Що сталося? Багато чого, у тому числі війна у В'єтнамі, Уотергейтський скандал тощо. Але якщо подивитися в корінь і позбутися всього тимчасового і несуттєвого, з'ясується, що причина насправді одна: гроші.

Іноді ми забуваємо, що космічні подорожі – справа дуже дорога. Виведення всього одного фунта чого завгодно на навколоземну орбіту коштує 10 000 доларів. Уявіть собі статую Джона Гленна із чистого золота в натуральну величину - і ви отримаєте деяке уявлення про вартість таких проектів. Політ на Місяць вимагає близько 100 000 доларів за фунт корисного вантажу. А політ до Марса коштував би 1 млн доларів за фунт (приблизно на вагу діамантів).

Тоді, у 1960-х, питання ціни практично не розглядалося: все покривало загальне наснагу та наростання космічних перегонів з росіянами. Видовищні досягнення хоробрих астронавтів прикрадали ціну космічних польотів, тим більше, що обидві сторони були готові багато на що, щоб підтримати національну честь. Але навіть наддержави не під силу нести такий тягар протягом багатьох десятиліть.

Сумно це все! Минуло вже більше 300 років з того часу, як сер Ісаак Ньютон вперше записав закони руху, а ми, як і раніше, перебуваємо в полоні простих обчислень. Щоб закинути об'єкт на навколоземну орбіту, його потрібно розігнати до швидкості 7,9 км/сек. Щоб відправити об'єкт у міжпланетну подорож і вивести за межі дії поля тяжіння Землі, треба надати йому швидкість 11, 2 км/с. Це означає, що ракета може прискорюватися, викидаючи в протилежному напрямку розпечені гази, приблизно так само, як літає по кімнаті кулька, якщо надуть її і відпустити клапан.) Отже розрахувати вартість космічних подорожей за законами Ньютона зовсім нескладно. Не існує жодного закону природи (ні фізичного, ні інженерного), який забороняв би нам досліджувати Сонячну систему; вся справа у вартості.

Але цього замало. Ракета має нести на собі паливо, що суттєво збільшує її навантаження. Літаки можуть частково обійти цю проблему, захоплюючи кисень з атмосфери та спрямовуючи у двигуни. Але в космосі немає повітря, і ракета має нести із собою весь свій кисень та водень.

Крім того, що цей факт робить космічні подорожі дуже дорогим задоволенням, він є головною причиною того, що у нас немає ракетних ранців і автомобілів, що літають. Письменники-фантасти (але невчені) люблять розписувати день, коли всі ми одягнемо ракетні ранці і полетимо на роботу - або вирушимо на недільний пікнік на сімейній машині, що літає. Люди часто відчувають розчарування у футуристах, тому що їх прогнози ніколи не справджуються. (Саме тому навколо так багато статей та книг з цинічними назвами на кшталт «Де мій ракетний ранець?»). Але щоб зрозуміти причину, достатньо провести просте обчислення. Ракетні ранці існують; більше, нацисти навіть намагалися використовувати їх під час Другої світової війни. Але перекис водню, звичайне у разі паливо, швидко закінчується, отже середній політ на ракетному ранці триває лише кілька хвилин. Так само автомобілі з вертолітними гвинтами спалюють моторошну кількість палива, що робить їх занадто дорогими для звичайної людини.

Кінець місячної програми

Саме надхмарні ціни на космічні подорожі провиною тому, що в даний час майбутнє пілотованої космонавтики є настільки невизначеним. Джордж Буш, будучи президентом, 2004 р. представив ясний, але досить амбітний проект космічної програми. По-перше, космічний човник Space Shuttle передбачалося відправити у відставку у 2010 р., а до 2015 р. замінити на нову ракетну систему під назвою Constellation («Сузір'я») . По-друге, до 2020 р. передбачалося повернутися на Місяць і згодом заснувати на супутнику нашої планети постійну базу. По-третє, все це мало прокласти дорогу до пілотованого польоту на Марс.

Однак навіть за час після висунення плану Буша економіка космонавтики суттєво змінилася, в основному через те, що Велика рецесія спустошила гаманець майбутніх космічних подорожей. У доповіді Комісії Огастіна, представленій у 2009 р. президенту Бараку Обамі, йдеться, що за доступного рівня фінансування початкова програма нездійсненна. У 2010 р. президент Обама здійснив відповідні практичні кроки, закривши одночасно і програму Space Shuttle, і розробку заміни для космічних човників, яка мала підготувати ґрунт для повернення на Місяць. Найближчим часом NASA, не маючи власних ракет для відправлення наших астронавтів до космосу, вимушено покладатиметься на росіян. З іншого боку, така ситуація стимулює зусилля приватних компаній щодо створення ракет, необхідних для продовження пілотованої космічної програми. NASA, відмовившись від свого славного минулого, вже ніколи не будуватиме ракети для пілотованої програми. Прихильники плану Обами кажуть, що він означає початок нової ери освоєння космосу, де гору візьме приватна ініціатива. Критики кажуть, що реалізація цього плану перетворить NASA на «агентство без мети».

Посадка на астероїд

У доповіді Комісії Огастіна пропонувався так званий гнучкий шлях, що включає кілька досить скромних цілей, що не вимагають шаленої витрати ракетного палива: наприклад, це подорож до недалекого астероїда, якому трапиться пролетіти повз Землю, або подорож до місяців Марса. У доповіді вказувалося, що астероїд-мета може поки що просто бути відсутнім на наших картах: можливо, це невідоме блукаюче тіло, яке належить відкрити в найближчому майбутньому.

Проблема, вказувалося в доповіді Комісії, полягає в тому, що ракетне паливо для посадки на Місяць, і особливо на Марс, а також на зліт та повернення виявиться надмірно дорогим. Але оскільки гравітаційне поле на астероїді та супутниках Марса дуже слабке, палива буде потрібно набагато менше. У доповіді Огастіна згадувалася також можливість відвідування точок Лагранжа, тобто таких місць у відкритому космосі, де гравітаційне тяжіння Землі та Місяця взаємно компенсується. (Цілком можливо, що ці точки служать космічним сміттєзвалищем, де скупчується з найдавніших часів все сміття, зібране Сонячною системою і потрапило в околиці Землі; астронавти могли б знайти там цікаві камені, датовані часом формування системи Земля-Луна.)

Справді, посадка на астероїд - завдання недороге, оскільки астероїди мають надзвичайно слабке гравітаційне поле. (У цьому також полягає причина того, що астероїди, як правило, не округлі, а відрізняються неправильною формою. Всі великі об'єкти у Всесвіті – зірки, планети та супутники – круглі, тому що сила тяжіння рівномірно стягує їх до центру. Будь-яка неправильність форми планети поступово згладжується, але сила тяжіння на астероїді настільки слабка, що не може стиснути астероїд у кулю.

Однією з можливих цілей такого польоту є астероїд Апофіс, який у 2029 р. має пройти загрозливо близько до Землі. Ця кам'яна брила близько 300 м у поперечнику, розміром з велике футбольне поле, пройде так близько до планети, що залишить зовні деякі наші штучні супутники. Від взаємодії з нашою планетою орбіта астероїда зміниться, і якщо не пощастить, в 2036 він може знову повернутися до Землі; існує навіть крихітний шанс (1 із 100 000), що він після повернення потрапить до Землі. Якби таке справді сталося, потужність удару дорівнювала б 100 000 хіросимських бомб; при цьому вогняні смерчі, ударні хвилі та розпечені уламки могли б повністю спустошити територію завбільшки з Францію. (Для порівняння: набагато менший об'єкт, розміром, ймовірно, з багатоквартирний будинок, впав у районі сибірської річки Підкам'яна Тунгуска в 1908 р. і, вибухнувши з силою однієї тисячі хіросимських бомб, повалив 2500 км 2 лісу. Ударна хвиля від цього вибуху відчувалася на відстані кількох тисяч кілометрів, крім того, падіння породило незвичайне свічення неба над Азією та Європою, так що в Лондоні вночі на вулиці можна було читати газету.

Візит до Апофісу не виявиться надто важким вантажем для бюджету NASA, оскільки астероїд так і так має пролетіти зовсім поряд, але посадка на нього може стати проблемою. Через слабке гравітаційне поле астероїда корабель повинен буде не сісти на нього в традиційному сенсі, а швидше пристикуватися. Крім того, він обертається нерівномірно, тому перед посадкою необхідно буде зробити точні вимірювання всіх параметрів. Загалом, цікаво було б подивитися, наскільки твердим є астероїд. Деякі вчені вважають, що він може виявитися просто купою каміння, яке утримує разом слабке поле тяжіння; інші вважають його твердим. Одного дня знання про щільність астероїдів можуть виявитися життєво важливими для людства; не виключено, що колись нам доведеться дробити астероїд на шматки за допомогою ядерної зброї. Якщо кам'яна брила, що летить у космічному просторі, замість того, щоб розсипатися в порошок, розколеться на кілька великих шматків, їх падіння на Землю може виявитися навіть небезпечнішим, ніж падіння астероїда цілком. Можливо, краще підштовхнути астероїд трохи змінити його орбіту раніше, ніж він зможе підлетіти близько до Землі.

Приземлення на супутник Марса

Хоча Комісія Огастіна не рекомендувала до реалізації проект, пов'язаний із пілотованим польотом на Марс, у нас залишається інша дуже цікава можливість – відправити астронавтів на супутники Марса, Фобос та Деймос. Ці супутники набагато менше земного Місяця і тому так само, як і астероїди, мають дуже слабке гравітаційне поле. Крім відносної дешевизни, візит на супутник Марса має ще кілька переваг:

1. По-перше, ці супутники можна було використовувати як тимчасові космічні станції. З них можна без особливих витрат аналізувати планету, не опускаючись її поверхню.

2. По-друге, коли-небудь вони можуть стати в нагоді як проміжний щабель для експедиції на Марс. Від Фобоса до центру Червоної планети менше 10 000 км, тому звідти можна лише за кілька годин злітати вниз.

