Scienty

Текущая ситуация в космонавтике напоминает события, произошедшие полвека назад, когда человечество совершило прорыв, высадившись на Луну. Хотя участники современной космической гонки не обладают такой же мотивацией и ставки не так высоки, наблюдать за этим почти дружественным соперничеством все равно увлекательно. Возвращение к освоению космоса за пределами низкой околоземной орбиты вновь стало престижной целью. Naked Science анализирует, какие перспективы есть у российской космонавтики в этом направлении и почему важно стремиться к Луне.

В начале XXI века наблюдалось возрождение интереса к пилотируемым миссиям за пределы низкой околоземной орбиты. Соединенные Штаты приняли решение о пересмотре и адаптации результатов, полученных в рамках программы «Спейс Шаттл» ( Space Shuttle) в нечто большее. США планировали отправиться на Марс, при этом вновь осуществляя высадки на Луну. Так возникла программа «Созвездие» ( Constellation), бесславно погибшая под гнетом бюрократии из-за бюджетных сокращений и переродившаяся в «Артемиду» ( Artemis). Последняя со скрипом воплощается прямо сейчас.

Китай активно наверстывает отставание. Китайские космические аппараты неоднократно выводились на окололунную орбиту, осуществлялись мягкие посадки на Луну, доставлялись на спутник Земли марсоходы, а также возвращались на Землю образцы лунного грунта. В дальнейшем планируется непосредственная подготовка и осуществление пилотируемых миссий, включая высадку космонавтов. Индия также продвигается в этом направлении, запустив несколько исследовательских аппаратов и разрабатывая новые. Обе страны сталкивались с определенными сложностями, однако в целом успешно решают амбициозные задачи и не планируют прекращать свою деятельность.

В качестве аналогии с космической гонкой между СССР и США в 1960-70-х годах, выделяют так называемую новую лунную гонку, в которой участвуют три ключевых игрока. Помимо них, в ней также задействованы такие участники, как Япония, Евросоюз и частные компании. Хотя у них есть собственные программы по освоению Луны, они, как правило, сотрудничают с лидерами этой гонки, в первую очередь с США).

Соединенные Штаты в этот раз планируют передать на откуп частным компаниям даже такие важные аспекты, как скафандры для внекорабельной деятельности во время высадки. Эта ситуация не идентична программе «Аполлон», над которой работало неисчислимое количество фирм-подрядчиков, но ведущую роль в разработке занимали госструктуры. Особенность второй лунной гонки в частичной коммерциализации прогресса. Ряд задач программы «Артемида» будет выполняться в формате заказа услуги: например, NASA нужно доставить прибор на Луну — коммерческие компании сами решают, как это сделать, уместив затраты в заданный бюджет. Само Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США в разработке миссии будет участвовать только как консультант. Теоретически это позволит не тратить свои ресурсы на разработку и тестирование вообще всех деталей лунной программы. Как получится на деле — скоро увидим.

А что же Россия?

Поражение в знаковом противостоянии двух идеологических лагерей оставило глубокий отпечаток в исторической памяти россиян. Дискуссии о том, превзошли ли США СССР, действительно ли американцы высадились на Луне и кто несет ответственность за проблемы в советской космонавтике, продолжают вспыхивать и сейчас. Задетую национальную гордость выразили в попытках, пусть и не всегда энергичных, но все же явных, чтобы догнать потерянное.

На протяжении последних двух десятилетий российские чиновники неоднократно объявляли о намерении отправить миссии на Луну, и по некоторым проектам даже велись работы. Тем не менее, ни одна из них до сих пор не была реализована. В целом, лунная программа России по состоянию на 2022 год выглядит следующим образом.

Каждый из трех этапов предполагает определенную степень проработки.

• В рамках первого этапа («Вылазка») планируется запуск группы автоматических исследовательских аппаратов, включающих как посадочные модули, так и орбитальные станции.
• В рамках второго этапа («Форпост») планируется проведение испытаний беспилотных систем и научных пилотируемых полетов, включающих вывод на орбиту станцию и посадку на поверхность.
• Третий этап, обозначенный как «База», предполагает создание лунной исследовательской обитаемой базы.
• Единственная миссия, находящаяся в настоящее время в состоянии полной готовности, — это «Луна-25», которая, как рапортует глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин, активно и без замечаний готовится к старту.

