Спейс Шаттл», и тем более о подражательной советской инициативе «Буран». Идея шаттлов была в снижении транспортных расходов на трассе Земля - орбита. Цель правильная.
Однако схемные и конструктивные решения были приняты явно неудачные, и замысел оказался невыполненным: доставка грузов на орбиту с помощью шаттлов (не говоря уже о нашем стихийном бедствии - «Буране»), мягко говоря, значительно дороже, чем доставка на использовавшихся одноразовых носителях.
3. БЛИЖАЙШИЕ ЗАДАЧИ В КОСМОСЕ
Пока ещё нет единого сложившегося мнения о самых важных направлениях развития деятельности человечества в космосе. Лозунги типа «Марсианская экспедиция - воодушевляющая цель», «Сделаем впечатляющий рывок в освоении космоса», «Откроем перспективу...», «Освоим Солнечную систему» нередко подменяют продуманные и логически обоснованные предложения о выборе путей дальнейшего движения. Предлагаются самые разнообразные программы.
Так, в программе, которую связывают с астронавтом Салли Райд, в качестве основных целей на ближайшие 50 лет предлагается создание баз на Луне, астероидах и планетах, средств путешествий в Солнечной системе, космических поселений.
Советские учёные, занятые фундаментальными исследованиями, в ближайшее десятилетие хотели бы сосредоточить усилия на изучении околоземного космического пространства, на изучении магнитосферы Земли, исследованиях солнечно-земных связей, Солнца, солнечной короны, Марса, на астрофизических экспериментах с помощью автоматических космических аппаратов.
Есть и более прагматические предложения (вроде программы освоения околоземного пространства), цель которых - развитие спутниковых систем связи и телевидения, создание спутниковых систем экологического контроля и исследования природных ресурсов Земли, развитие систем метеоспутников, создание экономически целесообразного и эффективного производства на орбите.
Так что бытуют самые разные мнения.
Наверное, было бы ошибкой противопоставлять прагматические устремления нашему естественному желанию расширить сферу своей деятельности, побольше узнать о Вселенной и нашем месте в ней. Посему при выборе дальнейшего пути наиболее разумным представляется стремиться и к удовлетворению самых насущных нужд человечества, и к исследованию окружающего мира.
Наиболее острые проблемы, стоящие Землёй, - это экология и истощение природных ресурсов, политическая нестабильность, разобщённость народов, недоверие между ними, возрастающая перенаселённость планеты.
А в исследованиях Вселенной можно было бы выделить следующие, как мне представляется, интересные задачи: исследования Солнечной системы, исследования звёзд, галактик, небесных объектов на окраинах Вселенной с помощью астрофизических инструментов, изучение возможностей полётов к звёздам.
При таком подходе хотелось бы предложить следующие основные направления космических работ.
1. Деятельность в интересах удовлетворения насущных нужд человечества
Речь идёт о проектах прикладного характера, которые могли бы приносить конкретную пользу людям и по возможности были бы экономически рентабельны. Здесь можно выделить три группы работ.
Группа А - уже определившиеся, почти ставшие традиционными такие инициативы, как экологический контроль поверхности суши, морей и океанов и исследования природных ресурсов Земли с помощью КА, спутниковые службы метеорологии, навигации, приёма сигналов от терпящих бедствие, связи и телевидения.
Группа Б - работы, связанные с развёртыванием на орбите экономически выгодного производства, с выносом на орбиту нужных, но опасных на Земле производств. Для этого потребуется расширить наземные и, главное, космические эксперименты по поиску надёжных и эффективных технологических процессов на орбите, проводить исследования по поиску той ниши в экономике Земли, которую естественным образом могло бы занять космическое производство.
К этой же группе можно отнести и поисковые проекты по возможности и целесообразности создания солнечных орбитальных электростанций для снабжения Земли дешёвой и экологически чистой электроэнергией. Сюда же запишем и работы на космических станциях по поиску области наиболее эффективной деятельности людей непосредственно на орбите.
Группа В - работы в интересах поддержания мира на Земле, сохранения стабильности и укрепления доверия между государствами, предотвращения агрессии. Здесь имеется в виду создание международной открытой для всеобщего ознакомления спутниковой системы наблюдения и контроля поверхности суши и океанов, контроля воздушного пространства и подводной обстановки.