3. Ймовірно, у цих супутниках є печери, які можна було б використовувати для організації постійної населеної бази та для захисту її від метеоритів та космічного випромінювання. На Фобос, зокрема, є величезний кратер Стікні; мабуть, це слід удару величезного метеорита, який ледь не розколов супутник. Однак поступово сила тяжіння знову зібрала уламки воєдино і відновила супутник. Можливо, після цього давнього зіткнення на Фобосі залишилося безліч печер та тріщин.

Повернення на Місяць

У доповіді Огастіна йдеться і про нову експедицію на Місяць, але тільки в тому випадку, якщо фінансування космічних програм буде збільшено і якщо на десять наступних років на цю програму буде виділено принаймні 30 млрд. доларів додатково. Оскільки це дуже малоймовірно, місячну програму по суті можна вважати закритою, принаймні на найближчі роки.

Скасована місячна програма, що звалася Constellation, включала кілька основних компонент. По-перше, це ракета-носій «Арес V», перший надважкий носій США після відставки «Сатурна» на початку 1970-х років. По-друге, важка ракета "Арес I" та корабель "Оріон", здатний нести шістьох астронавтів до навколоземної космічної станції або чотирьох - до Місяця. І, нарешті, посадковий модуль "Альтаїр", який, власне, і мав опускатися на поверхню Місяця.

У конструкційної схеми шатла, де корабель кріпився на боці, було кілька істотних недоліків, у тому числі й тенденція носія втрачати в процесі польоту шматки піни, що теплоізолює. Для корабля «Колумбія» це обернулося катастрофою: він згорів при поверненні на землю, забравши з собою сімох хоробрих астронавтів, - і все тому, що під час старту шматок піноізоляції, що відірвався від зовнішнього паливного бака, потрапив у край крила і пробив у ній. . При вході в атмосферу гарячі гази увірвалися в корпус «Колумбії», вбили всіх усередині та спричинили руйнування корабля. У проекті Constellation, де заселений модуль передбачалося розмістити безпосередньо на верхівці ракети, такої проблеми не виникло б.

Преса охрестила проект Constellation "програмою Apollo на стероїдах" - дуже вже він нагадував місячну програму 1970-х років. Довжина ракети «Арес I» мала скласти майже 100 м проти 112, 5 м у «Сатурна V». Передбачалося, що ця ракета виводитиме в космос пілотований корабель «Оріон», замінивши таким чином застарілі шатли. Для запуску модуля Альтаїр і запасу палива для польоту до Місяця NASA передбачало використовувати ракету Арес V заввишки 118 м, здатну вивести на навколоземну орбіту 188 т вантажу. Ракета «Арес V» мала стати основою будь-якої програми польоту на Місяць чи Марс. (Хоча розробка «Ареса» припинена, добре було б зберегти з програми хоч щось для подальшого використання; розмови про це йдуть.)

Постійна місячна база

Закривши програму Constellation, президент Обама залишив відкритими кілька варіантів. Корабель "Оріон", який мав знову доставити американських астронавтів до Місяця і назад, стали вважати рятівним засобом для Міжнародної космічної станції. Можливо, у майбутньому, коли економіка відновиться після кризи, якась інша адміністрація захоче знову повернутись до місячної програми, у тому числі й до проекту створення місячної бази.

Створення постійної бази на Місяці неминуче зустріне безліч перешкод. Перше з них – мікрометеорити. Оскільки повітря на Місяці немає, каміння з неба падає на його поверхню безперешкодно. У цьому легко переконатися, просто глянувши на поверхню нашого супутника, суцільно поцятковану слідами давніх зіткнень з метеоритами; деяким із них мільярди років.

Багато років тому, коли я навчався в Університеті Каліфорнії в Берклі, мені довелося глянути на цю небезпеку на власні очі. Привезений астронавтами на початку 1970-х років. місячний ґрунт справив у науковому світі справжню сенсацію. Мене запросили до лабораторії, де займалися аналізом місячного ґрунту під мікроскопом. Спочатку я побачив камінь - як мені здалося, зовсім звичайний камінь (місячні породи дуже нагадують земні), але варто було подивитись у мікроскоп… Я був вражений! Весь камінь був покритий крихітними метеоритними кратерами, всередині яких проглядалися ще дрібніші кратери. Ніколи раніше я не бачив нічого подібного. Я зрозумів, що в безатмосферному світі навіть найдрібніша порошинка, вдаривши зі швидкістю більше 60 000 км/год, легко здатна вбити - а якщо не вбити, то продирявити скафандр. (Вчені уявляють собі величезні збитки, завдані мікрометеоритами, тому що вони можуть імітувати зіткнення з ними. У лабораторіях спеціально для вивчення характеру таких зіткнень є величезні гармати, здатні вистрілювати металевими кульками з величезними швидкостями.)

Одне з можливих рішень – побудувати місячну базу під поверхнею. Відомо, що в давнину Місяць був вулканічно активним, і астронавтам, можливо, вдасться знайти лавову трубку, що глибоко йде під землю. (Лавові трубки - сліди стародавніх лавових потоків, що вигризали в глибині печероподібні структури та тунелі.) У 2009 р. астрономи дійсно виявили на Місяці лавову трубку розміром з хмарочос, яка могла б стати основою для постійної місячної бази.

Така природна печера могла б забезпечити астронавтам дешевий захист від космічних променів та сонячних спалахів. Навіть під час перельоту з одного кінця континенту на інший (наприклад, з Нью-Йорка до Лос-Анджелеса) ми зазнаємо дії радіації з рівнем приблизно один мілібар на годину (що еквівалентно рентгенівському знімку у стоматолога). На Місяці радіація може бути настільки сильною, що житлові приміщення бази доведеться розміщувати глибоко під поверхнею. В умовах, де немає атмосфери, смертельний дощ із сонячних спалахів і космічних променів піддасть астронавтів прямому ризику передчасного старіння і навіть раку.

Невагомість – теж проблема, особливо за тривалих термінів. У тренувальному центрі NASA у Клівленді, штат Огайо, над астронавтами проводять різноманітні експерименти. Одного разу я бачив, як підвішений у горизонтальному положенні за допомогою спеціальної збруї випробуваний бігав по встановленій доріжці, що вертикально біжить. Вчені намагалися визначити витривалість суб'єкта за умов невагомості.

Поговоривши з лікарями з NASA, я зрозумів, що невагомість набагато менш невинна, ніж здається на перший погляд. Один лікар пояснив мені, що за кілька десятиліть тривалі польоти американських астронавтів та російських космонавтів в умовах невагомості ясно показали: у невагомості в тілі людини відбуваються суттєві зміни, деградують м'язові тканини, кістки та серцево-судинна система. Наше тіло – результат мільйонів років розвитку у гравітаційному полі Землі. У разі тривалого перебування у слабкому гравітаційному полі у біологічних процесах відбувається збій.

Російські космонавти після приблизно року у невагомості повертаються на землю настільки слабкими, що ледве можуть повзти. У космосі навіть при щоденних тренуваннях м'язи атрофуються, кістки втрачають кальцій, а серцево-судинна система слабшає. Після польоту деяким потрібно на відновлення кілька місяців, а деякі зміни можуть виявитися незворотними. Подорож до Марса може тривати два роки, і астронавти прилетять на місце настільки ослабленими, що не зможуть працювати. (Одне з рішень цієї проблеми - закрутити міжпланетний корабель, створивши в ньому штучну силу тяжіння. Механізм тут той же, що при обертанні відерця на мотузці, коли вода не виливається з нього навіть у положенні догори дном. Але це дуже дорого, бо для підтримки обертання знадобиться важка і громіздка техніка, а кожен фунт додаткової ваги означає збільшення вартості проекту на 10 000 доларів.)

Вода на Місяці

Одне з недавніх відкриттів може серйозно змінити умови місячної гри: на Місяці виявлено древній лід, який, ймовірно, залишився від давніх зіткнень з кометами. У 2009 р. місячний зонд NASA під назвою LCROSS та його розгінний блок «Центавр» врізалися в Місяць у районі його південного полюса. Швидкість зіткнення становила майже 2500 м/с; в результаті речовина з поверхні була викинута на висоту понад кілометр і виник кратер близько 20 м у поперечнику. Телеглядачі, ймовірно, були трохи розчаровані тим, що під час зіткнення не було обіцяного гарного вибуху, але вчені залишилися задоволеними: зіткнення вийшло вельми інформативним. Так, у викинутій з поверхні речовині було виявлено близько 100 літрів води. А у 2010 р. прозвучала нова шокуюча заява: у місячному матеріалі вода становить понад 5 % за масою, тож на Місяці, мабуть, вологи більше, ніж у деяких районах Сахари.

Це відкриття може мати величезне значення: цілком можливо, що майбутні астронавти зможуть скористатися підмісячними покладами льоду для виробництва ракетного палива (шляхом вилучення з води водню), для дихання (шляхом отримання кисню), для захисту (оскільки вода поглинає радіацію) та для пиття ( природно, в очищеному вигляді). Отже, це відкриття допоможе скоротити в кілька разів вартість будь-якої місячної програми.

Отримані результати можуть означати також, що при будівництві та надалі при постачанні бази астронавти зможуть користуватися місцевими ресурсами – водою та різноманітними мінералами.

Середина століття

(2030-2070 рр.)

Політ на Марс

У 2010 р. президент Обама, відвідавши Флориду, не тільки оголосив про закриття місячної програми, а й підтримав натомість політ на Марс і фінансування невизначеного поки важкого носія, який зможе колись доставити астронавтів у далекий космос, за межі місячної орбіти. Він натякнув, що сподівається дочекатися дня – можливо, десь у середині 2030-х, – коли американські астронавти ступлять на поверхню Марса. Деякі астронавти, як Базз Олдрін, палко підтримали план Обами, причому саме тому, що Місяць пропонувалося пропустити. Олдрін якось сказав мені, що коли на Місяці американці вже були, тепер справжнім досягненням буде тільки політ на Марс.

Зі всіх планет Сонячної системи тільки Марс здається досить схожим на Землю, там могла зародитись якась форма життя. (Меркурій, обпалений Сонцем, ймовірно, занадто ворожий, щоб на ньому могло існувати життя, яке ми його знаємо. Газові гіганти - Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун - занадто холодні, щоб підтримувати життя. Венера - багато в чому двійник Землі, але розгулявся парниковий ефект зробив умови там просто пекельними: температура досягає +500 ° C, що складається в основному з вуглекислого газу атмосфера в 100 разів щільніше земної, а з неба дощем ллє сірчана кислота. ваші останки просмажаться і розчиняться в сірчаній кислоті.)