При обсуждении состояния и перспектив российской лунной программы следует сразу же отметить, что прямое сравнение с зарубежными аналогами Naked Science делать не будет. Как минимум, из-за неравенства условий, в которых находятся участники новой космической гонки. Бюджет «Роскосмоса» не резиновый, с преемственностью технологий есть проблемы, а также сказываются экономическая и политическая изоляции. Кроме того, важно подчеркнуть, что полной информации о проектах отечественной космонавтики в свободном доступе нет (из-за общей закрытости отрасли), так что ряд подробностей пришлось просто опустить за неимением достоверных источников.

Что нужно для полета на Луну

Для реализации задуманного достаточно даже самой простой ракеты (например, при попутном запуске) и аппарата, находящегося в рабочем состоянии, создание которого не потребует значительных финансовых вложений. Именно так поступил израильский стартап SpaceIL — и им почти удалось. Если же говорить о серьезных, амбициозных целях, то потребуются более масштабные решения. Пилотируемые миссии необходимы. Вопросы создания орбитальных и поверхностных баз пока оставим без внимания, сосредоточимся на задаче: обеспечить возможность оставить отпечаток ноги космонавта на лунной поверхности. Анализ параметров выполненных и планируемых полетов к естественному спутнику Земли позволяет сделать следующие выводы.

Для осуществления пилотируемой лунной программы потребуется: мотивация (о ней будет рассказано отдельно), ракета-носитель (или несколько), беспилотные орбитальные и посадочные аппараты (для предварительных исследований и подготовки), космический корабль (с разгонным блоком), а также посадочный модуль с возвратной капсулой и скафандрами для работы вне космического корабля на поверхности другого небесного тела. Реализация программы потребует как минимум четыре полета: изучение поверхности и отработка выхода на лунную орбиту, отработка мягкой посадки, испытания всей системы, состоящей из перелетного и посадочного модулей, и, наконец, непосредственная высадка. В действительности миссий будет даже больше, но вышеперечисленное представляет собой необходимый минимум. На Луне космонавтов должно быть не менее двух (чтобы один мог оказать помощь другому в случае возникновения проблем), еще одного или пару крайне желательно оставить на лунной орбите.

Подготовительные беспилотные миссии могут быть реализованы с использованием имеющихся ракет, однако для высадки потребуется разработка новой техники. Для подъема со поверхности Луны 100 килограммов (что соответствует одному космонавту в облегченном скафандре) необходим аппарат, включающий топливо и систему жизнеобеспечения, массой около полутора тонн. Для доставки этого аппарата на Луну потребуется посадочный модуль, весом приблизительно 3 тонны. Учитывая минимальное количество членов экипажа и даже исключив сбор образцов во время высадки, общая масса уже составит 8-9 тонн на двух космонавтах. В качестве примера перелетного корабля возьмем «Союз», который изначально задумывался именно под эту задачу. В необходимой для лунной миссии конфигурации он имел массу почти 10 тонн.

Доставка около 20 тысяч килограммов на селеноцентрическую орбиту потребует примерно 50 тонн ресурсов — это и топливо, и разгонный блок. Таким образом, для запуска лунной посадочной миссии необходимо, чтобы носитель на НОО имел грузоподъемность не менее 70 тонн. Это справедливо при условии, что в экипаже, помимо двух космонавтов, никого больше нет.

Что у нас уже есть

Проведем беглую инвентаризацию.

• Сверхтяжелая ракета-носитель — ее нет, разработка приостановлена, бюджет перенаправлен в пользу «метановых технологий», результата стоит ждать не ранее 2030-х.
• Автоматические зонды — один из шести запланированных к запуску. Остальные находятся в процессе изготовления конструкционного макета или прорабатываются в документации.
• Пилотируемый космический корабль находится на этапе испытаний, первый полет еще не состоялся намечен на 2024 год.
• Состояние разработки посадочного и взлетного модулей не установлено, вероятно, даже отсутствует эскизный проект).
• Разгонный блок — идет подготовка конструкторской документации, изготовление намечено на «после 2025 года».
• Для работы на поверхности Луны скафандры пока не созданы, информация о текущем статусе разработки отсутствует.