Сейчас только Советский Союз и Соединённые Штаты имеют спутниковые разведывательные системы, которые к тому же пока не носят всепогодный характер и не дают достаточно качественной картины в сумерках и в ночное время. Тем самым предлагается создать системы спутников, которые позволили бы всем видеть, что происходит на Земле днём и ночью, наблюдать за перемещениями воинских соединений и военной техники, за строительством подозрительных (возможно, военных) объектов, контролировать выполнение международных соглашений.
Современная космическая техника в принципе позволяет решить эту задачу, причём важно и то, что расходы на создание и эксплуатацию такой системы могло бы нести все мировое сообщество.
Конечно, есть что-то непорядочное в подглядывании друг за другом. Но что делать в наше время? XX век не один раз демонстрировал нам, как уголовники и маньяки захватывали власть. И как, укрепившись внутри государств с помощью террора и оболванивания своих соотечественников, они приступали к наглым попыткам захватить соседние страны. Наличие международной системы наблюдения позволит всем желающим следить за подозрительными передвижениями, стройками и приготовлениями (ведь любое предприятие не начинается спонтанно - оно готовится, и это можно заметить), охладит пыл гангстеров, пробравшихся к власти, и позволит мировому сообществу заблаговременно принимать меры для отражения агрессии или даже останавливать её подготовку.
«Первопроходцы» (иллюстрация Jon Wong).
2. Исследование и освоение Солнечной системы
Хотя эти исследования едва ли принесут нам принципиально новую информацию, но и не изучить то, что находится у нас под носом, было бы неразумно. Другое дело - масштабы работ. К этому направлению относятся исследования Солнца, астероидов, Луны, Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна, их спутников и т. д., исследования возможности и целесообразности космических поселений.
Эти проекты едва ли стоит считать главными, но и забрасывать их не следует. Всё это можно делать с помощью автоматических космических аппаратов. И только при полной неудаче с доставкой проб грунта и атмосферы и одновременном появлении информации, указывающей на возможность обнаружения живых организмов на Красной планете, стоит всерьёз рассмотреть организацию пилотируемой экспедиции на эту планету.
Тут подразумевается, что пробы грунта и атмосферы будут доставляться на Землю для их изучения, с тем чтобы определить, нет ли в них живых организмов, а если они есть, узнать их генетический код или механизм воспроизводства жизни и тем самым получить сведения в пользу той или иной гипотезы о происхождении жизни на Земле, гипотезы «самозарождения» или «посева».
3. Исследования Вселенной
Это наиболее интересные, можно сказать, интригующие воображение направления. Они могут принести нам самую ценную и необычную информацию.
К этим работам относятся исследования с помощью космических радиотелескопов, выводимых на околосолнечные и околоземные орбиты и функционирующих совместно в режиме радиоинтерферометрии, исследования окружающего мира посредством орбитальных астрофизических инструментов современного уровня (размерности космического телескопа «Хаббл») в различных спектральных диапазонах, исследования с помощью оптических телескопов с разнесённой базой, которые можно располагать, например, на Луне, изучение проблемы полета к звёздам...
1 мая 2013 года сверхзвуковой ЛА с ГПВРД X-51A WaveRider совершил свой первый успешный полёт, который продолжался 240 секунд, пока не кончилось горючее. (Илл. U.S. Air Force.)
Продолжение следует
compulenta.computerra.ru
-----------------------------------------------
Еще по теме:
Земля - космос - земля
Из Швейцарии в космос
Он летает
Космос все ближе
Dragon 2.0
Все самое интересное о космосе здесь - ru_deep_space
-----------
Константин Феоктистов: космонавтика без фанфар и амбиций. Часть 1
В 1991 году Константин Петрович Феоктистов, космонавт номер восемь, учёный, конструктор, профессор МВТУ им. Баумана, написал для общества «Знание» брошюру, в которой подвёл итоги трёх десятилетий пилотируемой космонавтики и заглянул в будущее. Двадцать два года назад этот текст, увидевший свет в очень смутное время, прошёл незамеченным, а вот сегодня он и читается запойно, и к месту, и, главное, ко времени. Не только не устарел, но и очень актуален!