З іншого боку, Марс колись був досить вологою планетою. Там, як на Землі, були океани та річки, що давно зникли. Сьогодні це промерзла нежива пустеля. Можливо, однак, що колись – мільярди років тому – на Марсі процвітало мікрожиття; не виключено навіть, що й зараз десь у гарячих джерелах живуть бактерії.

Після того, як США твердо вирішать здійснити пілотовану експедицію на Марс, на її реалізацію піде ще 20-30 років. Але не можна не відзначити, що і дістатися Марса людині буде набагато важче, ніж до Місяця. Марс у порівнянні з Місяцем – це якісний стрибок складності. До Місяця можна долетіти за три дні - до Марса доведеться діставатися півроку до року.

У липні 2009 р. вчені NASA прикинули, як виглядає реальна марсіанська експедиція. Близько шести місяців астронавти летітимуть до Марса, потім проведуть 18 місяців на Червоній планеті, а потім ще шість місяців піде на повернення.

Усього до Марса доведеться відправити близько 700 т обладнання - це більше ніж Міжнародна космічна станція ціною 100 млрд. доларів. Щоб заощадити на їжі та воді, під час подорожі та роботи на Марсі астронавтам доведеться очищати власні продукти життєдіяльності та використовувати їх для удобрення рослин. На Марсі немає ні кисню, ні ґрунту, ні води, ні тварин, ні рослин, тому все доведеться везти із Землі. Місцевими ресурсами користуватися не вдасться. Атмосфера Марса майже повністю складається з вуглекислого газу, а атмосферний тиск становить лише 1% земного. Будь-яка дірка в скафандрі означатиме швидке падіння тиску та смерть.

Експедиція буде настільки складною, що її доведеться розбити на кілька етапів. Оскільки везти паливо на дорогу назад із Землі було б занадто дорого, не виключено, що на Марс доведеться відправити окрему ракету з паливом для дозаправки міжпланетного апарату. (Або, якщо з марсіанського льоду можна витягти достатньо кисню та водню, можна буде використовувати як ракетне паливо саме їх.)

Діставшись Марса, астронавтам, ймовірно, доведеться кілька тижнів адаптуватися до життя на іншій планеті. Цикл дня і ночі там приблизно такий самий, як на Землі (марсіанська доба трохи довша і становить 24, 6 годин), а ось рік на Марсі вдвічі довший за земний. Температура майже ніколи не піднімається вище за точку замерзання. Там вирують жорстокі пилові бурі. Піски на Марсі дрібні, як тальк, а пилові бурі часто охоплюють всю планету.

Тераформувати Марс?

Припустимо, що до середини століття астронавти відвідають Марс і організують там примітивну базу. Але цього замало. Взагалі кажучи, людство напевно буде всерйоз розглядати проект тераформування Марса - перетворення його на більш приємну для життя планету. Роботи з цього проекту розпочнуться у кращому разі наприкінці XXI століття, скоріше навіть на початку наступного.

Вже зараз вчені встигли розглянути кілька способів зробити Марс більш гостинним місцем. Ймовірно, найпростіший із них – додати в атмосферу Червоної планети метан чи інший парниковий газ. Метан - більш потужний парниковий газ, ніж двоокис вуглецю, тому метанова атмосфера буде утримувати сонячне світло і поступово нагрівати поверхню планети. Температура підніметься вище за точку замерзання. Крім метану, варіантами розглядаються й інші парникові гази, такі як аміак і фреон.

Як тільки температура піде вгору, почне – вперше за мільярди років – танути вічна мерзлота, завдяки чому річкові русла знову наповняться водою. Згодом, коли атмосфера стане щільнішою, на Марсі можуть знову утворитися озера і навіть океани. В результаті вивільниться ще більше вуглекислого газу – виникне позитивний зворотний зв'язок.

У 2009 р. було виявлено, що з поверхні Марса природно виділяється метан. Джерело цього газу, як і раніше, залишається загадкою. На Землі метан виникає в основному при гнитті органічних матеріалів, але на Марсі може бути побічним продуктом якихось геологічних процесів. Якщо вченим вдасться встановити джерело цього газу, то, можливо, вдасться і збільшити його вихід, а значить змінити атмосферу планети.

Ще одна нагода - направити в атмосферу Марса комету. Якщо вдасться перехопити комету досить далеко від Сонця, навіть невеликого впливу - поштовх спеціальним ракетним двигуном, зіткнення під потрібним кутом з космічним апаратом або навіть просто гравітаційного тяжіння цього апарату - може виявитися достатньо, щоб змінити орбіту космічного блукача. Комети складаються переважно з води, і в Сонячній системі їх чимало. (Наприклад, ядро ​​комети Галлея формою нагадує арахісовий горішок близько 30 км у поперечнику і складається переважно з льоду і каменю.) У міру наближення до Марса комета почне відчувати тертя про атмосферу і потихеньку руйнуватися, вивільняючи воду як пара в атмосферу планети .

Якщо відповідної комети не знайдеться, можна буде задіяти замість неї одну з крижаних місяців Юпітера або, скажімо, астероїд, що містить лід, такий як Церера (вчені вважають, що вона на 20% складається з води). Звичайно, місяць або астероїд важче направити в потрібному напрямку, оскільки, як правило, такі небесні тіла знаходяться на стабільних орбітах. А далі два варіанти: можна буде залишити наведену комету, місяць або астероїд на орбіті Марса і дозволити повільно руйнуватися, вивільняючи водяну пару в атмосферу, або обрушити це небесне тіло на одну з полярних шапок Марса. Полярні області Червоної планети є замороженим вуглекислим газом, що зникає в літні місяці, і лід, що становить основу і ніколи не тане. Якщо комета, місяць або астероїд впадуть на крижану шапку, вивільниться величезна кількість енергії і сухий лід випарується. Парниковий газ потрапить в атмосферу та прискорить процес глобального потепління на Марсі. У цьому варіанті також може виникнути позитивний зворотний зв'язок. Чим більше вуглекислого газу вивільниться з приполярних областей планети, тим вище підніметься температура і, отже, звільниться ще більше вуглекислого газу.

Ще одна пропозиція – підірвати на полярних крижаних шапках кілька ядерних бомб. Недолік такого методу є очевидним: не виключено, що вивільнена вода виявиться радіоактивною. Або можна спробувати побудувати там термоядерний реактор, який плавитиме кригу приполярних областей.

Основним паливом для термоядерного реактора є вода, а замороженої води на Марсі достатньо.

Коли температура підніметься вище точки замерзання, на поверхні утворюються дрібні водоймища, які можна буде заселити деякими формами водоростей, які на Землі чудово почуваються в Антарктиці. Атмосфера Марса, що на 95% складається з вуглекислого газу, їм, ймовірно, сподобається. Можна також генетично модифікувати водорості, щоб забезпечити максимально швидке їх зростання. Водойми з водоростями прискорять тераформування у кількох відносинах. По-перше, водорості будуть перетворювати вуглекислий газ на кисень. По-друге, вони змінять колір поверхні Марса і, відповідно, його відбивну здатність. Темніша поверхня поглинатиме більше сонячного випромінювання. По-третє, оскільки рости водорості будуть самі собою, без будь-якої сторонньої допомоги, такий спосіб змінити обстановку на планеті буде відносно дешевим. По-четверте, водорості можна використовувати у їжу. Згодом такі озера з водоростями створять ґрунтовий шар та поживні речовини; цим зможуть скористатися рослини, які ще більше прискорять вироблення кисню.

Вчені розглядають також можливість оточити Марс супутниками, які збиратимуть сонячне світло та спрямовують його на поверхню планети. Не виключено, що такі супутники навіть самі по собі зможуть підняти температуру на поверхні Марса до замерзання і вище. Як тільки це станеться і почнеться танення вічної мерзлоти, далі планета розігріватиметься сама, природно.

Економічний зиск?

Не варто мати ілюзій і думати, що колонізація Місяця і Марса відразу ж принесе людству численні економічні блага. Коли Колумб у 1492 р. відплив у Нове Світло, цим відкрив доступ до небаченим історія скарбів. Незабаром конкістадори почали надсилати із знову відкритих місць на батьківщину золото, награбоване у місцевих індіанців, у величезних кількостях, а поселенці – цінну сировину та сільськогосподарські продукти. Витрати на експедиції у Нове Світло більш ніж окупалися незліченними скарбами, які можна було там знайти.

Але колонії на Місяці та Марсі – справа інша. Там немає повітря, рідкої води чи родючого ґрунту, так що все необхідне доведеться доставляти із Землі ракетами, а це неймовірно дорого. Більше того, у колонізації Місяця, принаймні у найближчій перспективі, немає особливого військового сенсу. Щоб дістатися з Землі на Місяць або назад, потрібно в середньому три доби, а ядерна війна може початися і закінчитися годину за півтори - з моменту запуску перших міжконтинентальних балістичних ракет і до останніх вибухів. Космічна кавалерія з Місяця просто не встигне взяти реальну участь у подіях на Землі. Внаслідок цього Пентагон не фінансує жодних великих програм із мілітаризації Місяця.

Це означає, що будь-які великомасштабні операції з освоєння інших світів будуть спрямовані на благо не Землі, а нових космічних колоній. Колоністам доведеться видобувати метали та інші корисні копалини для власних потреб, оскільки возити їх із Землі (та й на Землю теж) надто дорого. Видобуток корисних копалин в поясі астероїдів стане економічно вигідним лише за наявності самодостатніх колоній, які зможуть самі використовувати видобуті матеріали, а це станеться в кращому разі наприкінці цього століття або, ймовірніше, пізніше.

Космічний туризм

Але коли звичайна громадянська людина зможе полетіти до космосу? Деякі вчені, такі як покійний Джерард О'Нейл (Gerard O'Neill) з Прінстонського університету, мріяли про космічну колонію у вигляді гігантського колеса, де розмістяться житлові відсіки, фабрики з очищення води, відсіки для регенерації повітря і т.п. станцій – у вирішенні проблеми перенаселення. Однак у XXI столітті думка про те, що космічні колонії можуть вирішити чи хоча б полегшити цю проблему, як і раніше, залишиться фантазією. Для більшості представників людства Земля буде єдиним будинком ще принаймні на 100–200 років.

