На планете разворачивается новая лунная гонка. Российская космическая отрасль стремится заявить о своем участии в ней, оформляя патенты на многопусковые полеты к спутнику Земли. По всей видимости, это лишь замена сверхтяжелым ракетам, создание которых пока невозможно. США, напротив, активно ведут разработку сразу двух сверхтяжелых ракет, однако и там не все идет по плану. Их лунная программа может столкнуться с серьезными проблемами в ближайший год. Скептики полагают, что все усилия участников гонки не имеют смысла, поскольку пилотируемые полеты к другим небесным телам слишком затратны. Автоматические аппараты смогут выполнить ту же работу гораздо дешевле. Однако, как мы покажем ниже, лунная программа не более дорогостоящая, чем полеты к МКС. И автоматы не смогут обеспечить результатов, сопоставимых с результатами пилотируемой лунной экспедиции. Попробуем разобраться, в чем причина.
РКК «Энергия» разработала концепцию полета на Луну, не требующую использования сверхтяжелой ракеты», появившиеся на прошлой неделе в прессе, указывают, что российские разработчики ракет ищут пути выхода из одной довольно сложной ситуации: полеты к спутнику Земли в других странах могут начаться уже в 2020-х, но вот у России крайне мало шансов завершить создание нужной для этого сверхтяжелой ракеты в те же годы.
Низкая вероятность успеха объясняется простыми факторами. Во-первых, для реализации подобного проекта необходимы значительные временные затраты и опытные ведущие инженеры, которых, по сравнению с конкурентами, нам, похоже, не хватает.
Зарубежные разработчики приступили к практической реализации проектов сверхтяжелых ракет несколько лет назад, в то время как в России подобные разработки пока отсутствуют, даже в виде детализированного эскизного проекта. Это дает им значительное преимущество по времени. Кроме того, существуют определенные сложности с главными конструкторами.
Одна иллюстрация: ракета «Ангара». Россия является родиной разработки и применения переохлажденного ракетного горючего и окислителя (межконтинентальная баллистическая ракета Р-9А Королева и Мишина, 1960-е), но в «Ангаре» оно не применяется.
За счет охлаждения компонентов топлива удается повысить их плотность, что позволяет заправить в ракету на несколько процентов больше горючего и окислителя, при этом незначительно увеличив массу ее конструкции, которая потребует усиления. Таким образом, увеличение количества топлива в ракете обеспечивает большую полезную нагрузку и удешевляет ее вывод в космос.
Павел Пушкин, ранее работавший в «Роскосмосе», а ныне возглавляющий частную космическую компанию «Космокурс», ответил на наш вопрос о причинах отсутствия переохлажденного топлива на ракете «Ангара», которое, по имеющимся данным, имелось еще у Королева, лаконично:
«Да, на «Ангаре» использовали кипящий кислород. Переохлаждение не применялось. Причины этого мне неизвестны. В нашем коллективе, как правило, не стремятся к максимальным усилиям… Мишин был выдающимся конструктором».
Этот частный пример демонстрирует, что ситуация с ведущими разработчиками ракетной техники в нашей стране вызывает серьезные опасения. Известно, что Falcon 9 применяет глубокое переохлаждение, в то время как в России не только не используют эту технологию при создании новых ракет, но и не рассматривают ее внедрение. В нынешних условиях кадрового дефицита «Роскосмосу» не под силу выиграть конкуренцию главных конструкторов.
Что не так с многопусковой схемой полета к Луне
Поэтому новую концепцию РКК «Энергии», предполагающую полет к Луне без использования сверхтяжелых ракет, на первый взгляд, стоит только поддержать. Однако этому препятствует одна проблема. Поиск руководителя без нарушения функций миндалевидного тела головного мозга может оказаться сложной задачей — его дисфункция ведет к патологическому бесстрашию, — который решился бы на ее реализацию.