1. ЧТО СДЕЛАНО?
Если говорить о пилотируемых полётах, то можно назвать следующие главные результаты:
- мы поняли, что человек может жить и работать на орбите год (вероятно, и больше);
- осуществлено шесть лунных экспедиций;
- человек может работать в открытом космическом пространстве (в скафандре), но его подвижность, его возможности при этом крайне ограничены;
- человек может вести исследования в космосе, меняя их программы и цели в процессе полёта, хотя возможности его главным образом определяются установленным на борту оборудованием, причём он не может конкурировать по точности выполнения прецизионных операций с автоматическими устройствами;
- в пилотируемых космических полётах не получено принципиально новой информации (кроме данных о самóм человеке в условиях невесомости, сведений о работе самих средств полётов в космос), и мы пока питаемся надеждами, что в будущем сможем сделать что-нибудь существенное;
- пока не найдена «экологическая ниша» в науке, технике и экономике для человека, работающего на орбите (то, что до сих пор делалось, - наблюдения, включения и выключения фотоаппаратов, приборов наблюдения внешнего пространства, экспериментального оборудования, - можно было бы осуществлять с помощью автоматических устройств, которые пока не способны конкурировать с человеком только тогда, когда надо что-то отремонтировать или заменить отдельные приборы и оборудование, но «ремонтник» едва ли надежная и долговечная ниша).
В области прикладной, полезной для всех живущих на Земле орбитальная работа - за счёт использования автоматических космических аппаратов - принесла куда больше результатов. Назовём здесь следующие важные итоги:
- резкое расширение возможностей телефонной, телексной и компьютерной связи за счёт применения соответствующих спутников (спутников связи);
- обеспечение телевизионной связи между континентами;
- глобальный метеорологический контроль с помощью метеоспутников, резко повысивший точность прогнозов погоды и предупреждений о надвигающихся стихийных бедствиях;
- улучшена навигация судов и самолётов, что стало следствием внедрения спутниковых навигационных систем;
- повышена надёжность получения радиосигналов от терпящих бедствие и определения района их бедствия с помощью спутниковых систем типа «Коспас-Сарсат»;
- появилась возможность глобального и местного экологического контроля поверхности суши и океанов, исследования природных ресурсов Земли за счёт использования спутников;
- ведутся наблюдения поверхности суши и океанов с помощью спутников-разведчиков не только в интересах военной разведки, но и для контроля над выполнением международных соглашений по ограничению вооружений.
Научные исследования, осуществляемые с помощью автоматических космических аппаратов, получили весьма нетривиальную информацию. Выделим здесь следующее:
- открыты радиационные пояса Земли;
- исследованы ионосфера и магнитосфера Земли;
- открыт солнечный ветер;
- подтверждено отсутствие жизни на Луне и Венере;
- получены данные по атмосферам и по поверхности Венеры и Марса (состав, изменение плотности и давления по высоте, рельеф);
- построены крупномасштабные карты и сделаны фотографии поверхности Луны, Марса, дальних планет Солнечной системы и их спутников;
- на небесной сфере обнаружены и картированы источники электромагнитного излучения в ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-диапазонах;
- на небесной сфере обнаружены вспыхивающие источники излучения в рентгеновском и гамма-диапазоне;
- подтверждено существование нейтронных звёзд и чёрных дыр во Вселенной;
- обнаружены неизвестные ранее процессы, происходящие во Вселенной (перетекание вещества в тесных двойных звёздных системах, аккреция вещества на поверхность нейтронных звёзд, аккреция вещества на чёрные дыры).