Однак існує все ж таки спосіб, за допомогою якого звичайна людина може дійсно полетіти в космос: як турист. Знайшлися підприємці, які критикують NASA за страшну неефективність та бюрократію та готові самі вкласти гроші у космічну техніку, вважаючи, що ринкові механізми допоможуть приватним інвесторам знизити вартість космічних подорожей. Берт Рутан (Burt Rutan) та його інвестори вже виграли 4 жовтня 2004 р. приз Ansari X Prize у 10 млн доларів, запустивши свій SpaceShipOne двічі протягом двох тижнів на висоту трохи більше 100 км над поверхнею землі. SpaceShipOne - перший ракетний корабель, який успішно здійснив подорож у космос на приватні гроші. Його розробка коштувала приблизно 25 млн доларів. Поручителем при отриманні кредитів виступив мільярдер із Microsoft Пол Аллен (Paul Allen).

В даний час майже готовий космічний корабель SpaceShipTwo. Рутан вважає, що незабаром можна буде розпочати випробування, після завершення яких комерційний космічний корабель стане реальністю. Мільярдер Річард Бренсон із Virgin Atlantic створив компанію Virgin Galactic з космодромом у Нью-Мексико та довгим списком людей, готових витратити 200 000 доларів на реалізацію давньої мрії про політ у космос. Virgin Galactic, яка стане, ймовірно, першою великою компанією, що пропонує комерційні польоти до космосу, вже замовила п'ять кораблів SpaceShipTwo. Якщо все піде, як планується, вартість космічної подорожі впаде разів на десять.

На SpaceShipTwo використано кілька способів заощадити. Замість використання величезних ракет-носіїв, покликаних закидати корисний вантаж у космос безпосередньо з Землі, Рутан поміщає свій космічний корабель на літак і розганяє за допомогою звичайних атмосферних реактивних двигунів. При цьому у межах атмосфери використовується кисень. Потім на висоті близько 16 км над землею корабель відокремлюється від літака та включає власні реактивні двигуни. Вийти на навколоземну орбіту корабель не може, але наявного на ньому запасу палива вистачає, щоб піднятися на 100 кілометрів над поверхнею землі - туди, де майже немає атмосфери і де пасажири можуть побачити, як небо поступово стає чорним. Двигуни здатні розігнати корабель до швидкості, що відповідає М=3, тобто до триразової швидкості звуку (близько 3500 км/год). Цього, звичайно, недостатньо, щоб вивести його на орбіту (тут, як уже говорилося, потрібна швидкість не менше 28 500 км/год, що відповідає 7,9 км/с), але для доставки пасажирів на край земної атмосфери та відкритого космосу вистачить . Цілком можливо, що у найближчому майбутньому туристичний політ у космос коштуватиме не більше, ніж сафарі Африкою.

(Але щоб облетіти навколо Землі, вам доведеться заплатити набагато більше і здійснити політ на борт космічної станції. Я одного разу запитав мільярдера з Microsoft Чарльза Симоньї, в яку суму обійшовся йому квиток на МКС. У повідомленнях преси майнула цифра 20 млн доларів. Він відповів, що не хотів би називати точну суму, але що газетні звіти помиляються не сильно. Йому так сподобалося в космосі, що трохи пізніше він злітав на станцію ще раз.

У вересні 2010 р. космічний туризм отримав додатковий стимул в особі корпорації Boeing, яка оголосила про свій вихід на цей ринок і запланувала перші польоти для космічних туристів вже на 2015 р. Це цілком відповідало б планам президента Обами передати пілотовану космонавтику. План Boeing передбачає запуски до Міжнародної космічної станції з космодрому на мисі Канаверал капсули із чотирма членами екіпажу та трьома вільними місцями для космічних туристів. Однак Boeing досить прямо висловився про фінансування приватних космічних проектів: більшу частину грошей доведеться заплатити платникам податків. «Це ненадійний ринок, – каже Джон Елбон (John Elbon), керівник програми комерційних космічних запусків. - Якби нам за всіх наявних факторів ризику довелося розраховувати лише коштом Boeing, ми не зуміли б успішно завершити справу».

Темні конячки

Надзвичайно висока вартість космічних подорожей стримує і комерційний, і науковий прогрес, так що людство зараз потребує абсолютно нової, революційної технології. До середини століття вчені та інженери повинні довести до ладу нові ракети-носії, щоб знизити вартість запусків.

Фізик Фрімен Дайсон виділив серед безлічі пропозицій кілька технологій, які зараз проходять стадію експерименту, але колись, можливо, зроблять космос доступним навіть для звичайної людини. Жодна з цих пропозицій не гарантує успіху, але у разі успіху вартість доставки вантажів у космос різко впаде. Перша з цих пропозицій - лазерні системи реактивної тяги: потужний лазерний промінь від зовнішнього джерела (наприклад, із Землі) прямує на основу ракети, де викликає міні-вибух, ударна хвиля якого і наводить ракету в рух. Стабільний потік лазерних імпульсів випаровує воду, і пар, що вийшов, штовхає ракету в космос. Головна перевага лазерного реактивного двигуна у тому, що енергія йому надходить із зовнішнього джерела - зі стаціонарного лазера. Лазерна ракета по суті несе палива. (На противагу цьому хімічні ракети значну частину енергії витрачають на підйом та транспортування палива для своїх двигунів.)

Технологію лазерного реактивного руху вже продемонстрували в лабораторії, де в 1997 р. пройшла успішні випробування моделі. Лейк Мірабо (Leik Mirabo) з Ренсселєрівського політехнічного інституту в Нью-Йорку створив робочий прототип подібної ракети та назвав його демонстратором технології світлокорабля. Одна з перших його літаючих моделей важила 50 грамів і була «тарілкою» діаметром близько 15 см. Лазер потужністю 10 кВт генерував серію лазерних вибухів в основі ракети; повітряні ударні хвилі розганяли її з прискоренням 2 g (що вдвічі перевищує прискорення вільного падіння Землі і становить приблизно 19, 6 м/с 2) і звуками, що нагадують автоматні черги. Світлоракети Мірабо піднімалися у повітря більш ніж на 30 м (що приблизно відповідає першим рідинним ракетам Роберта Годдарда у 1930-х рр.).

Дайсон мріє про той день, коли лазерні системи реактивного потягу зможуть виводити на орбіту Землі важкі вантажі за ціною всього п'ять доларів за фунт, що, безумовно, стало б справжньою революцією в космічній галузі. Він уявляє собі гігантський 1000-мегаватний (що відповідає потужності стандартного атомного енергоблоку) лазер, здатний виштовхнути на орбіту двотонну ракету, що складається з корисного вантажу та бака з водою в основі. Вода повільно просочується крізь крихітні пори у нижній стінці бака. І корисний вантаж, і бак важать тонною. Коли лазерний промінь падає на дно ракети, вода миттєво випаровується, породжуючи серію ударних хвиль, які штовхають ракету в космос. Ракета досягає прискорення 3g і за шість хвилин виходить на навколоземну орбіту.

Оскільки сама ракета палива не несе, немає і небезпеки катастрофічного вибуху носія. Для хімічних ракет навіть сьогодні, за 50 років після Першого супутника, ймовірність відмови становить близько 1 %. І ці відмови, як правило, виглядають дуже вражаюче - кисень і водень вибухають гігантськими вогненними кулями, а уламки дощем сиплються на стартовий майданчик. Лазерна система, навпаки, проста, безпечна і може використовуватися неодноразово з дуже невеликими проміжками; потрібні для її роботи лише вода та лазер.

Більше того, згодом ця система окупиться. Якщо за її допомогою запускати по півмільйона космічних апаратів на рік, плата за запуск легко перекриє і операційні витрати, і вартість розробки та будівництва. Дайсон, однак, розуміє, що до реалізації цієї мрії має відбутися ще не одне десятиліття. На фундаментальні дослідження в галузі потужних лазерів знадобиться набагато більше грошей, ніж може виділити будь-який університет. Якщо фінансування розробки не візьме він уряд чи якась велика корпорація, лазерні системи реактивної тяги будь-коли побудовані.

Тут могла б виявитися дуже доречна премія фондів Prize. Я одного разу розмовляв з Пітером Діамандисом, який заснував його в 1996 р., і переконався, що він чудово усвідомлює обмеженість хімічних ракет. Навіть зі SpaceShipTwo, зізнався він мені, ми зіткнулися з тим, що хімічні ракети – це дуже дорогий спосіб втекти від дії земного тяжіння. Внаслідок цього наступна премія X Prize дістанеться тому, хто зможе створити ракету, що рухається променем енергії. (Але замість лазерного променя тут передбачається використовувати інший, схожий на лазерний пучок електромагнітної енергії - мікрохвильовий промінь.)

Галас навколо премії і сама багатомільйонна нагорода, можливо, виявляться достатніми приманками для розпалювання інтересу до проблеми нехімічних ракет, таких як мікрохвильова ракета, серед підприємців та винахідників.

Існують і інші експериментальні ракетні конструкції, але їх технологія пов'язана з іншими ризиками. Один із варіантів - газова гармата, яка вистрілює з величезного ствола деякі снаряди, - щось на зразок снаряда в романі Жюля Верна «З Землі на Місяць». Снаряд Верна, однак, не долетів би до Місяця, тому що порох не може розігнати його до швидкості 11 км/с, необхідної для виходу з поля тяжіння Землі. У газовій гарматі замість пороху снаряди з величезною швидкістю виштовхуватиме газ, стиснутий під великим тиском у довгій трубці. Небіжчик Абрахам Герцберг (Abraham Hertzberg) з Університету Вашингтона в Сіетлі побудував прототип такої гармати діаметром близько 10 см і довжиною близько 10 м. Газ усередині гармати є сумішшю метану і повітря, стиснуту до 25 атмосфер. Газ підпалюється, і снаряд розганяється у стволі з прискоренням 30 000 g, при якому більшість металевих предметів розплющуються.