Уже тогда, когда создание сверхтяжелых носимых ракет считалось маловероятным, была разработана альтернативная схема полета к естественному спутнику Земли — многопусковая. Она предполагает вывод всех ключевых элементов миссии с помощью нескольких ракет. Однако это сопряжено с проблемой увеличения вероятности отказов. Разделение технологического процесса на этапы, имеющие ограниченный срок службы и сильно зависимые друг от друга, уменьшает общую надежность всей операции. Совершенно иная ситуация, когда несколько запусков используются для дозаправки космического корабля на орбите, находящегося на околоземной траектории. В этом случае, в случае неполадок, экипаж сможет быстро вернуться на Землю.

Российские предприятия ракетно-космической отрасли предлагают наиболее сложный сценарий с несколькими запусками ракеты «Ангара» (иногда в сочетании с «Союзом») из-за отсутствия сверхтяжелой ракеты-носителя. Первый запуск предназначен для доставки взлетного модуля на Луну, а последующие выводят на околоземную орбиту перелетный корабль и разгонный блок (или два, с посадочным модулем на четвертом этапе в космос отправляется экипаж. На орбите Земли происходит сборка «конструктора» для полета к Луне, в него переходит экипаж, и только затем миссия реализуется. В случае сбоя стыковок взлетный модуль будет потерян, поскольку у него установлен ограниченный срок ожидания экспедиции; если он выйдет из строя до прибытия космонавтов, они окажутся в критической ситуации.

Существующие ракеты также имеют свои недостатки. В распоряжении России находятся «Союз», «Протон» и «Ангара», однако для реализации лунных миссий подходит только последняя, чьи испытания пока не завершены. Кроме того, для пилотируемых полетов потребуется ее сертификация. Грузоподъемности проверенного временем и уже имеющего допуск к отправке людей в космос «Союза» (8,2-8,7 тонны с российских космодромов) недостаточно даже для доставки одного элемента лунной миссии. А «Протон», переживший множество проблем, не предназначен для запуска пилотируемых кораблей (из-за опасного топлива и сомнительной надежности), устарел морально и, несмотря на недавние успешные запуски, сохраняет репутацию одной из наименее надежных ракет в мире.

В отношении ракеты «Ангара», даже после завершения испытаний, модификация А5 сможет выводить полезные нагрузки, сопоставимые с возможностями «Протона» – 24,5 тонны. В перспективе будет внедрена более производительная версия А5В, предназначенная для доставки 38 тонн полезной нагрузки на заданную орбиту. Таким образом, для реализации российской пилотируемой лунной программы потребуется от трех до четырех запусков самых мощных доступных носителей (на текущий момент запланировано четыре старта). Данное решение нельзя назвать идеальным, однако альтернативных вариантов пока не существует.

А что касается подготовительного беспилотного этапа? Здесь можно отметить «Луну-25» — похоже, она все-таки состоится. Однако судьба будущих миссий пока остается неясной. И в целом, «Луна-25» (изначально — « Луну-Глоб») следует рассматривать как ключевой этап современной российской лунной программы.

Разработка первой за почти полвека российской миссии к естественному спутнику Земли началась задолго до обсуждений полноценной лунной программы. Российский проект пилотируемых полетов на Луну и создания на ней базы фактически сформировался вокруг «Луны-25». История этого проекта насчитывает почти 25 лет, первые концепции появились в начале 2000-х, а текущий вид аппарат приобрел в начале 2010-х. С 2008 года миссия неоднократно переносилась, за это время были заменены как минимум 13 предварительных дат запуска, две ракеты-носителя и один космодром. Таким образом, эта затяжная разработка по срокам реализации может вполне конкурировать с МЛМ «Наука».