Создание средств космической техники - самая, пожалуй, успешная область. Но особенно обольщаться не следует - ведь космическая техника работала, так сказать, сама на себя. Тут можно отметить следующие важные шаги. Во-первых, создано множество средств выведения космических аппаратов:
- одноразовые ракеты, из которых стоит упомянуть, например, советские ракеты семейства Р-7 (с массой полезного груза, выводимого на орбиту, около 7 т), семейства «Протон» (около 20 т), «Зенит» (около 13 т), «Энергия» (порядка 100 т), американские ракеты «Атлас» (с массой полезного груза, выводимого РН «Атлас-Аджена», около 3,4 т), серии «Титан» («Титан-III С» выводит на орбиту около 12 т), «Сатурн-5» (около 137 т), французские носители семейства «Ариан» (предполагается, что масса полезного груза ракеты «Ариан-5» будет равна 20 т);
- «полумногоразовые» транспортные системы: американские шаттлы (с массой полезного груза около 30 т) и советская разработка «Буран» (предполагалось, что масса полезного груза будет достигать 30 т).
Во-вторых, появились средства для пилотируемых полётов и работы человека в космосе - корабли и орбитальные станции: одноместный «Восток» с возможностью 10-суточного полёта, одноместный «Меркурий» (до суток), трёхместный «Восток» (до трёх суток), двухместный «Джемини» (до 15 суток), трёхместный «Союз» (в автономном режиме - до 20 суток, а в составе орбитальной станции - до полугода), трёхместный «Аполлон» (до 15 суток), двухместный лунный экспедиционный корабль, восьмиместный шаттл (автономный полёт - до 30 суток), орбитальные станции «Скайлэб», станции типа «Салют» и многомодульная станция «Мир».
Не забудем и об автоматических космических аппаратах для научных исследований. Самые выдающиеся результаты были получены с помощью КА «Эксплорер-1» (открытие радиационных поясов Земли), «Лунар орбитер» (картографирование поверхности Луны с орбиты её спутника), «Луна-16» (доставка грунта с поверхности Луны на Землю), «Луна-17» (самоходный аппарат, управляемый оператором с Земли), «Венера-4» (первые сведения о параметрах атмосферы Венеры), «Маринер-9» (исследования и картографирование поверхности Марса с орбиты его спутника), «Викинг-1» (исследования поверхности Марса и поиски признаков жизни в районе посадки аппарата), «Вояджер» (исследования дальних планет Солнечной системы), «Ухуру», «Ариэль», SAS-3, «Вела», «Коперник», «ХЭАО», «ИУЕ» (фундаментальные астрофизические исследования в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах).
Наконец, созданы автоматические космические аппараты для прикладных работ на земной орбите. Это в первую очередь спутники связи («Интелсат», «Комстар», «Синком», «Экран» и т. д.), спутники для исследования природных ресурсов Земли («Лендсат», «Сисат»), навигационные спутники типа «Навстар», метеорологические спутники, спутники-разведчики, спутники для передачи сигналов терпящими бедствие и определения их координат...
2. ПОЛУЧЕННЫЙ ОПЫТ
Он самый разнообразный. И во многом связан с широко известными задачами разработки, изготовления, испытания и эксплуатации ракетной и космической техники.
Например, проблемы безопасности на старте ракетных систем. Связаны они главным образом с большими количествами окислителя и горючего, заправляемыми в ракету. Токсичные компоненты приводят к серьёзным осложнениям на стартовой позиции. Всегда будет существовать опасность нарушения герметичности в системе заправки или в самой ракете, а это чревато катастрофами.
При применении компонентов вроде азотной кислоты, тетраксида азота, гидразина, диметилгидразина и т. п. опасность для обслуживающего ракету персонала велика, а потому необходимы жёсткие меры безопасности.
Даже если ракета и её стартовые системы спроектированы так, что с момента перехода к заправочным операциям и до взлёта носителя на стартовой площадке нет людей, а все процессы подстыковки заправочных систем, проверки их герметичности и заправки автоматизированы, всегда есть опасность возникновения неисправности, требующей появления у ракеты специалистов в процессе или после заправки.
Противогазы, специальные защитные костюмы, высокочувствительные средства контроля газового состава атмосферы - вот необходимые атрибуты персонала на стартовых позициях таких ракет.
Для современных ракет даже нормальный полёт связан с определёнными сложностями. Первые ступени падают на Землю, поэтому расчётные районы их падения, площадь которых может достигать десятков квадратных километров, должны исключаться из оборота.