Герцберг довів, що газова гармата може працювати. Але щоб закинути снаряд у космос, стовбур її має бути набагато довшим, близько 230 м; крім того, вздовж траєкторії розгону у стовбурі гармати повинні працювати різні гази. Щоб корисний вантаж набрав першу космічну швидкість, у стволі необхідно організувати п'ять ділянок із різними робочими газами.

Вартість запуску з газової гармати може бути навіть нижчою, ніж за допомогою лазерної системи. Однак запускати таким чином у космос пілотовані апарати надто небезпечно: тільки твердий вантаж здатний витримати інтенсивне прискорення у стволі.

Третя експериментальна конструкція - «слінгатрон», який, подібно до простіше, повинен розкручувати вантаж, а потім викидати його в повітря.

Прототип цього пристрою був побудований Дерек Тідман (Derek Tidman); його настільна модель здатна за кілька секунд розкрутити предмет та залишити його зі швидкістю до 100 м/с. Прототип слінгатрона є трубкою у вигляді бублика діаметром близько метра. Сама трубка має діаметр близько 2, 5 см і містить невелику сталеву кульку. Кулька катається кільцевою трубкою, а невеликі моторчики підштовхують його і змушують розганятися.

Справжній слінгатрон, завданням якого буде закидати вантажі на навколоземну орбіту, має бути значно більшим за розміром - діаметром близько сотні кілометрів; крім того, він повинен накачувати в кулю енергію доти, доки той не розженеться до 11, 2 км/с. Куля вилітатиме зі слінгатрону з прискоренням у 1000 g, що теж дуже багато. Не кожен вантаж зможе витримати таке прискорення. Перш ніж буде побудований справжній слінгатрон, вирішити безліч технічних проблем, найважливіша з яких - мінімізувати тертя між кулею і трубкою.

На доопрацювання кожного із трьох названих проектів навіть у найкращому разі піде не один десяток років, і то лише якщо фінансування візьме на себе уряд чи приватний бізнес. А якщо ні, то ці прототипи назавжди залишаться на столах своїх винахідників.

Далеке майбутнє

(2070-2100 рр.)

Космічний ліфт

Не виключено, що до кінця поточного століття розвиток нанотехнологій уможливить навіть знаменитий космічний ліфт. Людина, подібно до Джека на бобовому стеблі, зможе піднятися по ньому до хмар і вище. Ми входитимемо в ліфт, натискатимемо кнопку «вгору» і підніматимемося по волокну, що є вуглецевою нанотрубкою довжиною в тисячі кілометрів. Зрозуміло, що така новинка могла б перевернути економіку космічних подорожей та поставити все з ніг на голову.

У 1895 р. російський фізик Костянтин Ціолковський, натхненний будівництвом Ейфелевої вежі - найвищої на той момент споруди у світі, поставив собі просте питання: чому не можна побудувати таку вежу заввишки до космосу? Якщо вона буде досить високою, підрахував він, вона, згідно із законами фізики, ніколи не впаде. Він назвав таку конструкцію "небесним палацом".

Уявіть собі кульку. Якщо ви почнете крутити його на мотузку, то відцентрової сили буде цілком достатньо, щоб утримати кульку від падіння. Так само, якщо трос буде досить довгим, то відцентрова сила утримає вантаж, закріплений на його кінці, від падіння на землю. Обертання Землі буде достатньо, щоб утримати трос у небі. Як тільки трос космічного ліфта простягнеться в небеса, будь-який транспортний засіб, здатний пересуватися ним, зможе спокійно виїхати до космосу.

На папері такий фокус, схоже, працює. Але, на жаль, якщо ви спробуєте застосувати ньютонові закони руху і розрахувати за ними натяг троса, то виявиться, що цей натяг перевищує міцність сталі: будь-який трос просто порветься, що унеможливлює космічний ліфт.

Протягом багатьох років і навіть десятиліть ідея космічного ліфта то забувалась, то знову обговорювалася, щоб у черговий раз бути знехтуваною з тієї ж причини. У 1957 р. російський учений Юрій Арцутанов запропонував свій варіант проекту, яким будувати ліфт передбачалося не знизу вгору, а навпаки, зверху вниз. Пропонувалося надіслати на орбіту космічний корабель, який потім спустить звідти трос; землі його залишиться лише закріпити. Фантасти також доклали руку до популяризації цього проекту. Артур Кларк вивів космічний ліфт у своєму романі 1979 «Фонтани раю», а Роберт Хайнлайн - в романі 1982 «Фріда».

Вуглецеві нанотрубки знову відродили цю ідею. Як ми вже бачили, вони мають найбільшу міцність з усіх відомих матеріалів. Вони міцніші за сталі, і потенційно за міцністю нанотрубки могли б протистояти навантаженням, що виникають у конструкції космічного ліфта.

Проблема, однак, у тому, щоб створити трос із чистих вуглецевих нанотрубок завдовжки 80 000 км. Це неймовірно складне завдання, адже досі вченим удалося отримати в лабораторії лише кілька сантиметрів чистої вуглецевої нанотрубки. Можна, звичайно, звити разом мільярди нановолокон, але ці волокна не будуть цілісні. Завдання у тому, щоб створити довгу нанотрубку, у якій кожен атом вуглецю перебуватиме суворо своєму місці.

У 2009 р. вчені з Університету Райса оголосили про важливе відкриття: отримані волокна не чисті, а композитні, але розроблено досить гнучку технологію, що дозволяє створювати вуглецеві нанотрубки будь-якої довжини. Методом спроб і помилок дослідники виявили, що вуглецеві нанотрубки можна розчинити в хлоросульфоновій кислоті, а потім видавлювати з носика, як із шприца. Таким методом можна виготовити волокно з вуглецевих нанотрубок будь-якої довжини, а його товщина становить 50 мікрон.

Одне з комерційних застосувань волокна з вуглецевих нанотрубок - лінії електропередач, адже нанотрубки краще за мідь проводять електрику, вони легші і міцніші. Професор інженерних дисциплін з Університету Райса Маттео Паскуалі (Matteo Pasquali) каже: «Для ліній електропередач такого волокна потрібні тонни, а способу зробити його поки що немає. Потрібно придумати лише одне диво».

Хоча отримані волокна недостатньо чисті і не годяться для космічного ліфта, ці дослідження дозволяють сподіватися, що колись ми навчимося вирощувати чисті вуглецеві нанотрубки досить міцні, щоб підняти нас у небеса.

Але навіть якщо припустити, що проблему виробництва довгих нанотрубок буде вирішено, перед науковцями постануть інші практичні проблеми. Наприклад, трос космічного ліфта повинен буде піднятися набагато вище за орбіти більшості супутників. Це означає, що орбіта якогось супутника колись неодмінно перетнеться з трасою космічного ліфта і викличе аварію. Оскільки низькі супутники літають зі швидкістю 7–8 км/сек, зіткнення може виявитися катастрофічним. З цього випливає, що ліфт доведеться оснащувати спеціальними ракетними двигунами, які відсуватимуть трос ліфта зі шляху супутників, що пролітають, і космічних уламків.

Ще одна проблема - погода, тобто урагани, грози та сильні вітри. Космічний ліфт необхідно закріпити на землі, можливо, на авіаносці або нафтовій платформі в Тихому океані, але щоб не постраждати від розгулу стихій, він повинен бути гнучким.

Крім того, у кабіні має бути тривожна кнопка та рятувальна капсула на випадок обриву троса. Якщо з тросом щось станеться, кабінка ліфта має спланувати або опуститися на парашуті на землю, щоб урятувати пасажирів.

Щоб прискорити початок досліджень у галузі космічних ліфтів, NASA оголосило кілька конкурсів. На перегонах космічних ліфтів під егідою NASA розігруються призи на загальну суму 2 млн доларів. За правилами, щоб виграти конкурс ліфтів, що працюють за рахунок переданої променем енергії, слід побудувати пристрій масою не більше 50 кг, здатний забратися по тросу на висоту 1 км зі швидкістю 2 м/с. Складність у тому, що цей пристрій не повинен мати палива, батарей чи електричного кабелю. Енергія для його руху повинна передаватися із Землі по променю.

Я на власні очі бачив ентузіазм та енергію інженерів, які працюють над космічним ліфтом і мріють завоювати приз. Я навіть літав у Сіетл, щоб зустрітися з молодими заповзятливими інженерами групи під назвою LaserMotive. Почувши «пісню сирен» - заклик NASA, вони взялися за розробку прототипів пристрою, який цілком можливо стане серцем космічного ліфта.

Я увійшов до великого ангару, орендованого молодими людьми для випробувань. В одному кінці ангару я побачив великий лазер, здатний випромінювати потужний енергетичний промінь. В іншому знаходився власне космічний ліфт. Це був ящик близько метра завширшки з великим дзеркалом. Дзеркало відбивало лазерний промінь, що потрапив на нього, на цілу батарею сонячних елементів, що перетворювали його енергію в електрику. Електрика надходила на двигун, і кабінка ліфта повільно повзла вгору коротким тросом. При такому пристрої кабінці з електричним двигуном не потрібно тягнути електричний кабель. Достатньо направити на неї лазерний промінь із землі, і ліфт сам собою поповзе тросом.

Лазер в ангарі був настільки сильним, що людям під час його роботи доводилося захищати очі спеціальними окулярами. Після багатьох спроб молодим людям вдалося нарешті змусити свою машину повзти вгору. Один аспект проблеми космічного ліфта було вирішено принаймні в теорії.

Спочатку завдання було таким складним, що ніхто з учасників не зумів його виконати та здобути обіцяний приз. Однак у 2009 р. LaserMotive отримала приз. Змагання проходили на авіабазі Едвардс у Каліфорнійській пустелі Мохаві. Вертоліт з довгим тросом висів над пустелею, а пристрої учасників намагалися цим тросом піднятися. Ліфт команди LaserMotive зумів це зробити чотири рази за два дні; кращий показаний ним час склав 228 секунд. Тож праці молодих інженерів, які я спостерігав у тому ангарі, принесли плоди.