Рассмотрев схему внимательнее, мы сможем понять причину. Согласно этой схеме, ракета «Ангара-А5В» доставляет к Луне дозаправочную станцию, которая с помощью ракетных двигателей совершает посадку на земной спутник и ожидает прибытия пилотируемого посадочного модуля с экипажем. Помимо этой схемы, к орбитальной станции типа МКС подготавливают корабль для полета к Селене.
После этого на «Союз-2.1а» доставляют космонавтов, которые затем переходят на корабль. В дальнейшем на пару ракет «Ангара-А5В» к станции доставляют корабль-заправщик и разгонный блок. После стыковки этих трех элементов с МКС, космонавты отправляются на них к окололунной орбите. Там они совершают необходимые действия, дозаправляются и возвращаются. Успешно?
Если не задавать дополнительных вопросов, то это действительно так. Например, возникает вопрос, почему не использовать единый тип ракет? Ответ заключается в том, что «Ангара-А5В» не функционирует и никогда не функционировала. Принимая во внимание невысокую частоту запусков ракет, осуществляемых «Роскосмосом», она не сможет достичь необходимого уровня успешной статистики к запланированному полету на Луну в 2020-х годах. Именно поэтому космонавтов доставят на «Союз» — ракету с внушительной, полувековой историей успешных запусков.
Даже сторонники многоступенчатой схемы признают, что некоторые ракеты могут не достичь успеха. Ситуация будет приемлемой, если не выйдет из строя первая «Ангара-А5В», доставляющая лунную дозаправочную станцию. В таком случае запуск проекта будет отложен до следующего пуска ракеты, оснащенной дозаправочной станцией.
Что произойдет, если третья ракета-носитель «Ангара-А5В» потерпит крушение, и тогда корабль, предназначенный для полета к Луне, останется без разгонного блока — будучи уже собранным на околоземной орбите и пристыкованным к МКС? Или если выйдет из строя вторая ракета, и корабль-дозаправщик не достигнет цели? У «Роскосмоса» каждый компонент будет представлен в двух экземплярах, что существенно увеличит стоимость проекта. Или же агентство эвакуирует космонавтов из готового к полету корабля и попытается представить это как незначительный инцидент?
Оставим в стороне имидж. Что произойдет, если в момент отсоединения модуля с людьми (для посадки на Луну) топливные емкости, находящиеся на дозаправочной станции, начнут внезапно терять топливо? Или же, например, во время самой процедуры дозаправки произойдет значительная утечка?
В таком случае, для дозаправки модуля с экипажем перед стартом не будет возможности — и космонавты, находящиеся на Луне, окажутся в критической ситуации. Какие аргументы смогут привести в защиту своей концепции сторонники многопусковой схемы? Оправдаем ли мы гибель людей тем, что не захотели создавать сверхтяжёлую ракету? Создание позитивного информационного сопровождения этой ситуации будет крайне затруднительным.
Многопусковая схема предполагает увеличение вероятности возникновения сбоев. Любой сбой в проекте такого масштаба может нанести серьезный ущерб репутации.
В целом, эта информация уже не является чем-то новым. Первая многопусковая схема полета к Луне предложил еще Вернер фон Браун в 1958 году (он планировал до 15 пусков). В тех схемах была и дозаправка корабля до Луны на земной орбите, и даже посадочного лунного модуля перед взлетом со спутника — то есть в планах РКК «Энергии» нет ничего принципиально нового в сравнении с идеями группы немецких инженеров конца 50-х.
Несмотря на все усилия, направленные на устранение недостатков существовавших в США ракет, ситуация разрешилась иначе: команда под руководством фон Брауна смогла спроектировать и создать самую крупную ракету, когда-либо запускавшуюся в истории. Это сделало непрактичными и неактуальными ранее предлагавшиеся концепции использования нескольких ракет-носителей для дозаправки на лунной орбите.
Тот же путь ждет и Россию.