Для ракет с токсичными компонентами это усугубляется тем, что первые ступени могут разрушаться непосредственно на поверхности, остатки токсичных компонентов постепенно накапливаются, могут проникать в грунтовые воды и т. п.
Словом, в будущем в ракетных системах следует ориентироваться на использование экологически чистых компонентов, таких, например, как керосин - кислород или водород - кислород.
Кроме того, нужно учитывать взаимодействие продуктов сгорания ракетного топлива с атмосферой, в частности с озоновым слоем. Обычные жидкостные ракеты, по-видимому, в этом смысле нейтральны, а вот применение твердотопливных носителей создаёт опасность взаимодействия продуктов их сгорания с озоном, ибо последние могут быть эффективными катализаторами его разложения.
Реальная опасность аварии ракеты на активном участке полёта и, следовательно, опасность падения её остатков на поверхность Земли вдоль трассы полета предъявляют жёсткие требования к выбору места старта и траектории выведения, с тем чтобы избежать прохождения над густонаселёнными районами.
Опасность аварии с катастрофическими последствиями неискоренима при собственно полёте ракеты. Это связано с очень высокой концентрацией энергии (сотни тонн топлива) в носителе, мощностью ракетных двигателей, напряженностью конструкции и малым налётом конкретной модели ракеты (по сравнению, например, с автомобилями, самолётами и т. д.).
Эта особенность особенно ярко иллюстрируется мощностью ракетных двигателей. Так, мощность двигателей ракеты типа Р-7 на первой ступени равна примерно 10 млн л. с., а у шаттлов она достигает 70 млн л. с. Эта угроза всегда отчётливо понималась разработчиками.
Уже на первые американские корабли «Меркурий», «Джемини» и «Аполлон» имели неплохие системы спасения, которые обеспечивали отделение и быстрый увод корабля от разрушающегося носителя при его аварии. Недурная система аварийного спасения космонавтов была у корабля «Союз». Она дважды спасала жизни: один раз при аварии третьей ступени ракеты и один раз при аварии на старте.
Отсутствие полноценной системы спасения в случае аварии носителя не может оправдываться конструктивными трудностями. Это относится, к примеру, к системе «Шаттл» и является её принципиальным недостатком.
После отделения корабля или автоматического космического аппарата от носителя его последняя ступень обычно остаётся на орбите, затем постепенно тормозится, входит в плотные слои атмосферы и в основном сгорает, а её остатки падают на Землю. Если высота орбиты выведения невелика (к примеру, менее 200 км), процесс занимает несколько суток. Если же высота большая, последняя ступень может дрейфовать на орбите месяцы и годы.
И это постепенно превращается в проблему. Уже сейчас количество оставшихся на околоземных орбитах последних ступеней ракет, неработающих КА, соединительных элементов конструкций и осколков, возникших из-за разрушения или аварии аппаратов, таково, что опасность столкновения с ними соизмерима с метеорной опасностью для длительно летающих КА, кораблей и орбитальных станций. Поэтому всё актуальнее применение такой схемы выведения, при которой последняя ступень не остаётся на орбите. Именно этот подход реализован в системе «Спейс Шаттл»: после окончания работы второй ступени топливный бак отделяется от корабля и возвращается в атмосферу, причём несгоревшие остатки падают в определённый район океана. Так должно делаться и впредь. Такое же требование естественно предъявлять и к конструкции космических аппаратов, с тем чтобы перед окончанием их работы они «сталкивались» с орбиты, а после их орбитальных манёвров не оставалось никаких деталей конструкции или осколков и не происходило бы постепенного накопления опасного (смертельно опасного!) мусора на околоземных орбитах.
Из всего этого следуют такие рекомендации по средствам выведения на орбиту:
- крайне нежелательно использовать ракеты с токсичными компонентами, во всяком случае для выведения пилотируемых кораблей;
- на ракетных системах, предназначенных для выведения космонавтов, необходимо устанавливать полноценную систему аварийного спасения;
- после выведения последняя ступень носителя не должна долго задерживаться на орбите;
- необходимо (хотя бы расчётом) проверять опасность вредного воздействия продуктов сгорания на озоновый слой атмосферы.
Тут нельзя не вспомнить об опыте лунной программы.