Зіркольоти

До кінця цього століття на Марсі і, можливо, десь у поясі астероїдів, швидше за все, з'являться наукові станції, незважаючи навіть на нинішню кризу фінансування пілотованої космонавтики. Наступною у черзі буде вже справжня зірка. Сьогодні міжзоряний зонд був би абсолютно безнадійною витівкою, але за сто років ситуація може змінитися.

Щоб ідея міжзоряних подорожей стала реальністю, потрібно вирішити кілька фундаментальних завдань. Перша їх - пошук нового принципу руху. Традиційній хімічній ракеті на шлях до найближчої зірки знадобилося б близько 70 000 років. Наприклад, два «Вояджера», запущені в 1977 р., поставили рекорд видалення на максимальну відстань від Землі. В даний час (травень 2011 р.) перший з них пішов від Сонця на 17, 5 млрд км, але пройдена ним відстань - лише крихітна частка шляху до зірок.

Запропоновано кілька конструкцій та принципів руху для міжзоряних апаратів. Це:

Сонячне вітрило;

ядерна ракета;

Ракета з прямоточним термоядерним двигуном;

Нанокораблі.

Буваючи на станції NASA Плам-Брук у Клівленді, штат Огайо, я зустрічався з одним із мрійників та гарячих прихильників ідеї сонячного вітрила. На цьому полігоні побудовано найбільшу у світі вакуумну камеру для випробування супутників. Розміри цієї камери вражають; це справжня печера близько 30 м у поперечнику та 38 м у висоту, в якій запросто розмістилося б кілька багатоповерхових житлових будинків. Вона також досить велика, щоб випробовувати в умовах космічного вакууму супутники та частини ракет. Масштаб проекту вражає. Я відчув, що мені особлива честь: я знаходився в тому самому місці, де випробовувалися багато найважливіших американських супутників, міжпланетних зондів і ракет.

Отже, я зустрівся з одним із провідних прихильників сонячного вітрила, вченим із NASA Лесом Джонсоном (Les Johnson). Він розповів мені, що з дитинства, читаючи фантастику, мріяв будувати ракети, здатні долетіти до зірок. Джонсон навіть написав базовий курс з влаштування сонячних вітрил. Він вважає, що цей принцип може бути реалізований вже в найближчі кілька десятиліть, але готовий до того, що реальний зореліт буде побудований, швидше за все, через багато років після його смерті. Подібно до каменярів, які будували великі середньовічні собори, Джонсон розуміє, що на створення апарату для польоту до зірок може знадобитися кілька людських життів.

Принцип дії сонячного вітрила заснований на тому факті, що світло хоч і не має маси спокою, але має імпульс, а значить, може чинити тиск. Тиск, який сонячне світло чинить на всі зустрінуті об'єкти, надзвичайно мало, ми просто не відчуваємо його, але якщо сонячне вітрило буде досить велике і ми готові будемо чекати досить довго, то цей тиск зможе розігнати міжзоряний корабель (в космосі інтенсивність сонячного світла в середньому у вісім разів вище, ніж Землі).

Джонсон сказав мені, що його мета - створити гігантське сонячне вітрило з дуже тонкого, але еластичного та пружного пластику. Це вітрило має бути кілька кілометрів у поперечнику, і будувати його передбачається у відкритому космосі. Будучи зібраним, він повільно звертатиметься навколо Сонця, набираючи поступово все більшу швидкість. За кілька років розгону вітрило вийде по спіралі за межі Сонячної системи і попрямує до зірок. Взагалі, сонячне вітрило, як розповів мені Джонсон, здатне розігнати міжзоряний зонд до 0,1% швидкості світла; відповідно, до найближчої зірки він за таких умов дістанеться років за 400.

Джонсон намагається придумати що-небудь, що дозволило б надати сонячному вітрилу додаткового прискорення та скоротити час польоту. Один із можливих шляхів – розмістити на Місяці батарею потужних лазерів. Лазерні промені, потрапляючи на вітрило, передаватимуть йому додаткову енергію і, відповідно, додаткову швидкість при польоті до зірок.

Одна з проблем зорельоту під сонячним вітрилом полягає в тому, що їм надзвичайно важко управляти, а зупинити і направити в протилежний бік практично неможливо, тому що сонячне світло поширюється лише в один бік – від Сонця. Одне з рішень цієї проблеми – розгорнути вітрило і використовувати для уповільнення світло від зірки-мети. Ще одна нагода - зробити гравітаційний маневр біля цієї далекої зірки і, використавши ефект пращі, розігнатися для зворотної подорожі. Третій варіант - сісти на якийсь місяць тієї зіркової системи, побудувати на ній батарею лазерів і пуститися у зворотний шлях, користуючись світлом зірки та лазерним промінням.

Джонсон мріє про зірки, але розуміє, що реальність на даний момент виглядає куди скромнішою за його мрії. У 1993 р. росіяни розгорнули на кораблі, відстикованому від станції «Мир», 25-рефлектор з лавсану, але метою експерименту була лише демонстрація системи розгортання. Друга спроба закінчилася невдачею. У 2004 р. японці успішно запустили два прототипи сонячного вітрила, але знову ж таки, метою було випробування системи розгортання, а не руху. У 2005 р. було здійснено амбітну спробу розгорнути справжнє сонячне вітрило під назвою Cosmos 1, організоване Планетарним товариством, громадською організацією Cosmos Studios та Російською академією наук. Вітрило було запущено з російського підводного човна, але запуск ракети «Хвиля» виявився невдалим, і до орбіти сонячне вітрило не дісталося.

А в 2008 р., коли команда з NASA спробувала запустити сонячне вітрило NanoSail-D, та сама історія сталася з ракетою Falcon 1.

Нарешті, у травні 2010 р. Японське агентство аерокосмічних досліджень успішно запустило IKAROS - перший космічний апарат, який повинен використовувати технологію сонячного вітрила в міжпланетному просторі. Апарат був виведений на траєкторію польоту до Венери, успішно розгорнув квадратне вітрило з діагоналлю 20 м та продемонстрував можливість керувати його орієнтацією та змінювати швидкість польоту. Надалі японці планують запустити ще один міжпланетний зонд із сонячним вітрилом до Юпітера.

Ядерна ракета

Вчені також розглядають можливість використання ядерної енергії для міжзоряних перельотів. Ще 1953 р. Комісія з атомної енергії США розпочала серйозні розробки ракет із атомними реакторами, початок яким було покладено проектом Rover. У 1950-ті та 1960-ті рр. експерименти з ядерними ракетами закінчувалися переважно невдало. Ядерні двигуни поводилися нестабільно і взагалі виявлялися надто складними для тодішніх систем керування. Крім того, нескладно показати, що енергетичний вихід звичайного атомного реактора поділу недостатньо для міжзоряного космічного апарату. Середній промисловий атомний реактор виробляє приблизно 1000 МВт енергії, цього недостатньо, щоб дістатися до зірок.

Однак ще в 1950-х роках. вчені запропонували використовувати для міжзоряних апаратів атомні та водневі бомби, а не реактори. У проекті "Оріон", наприклад, передбачалося розганяти ракету вибуховими хвилями від атомних бомб. Зореліт повинен був скидати позаду серію атомних бомб, вибухи яких породжували б потужні спалахи рентгенівського випромінювання. Ударна хвиля від цих вибухів мала розганяти зореліт.

У 1959 р. фізики з General Atomics оцінили, що просунута версія «Оріона» діаметром 400 м має важити 8 млн т, а енергію їй має забезпечувати 1000 водневих бомб.

Гарячим прихильником проекту «Оріон» був фізик Фрімен Дайсон. «Для мене „Оріон“ означав доступність усієї Сонячної системи для поширення життя. Він міг змінити хід історії, – каже Дайсон. Крім того, це був би зручний спосіб позбутися атомних бомб. - За один політ ми позбулися б 2000 бомб».

Кінцем проекту «Оріон», однак, став укладений 1963 р. Договір про обмеження ядерних випробувань, який заборонив наземні вибухи. Без випробувань неможливо було довести конструкцію «Оріона» до пуття і проект закрили.

Прямоточний термоядерний двигун

Ще один проект ядерної ракети висунув у 1960 р. Роберт Буссард (Robert W. Bussard); він запропонував забезпечити ракету термоядерним двигуном, схожим на звичайний авіаційний реактивний двигун. Взагалі прямоточний двигун захоплює повітря по ходу польоту і вже всередині змішує його з паливом. Потім паливно-повітряна суміш підпалюється і відбувається хімічний вибух, який створює рушійну силу. Буссард запропонував застосувати той самий принцип термоядерного двигуна. Замість того, щоб забирати повітря з атмосфери, як робить авіаційний двигун, прямоточний термоядерний двигун збиратиме в міжзоряному просторі водень, що є там. Зібраний газ передбачається стиснути та нагріти за допомогою електричних та магнітних полів до початку термоядерної реакції синтезу гелію, при якій виділиться величезна кількість енергії. Виникне вибух, і ракета отримає поштовх. А оскільки запаси водню в міжзоряному просторі невичерпні, прямоточний ядерний двигун зможе працювати працювати вічно.

Конструкція корабля із прямоточним термоядерним двигуном нагадує ріжок для морозива. Вирва захоплює газоподібний водень, який потім надходить у двигун, нагрівається і входить у реакцію синтезу коїться з іншими атомами водню. Буссард розрахував, що прямоточний ядерний двигун вагою близько 1000 т здатний підтримувати постійне прискорення близько 10 м/с 2 (тобто приблизно дорівнює прискоренню вільного падіння Землі); в цьому випадку вже через рік зореліт розжене приблизно до 77% швидкості світла. Оскільки прямоточний ядерний двигун не обмежений запасами палива, зореліт з таким двигуном теоретично міг би вийти за межі нашої Галактики і всього за 23 роки корабельним годинником дістатися Туманності Андромеди, розташованої на відстані 2 млн світлових років від нас. (Згідно з теорією відносності Ейнштейна час у кораблі, що прискорюється, сповільнюється, так що астронавти в зорельоті старіють всього на 23 роки, навіть якщо на Землі за цей час пройдуть мільйони років.)