Кажется, нет особой необходимости отправляться к Луне… однако игнорировать возможность полета к ней – это бессмысленно
Необходимо отметить, что в настоящее время на Луне не обнаружено ресурсов, представляющих коммерческую ценность. Упоминания об abundance гелия-3 не стоит рассматривать как значимые: его использование для синтеза ядер намного сложнее, чем на той, которая сегодня может быть использована в ITER, а также даже среди «сложных» термоядерных топлив он не оптимален.
Утверждение о том, что Луна может служить трамплином для исследования Солнечной системы, пока не вызывает достаточной уверенности. Безусловно, на Селене не менее 100 миллиардов тонн воды и немало других легких элементов. Но не вполне ясно, зачем все это поднимать с Луны, если полеты к Марсу технически доступны с Земли — да и стоить должны дешевле за счет отсутствия нужды в инвестициях в лунную инфраструктуру.
На данный момент, Starship, использующий метан в качестве топлива, является единственным транспортным средством, рассматриваемым для полетов на Марс и за его пределы. Однако, поскольку на Луне отсутствует метан, она не может быть использована в качестве стартовой площадки».
Идея размещения обсерваторий на подобных объектах также вызывает сомнения. Любая высадка на спутник Земли сопряжена с затратами массы топлива и, главное, требует создания сложного и дорогостоящего посадочного модуля. В то время как космическая обсерватория на орбите, сходной с лунной, не повлечёт за собой таких расходов.
Несмотря на это, полеты на Луну имеют большое значение: исследования этого небесного тела относительно недороги, однако способны принести науке значительные открытия. История человечества демонстрирует, что любое достижение в области фундаментальной науки, даже кажущееся изначально абстрактным, например, дарвинизм, квантовая механика или теория относительности, в конечном итоге приводит к существенной практической пользе.
В 1860-х годах немногие представляли, какую практическую пользу может принести дарвинизм, однако за последние полвека его результаты позволили человечеству достичь беспрецедентного уровня благосостояния. В 1910-х мало кто предвидел практическую значимость открытий Эйнштейна — сегодня же ими пользуются все, кто использует GPS. Изучение Луны, несомненно, окажет существенное влияние на развитие науки и, следовательно, обязательно принесет ощутимую отдачу.
И, что удивительно, стоимость этой программы оказалась не такой высокой. Существует мнение, что полеты к Луне в США были прекращены из-за значительных финансовых затрат. Считается, что отказ от лунных миссий позволил сэкономить бюджет.
Неверное представление о ситуации возникает из-за отсутствия точных данных: большая часть затрат на программу «Аполлон» пришлась на уникальные расходы, связанные с научно-исследовательскими и опытно-конструкторскими работами, в то время как стоимость запусков была относительно небольшой.
Согласно данным, предоставленным NASA, общая стоимость полета к Луне, охватывающая затраты на ракету, космический корабль, скафандры и луноход, составила не более это эквивалентно 2,3 миллиарда современных долларов. Таким образом, стоимость каждого полета к Луне была ниже годовых затрат США на пилотируемые космические программы в период эксплуатации шаттлов.
Даже при ежегодных полетах на Луну, США тратили бы на космические программы меньшие суммы, чем в действительности. Если бы американцы осуществляли полеты к Луне сегодня, используя тот же бюджет в 2,3 миллиарда долларов, это составило бы лишь одну девятую от их текущих расходов на космос (несколько десятков миллиардов долларов в год).
Чтобы оценить, насколько ограниченными были затраты на все последующие полеты к Луне, если бы программа «Аполлон» не была прекращена, стоит напомнить: затраты на полеты шаттлов на околоземную орбиту Вашингтон тратил 7,7 миллиардов современных долларов ежегодно. Это превышает количество полетов программы «Аполлон» к Луне за год. В результате на создание шаттлов было затрачено больше, чем на лунную.