20 июля 1969 года мы глядели на Луну с необычными, новыми для всех нас ощущениями. Сейчас там ходят люди - Армстронг и Олдрин - на фантастическом от нас расстоянии в 400 000 км! Это событие воспринималось как (по словам Армстронга) «огромный скачок для человечества». Впечатляющий размах работ и впечатляющий результат. Полный успех.
Понятна и естественна тогдашняя эйфория авторов проекта и, наверное, большинства американцев: «Мы на Луне! Это мы на Луне, а не эти вечно и во всём отстающие русские... Естественное положение в космических исследованиях восстановлено (и наш престиж тоже)... То, что раньше мы воспринимали как некоторую абстракцию, некоторую красочную и неизменную деталь на небе, оказалось-таки миром, по которому можно ходить, ездить, его можно потрогать... Это историческое достижение, и оно наше!»
Эмоционально это всемирно-историческое шоу, конечно, значило очень много: чувствовать себя соучастником этого необыкновенного путешествия и приключения, ощутить Луну под своими ногами. Тут можно было бы и ещё раз поздравить американцев и всех нас с прекрасным достижением. Да, конечно, это так. Но... что-то есть сомнительное, какое-то неудовлетворение.
Высадка Н. Армстронга и Э. Олдрина на Луну - лишь начало реализации лунного проекта. С 1969 по 1972 год американцы доставили на Луну шесть экспедиций. Что можно зачислить в плюс лунной программе? На поверхности нашего спутника побывало 12 человек, все вместе они прошли и проехали по ней около 100 км, около 400 кг лунных камней было доставлено на Землю. Но сами по себе (если не говорить о рекламно-сувенирной стороне дела) эти камни никому (кроме, может быть, геологов и геохимиков) не дали принципиально новой и ценной информации. Возможно, были получены какие-то иные важные сведения? Кажется, нет.
Положительные эмоции и престиж США - да, конечно. Но «25 миллиардов за престиж» (именно в такую сумму обошлись эти шоу) звучит немного смешно. И печально. Ведь в убыток нужно списать и те космические программы, которые можно было бы осуществить на эти громадные средства. Главным стимулом принятия лунной программы было стремление восстановить престиж США в лидерстве технического прогресса, ведь какое-то время в космических делах главенствовала наша страна: 1957 год - первый спутник, 1961-й - первый полёт человека...
Почему мы оказались впереди, несмотря на громадный технический потенциал США? Дело в том, что ракеты-носители, космические аппараты и корабли изготавливаются отнюдь не серийно (особенно тогда - в начале работ). По сути, это было индивидуальное, то есть в каком-то смысле кустарное производство.
В этих условиях лидерство определялось «качеством мозгов» и работоспособностью. Было бы смешно утверждать, что наши мозги лучше, но, скажем так, они не были хуже. А бюрократы и карьеристы к космическому делу сильно «присосаться» ещё не успели. Так что стартовые условия оказались примерно одинаковыми. И, естественно, у нас не было недооценки американских инженеров (а у них тогда, кажется, было, а у многих, по-моему, и сейчас есть), ведь недооценка конкурента - серьёзный промах.
А проявить себя в таком деле, как выход в космос, хотелось. Мы сами, не ожидая руководящих указаний, ставили задачи. Серьёзно, без шапкозакидательства работали. После первых наших успехов многие американцы, наверное, ощущали некоторый дискомфорт и даже ущемление своего самоуважения. Трудно сейчас сказать, кто предложил высадку на Луну в качестве способа восстановления престижа. В конце концов, это не столь важно. Но цель всё же явно не соответствовала затраченным средствам.
Тут нет стремления принизить великолепно выполненную инженерную работу американцев. Речь идёт об использовании опыта, полученного при осуществлении лунного проекта.
Выполнив огромную, хорошо скоординированную работу, американцы создали не только корабль «Аполлон» и ракету «Сатурн-5», но и гигантскую производственную и экспериментальную базу: огневые стенды для отработки ракетных двигателей, оборудование для подготовки ракет и кораблей к запуску и т. п. И всё это после 1972 года практически не использовалось, было заброшено, не имело продолжения: некуда было продолжаться, лунная программа оказалась тупиковым путём. Это пример неудачно, точнее, неправильно выбранной цели.