Однак і тут є серйозні проблеми. По-перше, в міжзоряному середовищі зустрічаються в основному окремі протони, так що термоядерний двигун повинен буде палити чистий водень, хоча ця реакція дає не так багато енергії. (Водневий синтез може йти різними шляхами. В даний час на Землі вчені воліють варіант впливу дейтерію і тритію, при якому виділяється значно більше енергії. Однак у міжзоряному середовищі водень знаходиться у вигляді окремих протонів, тому в прямоточних ядерних двигунах можна використовувати тільки протон-протонну реакцію синтезу, за якої енергії виділяється набагато менше, ніж при дейтерій-тритієвої реакції.) Однак Буссард показав, що якщо модифікувати паливну суміш додаванням деякої кількості вуглецю, то вуглець, працюючи як каталізатор, дозволить отримати величезну кількість енергії, цілком достатню для зоряного корабля .

По-друге, вирва попереду зорельоту, щоб збирати достатньо водню, має бути величезною - діаметром близько 160 км, тож збирати її доведеться в космосі.

Існує ще одна невирішена проблема. У 1985 р. інженери Роберт Зубрін (Robert Zubrin) і Дейна Ендрюс (Dana Andrews) показали, що опір середовища не дасть зорельоту з прямоточним термоядерним двигуном розігнатися до навколосвітніх швидкостей. Опір це зумовлено рухом корабля та воронки у полі атомів водню. Однак їх розрахунки ґрунтуються на деяких припущеннях, які в майбутньому можуть виявитися непридатними до кораблів із прямоточними двигунами.

В даний час, поки ми не маємо чітких уявлень про процес протон-протонного синтезу (а також про опір іонів водню в міжзоряному середовищі), перспективи прямоточного ядерного двигуна залишаються невизначеними. Але якщо ці інженерні проблеми можна вирішити, така конструкція напевно виявиться однією з кращих.

Ракети на антиречовині

Ще один варіант - використовувати для зорельоту антиречовину, найбільше джерело енергії у Всесвіті. Антиречовина протилежна речовині в тому сенсі, що всі складові атома там мають протилежні заряди. Наприклад, електрон має негативний заряд, але антиелектрон (позитрон) має позитивний заряд. При контакті з речовиною антиречовину анігілює. Енергії при цьому виділяється так багато, що чайної ложки антиречовини вистачило б, щоб знищити весь Нью-Йорк.

Антивещество – настільки потужна штука, що лиходії в романі Дена Брауна «Ангели та демони» споруджують із нього бомбу і збираються підірвати Ватикан; Антиречовина за сюжетом вони крадуть у найбільшому європейському центрі ядерних досліджень CERN, розташованому у Швейцарії неподалік Женеви. На відміну від водневої бомби, ефективність якої становить лише 1%, ефективність бомби з антиречовини становила б 100%. При анігіляції речовини та антиречовини енергія виділяється у повній відповідності до рівняння Ейнштейна: E=mc 2 .

В принципі, антиречовина є ідеальним ракетним паливом. Згідно з оцінкою Джеральда Сміта (Gerald Smith) з Університету штату Пенсільванія, 4 мг антиречовини було б достатньо, щоб долетіти до Марса, а сотня грамів донесла б корабель до найближчих зірок. При анігіляції антиречовини виділяється у мільярд разів більше енергії, ніж можна отримати з такої самої кількості сучасного ракетного палива. Двигун на антиречовині виглядав би досить просто. Можна просто впорскувати частки антиречовини, одну за одною, у спеціальну камеру ракети. Там вони анігілюють із звичайною речовиною, спричинивши титанічний вибух. Нагріті гази викидаються потім з одного кінця камери, створюючи реактивну тягу.

Ми поки що дуже далекі від втілення цієї мрії. Вчені зуміли отримати антиелектрони та антипротони, а також атоми антиводню, в яких антиелектрон циркулює навколо антипротону. Це було зроблено і в CERN, і в Національній прискорювальній лабораторії імені Фермі (яку частіше називають Фермілаб) недалеко від Чикаго на теватроні, другому за величиною прискорювача частинок у світі (більше за нього тільки Великий адронний колайдер у CERN). В обох лабораторіях фізики направили на ціль потік високоенергетичних частинок і отримали потік уламків, серед яких були й антипротони. За допомогою потужних магнітів антиречовину відокремили від звичайної речовини. Потім отримані антипротони уповільнили і дозволили їм змішатись з антиелектронами, в результаті чого вийшли атоми антиводню.

Дейв МакГінніс, один із фізиків Фермілаба, дуже довго і багато думав про практичне використання антиречовини. Ми з ним стояли поряд з теватроном, і Дейв пояснював мені бентежну економіку антиречовини. Єдиний відомий спосіб отримати скільки-небудь істотну кількість антиречовини, казав він, - це скористатися потужним колайдером на кшталт теватрону; Але ці машини дуже дорогі і дозволяють отримувати антиречовину лише в дуже малих кількостях. Наприклад, в 2004 р. колайдер в CERN видав вченим кілька трильйонних часток грама антиречовини, і обійшлося це задоволення вченим 20 млн доларів. За такої ціни світова економіка збанкрутує, перш ніж вдасться отримати достатньо антиречовини на одну зіркову експедицію. Самі по собі двигуни на антиречовині, підкреслив МакГінніс, не становлять нічого особливо складного і вже напевно не суперечать законам природи. Але вартість такого двигуна не дозволить реально збудувати його в найближчому майбутньому.

Одна з причин такої шаленої дорожнечі антиречовини – величезні суми, які доводиться викладати на будівництво прискорювачів та колайдерів. Однак самі по собі прискорювачі - універсальні машини і використовуються в основному не для виробництва антиречовини, а для отримання будь-яких екзотичних елементарних частинок. Це інструмент для фізичних досліджень, а чи не промисловий апарат.

Можна припустити, що розробка нового типу колайдера, спеціально призначеного для виробництва антиречовини, могла б набагато знизити його вартість. Потім масове виробництво таких машин дозволило б отримати значну кількість антиречовини. Харольд Джерріш (Harold Gerrish) із NASA упевнений, що ціна антиречовини може з часом опуститися до 5000 доларів за мікрограм.

Ще одна можливість скористатися антиречовиною як ракетне паливо полягає в тому, щоб знайти у відкритому космосі метеорит з антиречовини. Якби такий об'єкт знайшовся, його енергії швидше за все вистачило б не на один зореліт. Треба сказати, що у 2006 р. у складі російського супутника «Ресурс-ДК» запущено європейський прилад PAMELA, призначення якого – пошук природної антиречовини у відкритому космосі.

Якщо в космосі вдасться виявити антиречовину, то для його збору людству доведеться вигадати щось на кшталт електромагнітної мережі.

Отже, хоча міжзоряні космічні апарати на антиречовині - ідея цілком реальна і не суперечить законам природи, у XXI столітті вони швидше за все не з'являться, хіба що наприкінці століття вчені зможуть знизити вартість антиречовини до розумної величини. Але якщо це вдасться зробити, проект зорельоту на антиречовині напевно розглядатиметься одним із перших.

Нанокораблі

Ми давно звикли до спецефектів у фільмах на кшталт «Зоряних війн» та «Зоряного шляху»; при думці про зорельотів з'являються образи величезних футуристичних машин, що наїжачилися з усіх боків останніми винаходами у сфері високотехнологічних пристроїв. А тим часом є й інша можливість: створювати за допомогою нанотехнологій крихітні зорельоти, не більші за наперстки або голки, а то й ще менші розміри. Ми заздалегідь впевнені, що зорельоти мають бути величезними, як «Ентерпрайз», і нести цілий екіпаж астронавтів. Але за допомогою нанотехнологій основні функції зорельоту можна буде закласти в мінімальний обсяг, і тоді до зірок відправиться не один величезний корабель, в якому екіпаж повинен жити багато років, а мільйони нанокораблів. До місця призначення долетить, можливо, лише невелика їх частина, але головне буде зроблено: діставшись одного із супутників системи призначення, ці кораблі побудують завод і забезпечать виробництво необмеженої кількості власних копій.

Вінт Серф вважає, що нанокораблі можна використовувати як для вивчення Сонячної системи, так - згодом - і для польотів до зірок. Він каже: «Якщо ми сконструюємо маленькі, але потужні наноустрою, які нескладно перевозитиме і доставлятиме на поверхню, під поверхню та в атмосферу сусідніх з нами планет і супутників, дослідження Сонячної системи стане значно ефективнішим… Ці ж можливості можна поширити на міжзоряні дослідження ».

Відомо, що у природі ссавці народжують лише кілька нащадків і піклуються у тому, щоб вони вижили. Комахи, навпаки, народжують величезну кількість дитинчат, але виживає їх лише невелика частина. Обидві стратегії є досить успішними, щоб дозволити видам існувати на планеті протягом багатьох мільйонів років. Так само ми можемо послати в космос один дуже дорогий зореліт - або мільйони крихітних зорельотиків, кожен з яких коштуватиме копійки і споживатиме зовсім небагато палива.

Сама концепція нанокораблів ґрунтується на дуже успішній стратегії, яка широко використовується в природі: стратегії зграї. Птахи, бджоли та інші подібні до них часто літають зграями або роями. Справа не тільки в тому, що велика кількість родичів гарантує безпеку; крім того, зграя працює як система раннього попередження. Якщо одному кінці зграї відбувається щось небезпечне - наприклад, напад хижака, вся зграя миттєво отримує інформацію про це. Зграя дуже ефективна та енергетично. Птахи, літаючи характерною V-подібною фігурою - клином, використовують турбулентні потоки від крила сусіда попереду і полегшують собі політ.

Вчені говорять про рій, зграю або мурашину сім'ю як про «надорганізм», який у деяких випадках має власний розум, який не залежить від здібностей окремих складових його особин. Нервова система мурахи, наприклад, дуже проста, а мозок дуже малий, але разом мурашина сім'я здатна побудувати найскладнішу споруду - мурашник. Вчені сподіваються скористатися уроками природи при створенні «зграйних» роботів, яким одного разу, можливо, доведеться вирушити в далеку дорогу до інших планет і зірок.