В настоящее время NASA расходует средства на поддержание функционирования МКС 3-4 миллиарда долларов в год. На те же средства можно было запускать одну экспедицию к Луне раз в восемь месяцев. Да и общие траты по МКС на сегодня выше, чем были по лунной программе. Зададим себе риторический вопрос: что более значимо с научной точки зрения, МКС или изучение Луны?
Несмотря на отсутствие конкретных задач для практического освоения Луны в настоящее время, ее изучение остается актуальным и необходимым. Причина проста: затраты на исследование внутренних поверхностей МКС сопоставимы с затратами на изучение Луны, однако научный результат от первых явно ниже.
Отказ от пилотируемой космонавтики представляется невозможным, поскольку повторное возвращение к ней сопряжено с огромными сложностями (что подтверждается опытом NASA в 2010-х годах). Следовательно, программа должна быть максимально значимой, и найти такую значимость за пределами полетов на Луну будет весьма непросто.
Невозможно ли автоматизировать выполнение этой задачи, что позволит добиться тех же результатов, но с меньшими затратами?
Таким образом, отказ от программы «Аполлон» представляется неоправданным и нелогичным решением. Лунные миссии не были бы для Вашингтона более затратными, чем полеты на околоземную орбиту и к МКС. Почему же Соединенные Штаты приняли такое решение? Причина очевидна: подобно многим современникам, тогдашний президент США ошибочно полагал, что полеты к Луне не имеют практической ценности.
Чтобы уяснить его позицию, необходимо обратиться к истории. Соединенные Штаты изначально не планировали самостоятельные полеты к Луне: все предложения фон Брауна о создании ракет для полетов на Луну постоянно отклонялись. Кеннеди отказался от очередного такого предложения 20 марта 2016 года. Однако уже 12 апреля 1961 года Гагарин совершил полет в космос, что поставило Вашингтон в ситуацию настоящей информационной кризисной ситуации. Выходом из нее был лишь один способ – обогнать Советский Союз в стремлении к еще более масштабной задаче – полете на Луну.
По мнению американской элиты, эта задача была выполнена: Москва не направила своих специалистов на Селену. Это позволило Штатам избежать дополнительных затрат на рекламную кампанию. Научное освоение Луны? К сожалению, американским лидерам нередко не хватает достаточных знаний в области естественных наук, из-за чего им бывает трудно осознать значимость подобной деятельности.
У этого возникают у них иллюзорные представления: пребывание людей на Луне — лишь каприз специалистов, и для его реализации по сниженной цене достаточно заменить их автоматизированными системами. Подобные точки зрения, вслед за политиками, приняли многие, поэтому важно подробно объяснить, почему это нереально.
Эта идея о том, что производительность роботов на Земле и автоматизированных систем в космосе может быть сопоставима с человеческой, примерно в равных долях, возникла благодаря двум факторам:
художественными произведениями (фантастическими романами и фильмами), изображающими потенциал роботов в гипотетическом будущем;
поскольку большинство из нас не отслеживает непосредственно работу автоматических станций на других планетах, а полагается лишь на оптимистичные публикации в научно-популярных изданиях, где марсоходы, например, представляются как успешно преодолевающие огромные расстояния на других планетах.
В действительности ни один автономный аппарат никогда не передвигался по поверхности Луны или Марса. На этих планетах, как сейчас, так и в ближайшем будущем, используются только дистанционно управляемые машины, обладающие весьма ограниченными возможностями. Они способны преодолевать пересечённую местность, однако часто застревают, что приводит к их поломке.
Подвижные буровые установки способны углублять бур в грунт на несколько сантиметров. Неподвижные же установки могут обследовать лишь небольшую область вокруг точки их расположения.
В заключение стоит отметить, что эти аппараты не предназначены для работы в труднопроходимой местности и в экстремальных условиях. При этом характер как Марса, так и Луны определяется тем, что наиболее интересные для исследователей объекты, такие как вода или признаки возможной жизни, находятся именно в труднодоступных районах.