Сама постановка задачи о том, чтобы истратить 25 или даже 100 млрд долларов на грандиозное космическое предприятие (если страна богатая и налогоплательщики согласны), не представляется абсурдной. Но, принимая решение, выбирая цель, нужно крепко думать.
Примерно то же следует сказать и о программе «Спейс Шаттл», и тем более о подражательной советской инициативе «Буран». Идея шаттлов была в снижении транспортных расходов на трассе Земля - орбита. Цель правильная.
Однако схемные и конструктивные решения были приняты явно неудачные, и замысел оказался невыполненным: доставка грузов на орбиту с помощью шаттлов (не говоря уже о нашем стихийном бедствии - «Буране»), мягко говоря, значительно дороже, чем доставка на использовавшихся одноразовых носителях.
3. БЛИЖАЙШИЕ ЗАДАЧИ В КОСМОСЕ
Пока ещё нет единого сложившегося мнения о самых важных направлениях развития деятельности человечества в космосе. Лозунги типа «Марсианская экспедиция - воодушевляющая цель», «Сделаем впечатляющий рывок в освоении космоса», «Откроем перспективу...», «Освоим Солнечную систему» нередко подменяют продуманные и логически обоснованные предложения о выборе путей дальнейшего движения. Предлагаются самые разнообразные программы.
Так, в программе, которую связывают с астронавтом Салли Райд, в качестве основных целей на ближайшие 50 лет предлагается создание баз на Луне, астероидах и планетах, средств путешествий в Солнечной системе, космических поселений.
Советские учёные, занятые фундаментальными исследованиями, в ближайшее десятилетие хотели бы сосредоточить усилия на изучении околоземного космического пространства, на изучении магнитосферы Земли, исследованиях солнечно-земных связей, Солнца, солнечной короны, Марса, на астрофизических экспериментах с помощью автоматических космических аппаратов.
Есть и более прагматические предложения (вроде программы освоения околоземного пространства), цель которых - развитие спутниковых систем связи и телевидения, создание спутниковых систем экологического контроля и исследования природных ресурсов Земли, развитие систем метеоспутников, создание экономически целесообразного и эффективного производства на орбите.
Так что бытуют самые разные мнения.
Наверное, было бы ошибкой противопоставлять прагматические устремления нашему естественному желанию расширить сферу своей деятельности, побольше узнать о Вселенной и нашем месте в ней. Посему при выборе дальнейшего пути наиболее разумным представляется стремиться и к удовлетворению самых насущных нужд человечества, и к исследованию окружающего мира.
Наиболее острые проблемы, стоящие Землёй, - это экология и истощение природных ресурсов, политическая нестабильность, разобщённость народов, недоверие между ними, возрастающая перенаселённость планеты.
А в исследованиях Вселенной можно было бы выделить следующие, как мне представляется, интересные задачи: исследования Солнечной системы, исследования звёзд, галактик, небесных объектов на окраинах Вселенной с помощью астрофизических инструментов, изучение возможностей полётов к звёздам.
При таком подходе хотелось бы предложить следующие основные направления космических работ.
1. Деятельность в интересах удовлетворения насущных нужд человечества
Речь идёт о проектах прикладного характера, которые могли бы приносить конкретную пользу людям и по возможности были бы экономически рентабельны. Здесь можно выделить три группы работ.
Группа А - уже определившиеся, почти ставшие традиционными такие инициативы, как экологический контроль поверхности суши, морей и океанов и исследования природных ресурсов Земли с помощью КА, спутниковые службы метеорологии, навигации, приёма сигналов от терпящих бедствие, связи и телевидения.
Группа Б - работы, связанные с развёртыванием на орбите экономически выгодного производства, с выносом на орбиту нужных, но опасных на Земле производств. Для этого потребуется расширить наземные и, главное, космические эксперименты по поиску надёжных и эффективных технологических процессов на орбите, проводить исследования по поиску той ниши в экономике Земли, которую естественным образом могло бы занять космическое производство.