Автоматические исследовательские станции, предусмотренные программой, вероятно, будут задействованы в разработке сопоставимое время. Хотя теоретически высадку на Луну можно осуществить и без них, это было бы неоправданно рискованным шагом. До достижения успеха программы «Аполлон» мягкую посадку на другие небесные тела США отрабатывали семь раз в рамках программы «Сервейер» ( Surveyor). Можно возразить, что Советский Союз успешно проводил множество миссий на поверхность Луны. Однако это случилось уже 46 лет назад. За это время сменились поколения инженеров, а имевшиеся технологии, даже если они сохранились в памяти, устарели. Проблемы возобновления космической техники на современном уровне наглядно продемонстрировали и Соединенные Штаты, попытавшись использовать легендарные двигатели Rocketdyne F-1 для боковых ускорителей ракеты Space Launch System (SLS). Результат получился неплохим (зафиксирован прирост тяги в 15% и упрощена конструкция), однако более экономичным и результативным было бы разработать решение с нуля.

Подводя итоги на текущий момент, можно констатировать:

• регулярно изменяющийся облик всей лунной программы;
• крайне низкую стадию готовности всех миссий первого этапа, кроме одной;
• отсутствующие «в металле» ключевые элементы второго этапа;
• третий этап существует исключительно в форме осторожных набросков.

Зачем вообще лететь на Луну?

Этот вопрос порождает не меньше дискуссий, чем космическая гонка, развернувшаяся в XX веке. Варианты ответа на него зависят от индивидуальных убеждений, масштаба мышления и способности предвидеть будущее. В сущности, освоение космоса необходимо для сохранения статуса космической державы и предотвращения существенного отставания от передовых стран.

Изучение естественного спутника Земли с научной точки зрения позволит найти ответы на ключевые вопросы космологии, в частности, на вопросы о формировании нашей планеты и всей Солнечной системы. После освоения Луны последуют экспедиции на Марс, которые, вероятно, предоставят доказательства распространенности жизни во Вселенной. Кроме того, мы сможем узнать много нового о ее возникновении и развитии. Все это станет стимулом для человечества, поднимет его на качественно новый уровень понимания окружающего мира, и было бы крайне желательно стать одними из первопроходцев будущей научной революции. Ведь те, кто первыми получают новые знания, обладают наибольшими возможностями для их эффективного применения.

Лунная гонка, как и вся космонавтика, является образцовой площадкой для технологического развития. Инженерные задачи и разработки, необходимые для ее реализации, находятся на пределе человеческих возможностей. Стремление обойти физические законы стимулирует ракетно-космическую отрасль к постоянному созданию революционных решений — будь то новые материалы, типы техники или технологические процессы. Потеря этих компетенций равносильна гибели. Ни одна страна, стремящаяся к прогрессу, не должна допустить подобного. Забросив космонавтику, невозможно будет быстро и недорого вернуться к ней вновь. К тому же, наверстать упущенное уже не удастся, и с каждым годом отставание будет увеличиваться экспоненциально.

В конечном счете, лунная гонка — это вопрос престижа. Важно не сама победа, а участие в ней. Это заявление о статусе равноправного участника, даже если экономическая ситуация не позволяет соревноваться с лидерами. Это демонстрация политической воли и способности к эффективной мобилизации экономики, решению сложных задач. По сути, это настоящая олимпиада, только для государств, а не для отдельных людей. Участие в подобных неофициальных соревнованиях (независимо от того, с кем или «против») можно даже назвать вопросом национального достоинства.

Эти три аргумента, несомненно, встретят возражения, и это позитивно, поскольку без разнообразия точек зрения наука и общество не могут развиваться должным образом. В контексте космонавтики важно помнить, что сегодня у человечества имеются чрезвычайно подробные данные, пригодные для различных целей, способность на глобальном уровне отслеживать изменения климата (что позволяет прогнозировать погоду, планировать сельскохозяйственную деятельность и своевременно реагировать на природные катаклизмы), а также обеспечить высокоскоростную связь в любой точке земного шара. Перечислять положительное влияние космической гонки, начавшейся в середине XX века, на повседневную жизнь каждого человека можно было бы очень долго. Хотя изначально она была продиктована стремлением военных обеспечить дальнобойность бомб и любопытством ученых, убедивших политиков в необходимости запускать исследовательское оборудование на ракетах ради укрепления престижа страны.