Группа биологов могла бы за несколько месяцев исследовать районы Марса, потенциально подходящие для жизни. Роботизированные аппараты пытаются выполнить эту задачу уже на протяжении десятилетий, однако их текущие возможности не позволяют решить её на практике.
Изучение лунных пещер (лавовых трубок) и приполярных кратеров, являющихся важными объектами для научных исследований на спутнике Земли, также сталкивается с подобными сложностями. Доступ к этим местам для автоматических аппаратов невозможен. (Подробнее читайте статью «Автоматы в космосе: никаких перспектив замены человека» в январском номере нашего журнала).
Вспомним историю: полеты человека на Луну уже принесли заметные научные результаты. И без их возобновления скорость изучения спутника заметно возрасти не может, потому что простые места там наука и так уже представляет, а сложные — не для автоматов. В итоге возобновление полетов туда неизбежно.
Политическая нестабильность и поддержка лунной программы
С глубоким сожалением приходится признать, что США, являющиеся ключевым — если не единственным — участником, способным осуществить высадку на Луну в 2020-х, в скором времени могут столкнуться с рядом трудностей, ослабляющих их космические возможности. Согласно результатам опросов, Байден опережает Трампа. Смена президента в США неизбежно влечет за собой изменение курса космической программы: Никсон отказался от проекта «Аполлон», Обама — от «Артемиды», запланированной Бушем, а Дональд Трамп вновь сделал акцент на лунной программе.
Данное положение не является лишь произвольным решением со стороны президентов. После выборов в США, вне зависимости от победившей партии, ее представители в Конгрессе стремятся перенаправить бюджетное финансирование космической отрасли в пользу компаний из регионов, которые они представляют. Естественно, для этого необходима существенная переоценка всей программы.
Это указывает на значительную вероятность отказа США от лунной посадки. Возможны альтернативные варианты, такие как создание окололунной станции, которая обеспечит научные результаты, сопоставимые с МКС, но будет гораздо более затратной. Другой вариант – полет на Марс в неопределенное будущее».
Несмотря на это, у полетов на Луну есть влиятельный сторонник, который поддерживает шансы США на высадку на ее поверхность, даже если Трамп покинет свой пост, и американскую лунную программу не начнут снова откладывать на неопределенный срок. Это Илон Маск. Ему не требуется Селена, поскольку колонизация ее не имеет смысла. Однако для полета на Марс необходимо привлечь значительные инвестиции, и лучшей платформой для их получения является лунная программа с использованием Starship.
С этим тезис о том, что полеты на Луну могут стоить столько же, сколько и осуществляемые полеты на околоземную орбиту, звучит иначе. Предполагается, что обычный полет на Starship должен стоить считаные миллионы долларов — в силу многоразовости на уровне не ниже ста полетов, а также выбранных для него не самых дорогих материалов и метанового горючего.
Использование подобного носителя позволит значительно снизить стоимость полета на Луну, как минимум в десять раз, по сравнению с программой «Аполлон». Это открывает перспективы не только для регулярных исследований спутника, но и для создания на его поверхности постоянной научной базы. При этом, стоит отметить, что это не является чрезмерно сложной задачей: уровень радиации на лунной поверхности вдвое ниже, чем у гипотетической окололунной станции, а при использовании укрытия из грунта — ниже, чем на Международной космической станции.
Несмотря на то, что Starship все еще требует доработок, сразу после достижения летной годности он сможет совершить посадку на Луну без использования посадочного модуля, что позволит обеспечить возвращение человека на этот спутник.
Независимо от желания NASA, игнорировать Starship станет невозможно. Благодаря своей более низкой стоимости по сравнению с программой SLS/Orion, агентству придется перейти на носители Маска и начать исследование Селены с помощью пилотируемых миссий.
Кажется, история любит иронию. Вероятнее всего, возвращение людей на Луну будет обеспечено усилиями того, кому она и не нужна. Однако, главное не это, а то, что темпы и эффективность исследования Луны значительно возрастут, что, безусловно, внесет вклад в развитие науки на Земле.