К этой же группе можно отнести и поисковые проекты по возможности и целесообразности создания солнечных орбитальных электростанций для снабжения Земли дешёвой и экологически чистой электроэнергией. Сюда же запишем и работы на космических станциях по поиску области наиболее эффективной деятельности людей непосредственно на орбите.
Группа В - работы в интересах поддержания мира на Земле, сохранения стабильности и укрепления доверия между государствами, предотвращения агрессии. Здесь имеется в виду создание международной открытой для всеобщего ознакомления спутниковой системы наблюдения и контроля поверхности суши и океанов, контроля воздушного пространства и подводной обстановки.
Сейчас только Советский Союз и Соединённые Штаты имеют спутниковые разведывательные системы, которые к тому же пока не носят всепогодный характер и не дают достаточно качественной картины в сумерках и в ночное время. Тем самым предлагается создать системы спутников, которые позволили бы всем видеть, что происходит на Земле днём и ночью, наблюдать за перемещениями воинских соединений и военной техники, за строительством подозрительных (возможно, военных) объектов, контролировать выполнение международных соглашений.
Современная космическая техника в принципе позволяет решить эту задачу, причём важно и то, что расходы на создание и эксплуатацию такой системы могло бы нести все мировое сообщество.
Конечно, есть что-то непорядочное в подглядывании друг за другом. Но что делать в наше время? XX век не один раз демонстрировал нам, как уголовники и маньяки захватывали власть. И как, укрепившись внутри государств с помощью террора и оболванивания своих соотечественников, они приступали к наглым попыткам захватить соседние страны. Наличие международной системы наблюдения позволит всем желающим следить за подозрительными передвижениями, стройками и приготовлениями (ведь любое предприятие не начинается спонтанно - оно готовится, и это можно заметить), охладит пыл гангстеров, пробравшихся к власти, и позволит мировому сообществу заблаговременно принимать меры для отражения агрессии или даже останавливать её подготовку.
«Первопроходцы» (иллюстрация Jon Wong).
2. Исследование и освоение Солнечной системы
Хотя эти исследования едва ли принесут нам принципиально новую информацию, но и не изучить то, что находится у нас под носом, было бы неразумно. Другое дело - масштабы работ. К этому направлению относятся исследования Солнца, астероидов, Луны, Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна, их спутников и т. д., исследования возможности и целесообразности космических поселений.
Эти проекты едва ли стоит считать главными, но и забрасывать их не следует. Всё это можно делать с помощью автоматических космических аппаратов. И только при полной неудаче с доставкой проб грунта и атмосферы и одновременном появлении информации, указывающей на возможность обнаружения живых организмов на Красной планете, стоит всерьёз рассмотреть организацию пилотируемой экспедиции на эту планету.
Тут подразумевается, что пробы грунта и атмосферы будут доставляться на Землю для их изучения, с тем чтобы определить, нет ли в них живых организмов, а если они есть, узнать их генетический код или механизм воспроизводства жизни и тем самым получить сведения в пользу той или иной гипотезы о происхождении жизни на Земле, гипотезы «самозарождения» или «посева».
3. Исследования Вселенной
Это наиболее интересные, можно сказать, интригующие воображение направления. Они могут принести нам самую ценную и необычную информацию.
К этим работам относятся исследования с помощью космических радиотелескопов, выводимых на околосолнечные и околоземные орбиты и функционирующих совместно в режиме радиоинтерферометрии, исследования окружающего мира посредством орбитальных астрофизических инструментов современного уровня (размерности космического телескопа «Хаббл») в различных спектральных диапазонах, исследования с помощью оптических телескопов с разнесённой базой, которые можно располагать, например, на Луне, изучение проблемы полета к звёздам...
1 мая 2013 года сверхзвуковой ЛА с ГПВРД X-51A WaveRider совершил свой первый успешный полёт, который продолжался 240 секунд, пока не кончилось горючее. (Илл. U.S. Air Force.)
Продолжение следует
compulenta.computerra.ru
-----------------------------------------------
Еще по теме:
Земля - космос - земля
Из Швейцарии в космос
Он летает
Космос все ближе
Dragon 2.0
Все самое интересное о космосе здесь - ru_deep_space