Мотивация, целеполагание, идеология

Обоснование необходимости полетов на Луну с точки зрения развития науки и технологий – задача достойная. Однако окончательное решение принимают политики, которых необходимо убедить в целесообразности инвестирования значительных бюджетных средств в космические программы. И это не является незначительным препятствием. Человек по своей природе склонен к творчеству, эффективной и продуктивной работе лишь при наличии масштабной, значимой цели. И кто, как не политики, способен формулировать такие цели? Независимо от того, будет это опасение за будущее человечества или стремление продемонстрировать всему миру достижение, казавшегося невозможным, вопрос остается в сфере текущей государственной идеологии.

Именно поэтому, отстаивая бюджеты NASA перед Сенатом США в 2021 году, новый глава агентства Билл Нельсон размахивал фотографиями, которые сделал китайский марсоход. Мол, Поднебесная вообще-то наступает нам на пятки, очнитесь, какие сокращения финансирования?! Но это Соединенные Штаты, у них есть колоссальные средства и большая фора, так что мотивации «удержать позицию» будет достаточно. Другие игроки догнать и тем более обогнать Америку вряд ли смогут, а вот пройти похожий путь, но по-своему и заметно — сумеют. Что тоже будет неоспоримым достижением. Китай с Индией, судя по всему, именно так и объясняют свои лунные программы: хотим показать, что мы способны забраться на ту же вершину.

Проблема заключается в нежелании России принимать предложенный вариант, что негативно сказывается на мотивации. В текущем состоянии лунная программа находится лишь на этапе подготовки: «Роскосмос» пока что разместил лишь два основных тендера на разработку технического задания для скафандра, лунохода, систем жизнеобеспечения для взлетных и посадочных модулей ( один в 2019 году, второй в прошлом сентябре). Фактически это самый начальный этап разработки необходимого для миссий на Луну оборудования. И хотелось бы думать, что шифр научно-исследовательской работы — «Пастораль» — сотрудники «Роскосмоса» выбирали, не зная значения этого слова. Поскольку иначе это может быть воспринято как серьезное философское утверждение о безнадежности усилий, прилагаемых в этой области. Ведь гонка за Луной не может быть простой и легкой, как жизнь наивных пастухов и пастушек.

Вместо заключения

Семьдесят лет назад мир, возможно, казался более простым, однако геополитическая обстановка была значительно более напряженной. Тем не менее, это не стало препятствием для того, чтобы человечество совершило невероятный прорыв и достигло другого небесного тела. Современная космическая гонка характеризуется большим количеством участников и преобладанием коммерческих целей. Однако общая картина остается схожей — ближайшие десятилетия определят, какие государства будут определять ход прогресса. Они смогут осваивать Солнечную систему, а остальные будут вынуждены наблюдать со стороны. Прошлые достижения не помогут, если не будут постоянно улучшаться и развиваться.

Прикладная ценность космонавтики в наши дни неоспорима. Однако, владение технологиями создания спутников для сельского хозяйства, оборонной промышленности или связи в скором времени перестанет быть достаточным условием для признания космической державы. К тому же, научные исследования, необходимые для разработки военных и гражданских спутников, уже не оказывают столь значительного влияния на прогресс. Технологии достигли зрелости, позволяющей создавать спутники практически любому, а количество предложений на рынке пусковых услуг скоро превысит потребность.

Для дальнейшего прогресса необходимы новые цели. Даже если они кажутся повторением прежних. Это вполне допустимо — открытие Америки несколько раз приписывают разным исследователям. Предсказать, какие перемены принесет новая космическая гонка, не под силу даже самым дальновидным фантастам. Ее влияние на повседневную жизнь проявится быстрее, чем у первой, но все же не моментально. И как бы странно это ни звучало на фоне мировых событий, космонавтика остается одной из ключевых областей деятельности человечества, о важности которой нельзя забывать. Если, конечно, мы заботимся не только о ближайшем будущем, но и о благополучии будущих поколений.