У чомусь це нагадує концепцію «розумного пилу», розробкою якої займається Пентагон: мільярди частинок, забезпечених крихітними датчиками, розсіюються в повітрі і здійснюють розвідку. Кожен датчик сам по собі не має розуму і дає лише крихітну крупинку інформації, але разом вони можуть забезпечити своїм господарям гори всіляких даних. DARPA спонсорувало дослідження в цій галузі з прицілом на військове застосування в майбутньому - наприклад, за допомогою розумного пилу можна стежити за ворожими позиціями на полі бою. У 2007 та 2009 pp. ВПС США випустили докладні плани озброєння на кілька десятиліть; там є все - від просунутих версій безпілотного літака Predator (сьогодні він коштує 4, 5 млн доларів) до величезних зграй крихітних дешевих датчиків розміром із шпилькову головку.

Вчених також цікавить цю концепцію. Зграї розумного пилу стали б у нагоді для спостереження в реальному часі за ураганом з тисяч різних точок; так само можна було б спостерігати за грозами, вулканічними виверженнями, землетрусами, повенями, лісовими пожежами та іншими природними явищами. У фільмі «Смерч», наприклад, ми спостерігаємо за командою відважних мисливців за ураганами, які ризикують життям та здоров'ям, розміщуючи датчики довкола торнадо. Мало того що це дуже ризиковано, але ще не надто ефективно. Замість того щоб з ризиком для життя розставляти кілька датчиків навколо вулканічного кратера під час виверження або навколо стовпа торнадо, що гуляє по степу, і отримувати з них інформацію про температуру, вологість і швидкість вітру, набагато ефективніше було б розсіяти в повітрі розумний пил і отримати дані одночасно з тисяч різних точок, розкиданих площею сотні квадратних кілометрів. У комп'ютері ці дані складуться у тривимірну картинку, яка у реальному часі покаже вам розвиток урагану чи різні фази виверження. Комерційні підприємства вже працюють над зразками подібних крихітних датчиків, і деякі з них розмірами справді не перевершують голівки шпильки.

Ще одна перевага нанокораблів полягає в тому, що їм, щоб дістатися космічного простору, потрібно зовсім небагато палива. Якщо величезні ракети-носії здатні розігнатися лише до швидкості 11 км/с, то крихітні об'єкти на зразок нанокораблів відносно нескладно вивести в космос з неймовірно високими швидкостями. Скажімо, елементарні частинки можна розганяти до субсвітлових швидкостей за допомогою звичайного електричного поля. Якщо надати частинкам невеликий електричний заряд, їх теж легко можна буде розганяти електричним полем.

Замість витрачати величезні кошти на відправку міжпланетних зондів, можна наділити кожен нанокорабель здатністю до самокопіювання; таким чином навіть один нанобот зможе побудувати фабрику з виробництва наноботів або навіть місячну базу. Після цього нові зонди, що самокопіюються, вирушать дослідити інші світи. (Проблема в тому, щоб створити перший нанобот, здатний до самокопіювання, а це поки що справа дуже далекого майбутнього.)

У 1980 р. NASA сприймало ідею робота, що самокопіюється, досить серйозно, щоб замовити в Університеті Санта-Клари спеціальне дослідження під назвою «Просунута автоматика для космічних завдань» і докладно розглянути кілька можливих варіантів. Один зі сценаріїв, розглянутих вченими NASA, передбачав відправку невеликих роботів, що самокопіюються, на Місяць. Там роботи мали налагодити виробництво собі подібних із підручних матеріалів.

Звіт по цій програмі був присвячений переважно створенню хімічного заводу з переробки місячного ґрунту (реголіту). Передбачалося, наприклад, що робот приземлиться на Місяць, розділиться на його частини, а потім збере з них нову конфігурацію, - як іграшковий робот-трансформер. Так, робот міг зібрати великі параболічні дзеркала, щоб сфокусувати сонячне світло та почати плавити реголіт. Потім він за допомогою плавикової кислоти витяг би з розплаву реголіту придатні для використання метали та інші речовини. З металів можна було б збудувати місячну базу. Згодом робот спорудив би і невеликий місячний завод з виробництва власних копій.

Виходячи з даних цього звіту, Інститут перспективних концепцій NASA запустив цілу серію проектів, заснованих на використанні роботів, що самовідтворюються. Мейсон Пек (Mason Peck) з Корнеллського університету був одним із тих, хто всерйоз прийняв ідею крихітних зорельотів.

Я побував у Пека в лабораторії і на власні очі бачив верстат, завалений всілякими компонентами, яким одного разу, можливо, судилося вирушити в космос. Поруч із верстаком була і невелика чиста кімната з пластиковими стінами, де збиралися тонкі компоненти майбутніх супутників.

Подання Пека про дослідження космічного простору дуже відрізняється від усього, що ми бачимо в голлівудських фільмах. Він передбачає можливість створення мікросхеми розміром сантиметра на сантиметр і вагою один грам, яку можна розігнати до 1% швидкості світла. Наприклад, він може користуватися ефектом пращі, за допомогою якого NASA розганяє свої міжпланетні станції до великих швидкостей. Цей гравітаційний маневр передбачає обліт планети; приблизно так само камінь у пращі, що утримується ременем-гравітацією, розганяється, летячи по колу, і вистрілює в потрібному напрямку. Тут тяжіння планети допомагає надати космічному апарату додаткової швидкості.

Але Пек замість тяжіння хоче використати магнітні сили. Він розраховує змусити мікрозірколіт описати петлю в магнітному полі Юпітера, яке в 20 000 разів перевершує інтенсивність магнітне поле Землі і цілком порівняно з полями в земних прискорювачах, здатних розганяти елементарні частинки до енергій в трильйони електронвольт.

Він показав мені зразок - мікросхему, яка, за його задумом, могла б якось вирушити у довгу подорож навколо Юпітера. Це був крихітний квадратик розміром менше кінчика пальця, буквально набитий будь-якою науковою всячиною. Взагалі міжзоряний апарат Пека буде дуже простим. З одного боку на чіпі є сонячна батарея, яка повинна забезпечувати його енергією для зв'язку, з іншого – радіопередавач, відеокамера та інші датчики. Цей апарат не має двигуна, а розігнати його має магнітне поле Юпітера. (На жаль, у 2007 р. Інститут перспективних концепцій NASA, який з 1998 р. фінансував цей та інші інноваційні проекти для космічної програми, був закритий у зв'язку зі скороченням бюджетних витрат.)

Ми бачимо, що уявлення Пека про зорельотів дуже відрізняється від прийнятого в науковій фантастиці, де величезні зіркові кораблі борознять простори Всесвіту під керівництвом команди відважних астронавтів. Наприклад, якби на одній із місяців Юпітера з'явилася наукова база, на орбіту навколо газового гіганта можна було б випустити десятки таких маленьких кораблів. Якби, крім усього іншого, на цьому місяці з'явилася батарея лазерних гармат, крихітні кораблі можна було б розігнати до швидкості, що становить помітну частку швидкості світла, надавши їм прискорення за допомогою лазерного променя.

Трохи пізніше я поставив Пеку просте запитання: чи може він зменшити свій чіп до розмірів молекули за допомогою нанотехнологій? Тоді не знадобиться навіть магнітне поле Юпітера - їх можна буде розігнати до субсвітлових швидкостей у звичайному прискорювачі, побудованому на Місяці. Він сказав, що це можливо, але подробиць ще не опрацьовував.

Отже, ми взяли аркуш паперу і разом почали списувати його рівняннями і прикидати, що з цього вийде. (Саме так ми, вчені, спілкуємося між собою - йдемо з крейдою до дошки або беремо аркуш паперу і намагаємося вирішити проблему за допомогою різних формул.) Ми написали рівняння для сили Лоренца, яку Пек припускає використовувати для розгону своїх кораблів біля Юпітера. Потім ми подумки зменшили кораблі до розмірів молекул і помістили їх у гіпотетичний прискорювач на кшталт Великого адронного колайдера. Ми швидко зрозуміли, що за допомогою звичайного прискорювача, розміщеного на Місяці, наші нанозірки можна без особливих проблем розігнати до швидкостей, близьких до швидкості світла. Зменшивши розміри зорельота з сантиметрової платівки до молекули, ми отримали можливість зменшити необхідний для їхнього розгону прискорювач; тепер замість Юпітера ми могли скористатися традиційним прискорювачем частинок. Ідея здалася нам цілком реальною.

Однак, проаналізувавши рівняння ще раз, ми дійшли загального висновку: єдина проблема тут – стабільність та міцність нанозіркольотів. Чи не розірве прискорювач наші молекули на частини? Подібно до м'ячика на мотузку, ці нанокораблі при розгоні до навколосвітніх швидкостей випробовуватимуть на собі дію відцентрових сил. Крім того, вони будуть електрично заряджені, тому навіть електричні сили загрожуватимуть їх цілісності. Загальний висновок: так, нанокораблі - це реальна можливість, але знадобляться десятиліття досліджень, перш ніж чіп Пека можна буде зменшити до розмірів молекули і посилити настільки, щоб розгін до навколосвітньої швидкості не міг йому нічим зашкодити.

А поки Мейсон Пек мріє відправити рій нанозіркольотів до найближчої зірки в надії на те, що хоча б деякі з них подолають міжзоряний простір, що розділяє нас. Але що вони робитимуть, коли прибудуть на місце призначення?

Тут на сцену виходить проект Пей Чжана (Pei Zhang) з Університету Карнегі – Меллон у Кремнієвій долині. Він створив цілу флотилію мінівертолетів, яким колись, можливо, судилося піднятися в атмосферу чужої планети. Він з гордістю показував мені свій рій мініботів, що нагадують іграшкові гелікоптери. Однак зовнішня простота оманлива. Я чудово бачив, що в кожному з них є чіп, набитий найскладнішою електронікою. Одним натисканням кнопки Чжан підняв у повітря чотири міні-боти, які відразу розлетілися в різні боки і почали передавати нам інформацію. Незабаром я був оточений мініботами з усіх боків.

Такі гелікоптери, розповів мені Чжан, повинні надавати допомогу в критичних обставинах на зразок пожежі чи вибуху; їх завдання - збір інформації та розвідка. З часом мініботи можна буде оснастити телекамерами та датчиками температури, тиску, напрямки вітру тощо; у разі природної чи техногенної катастрофи така інформація може виявитися життєво важливою. Тисячі мініботів можна буде випускати над полем битви, лісовою пожежею чи (чому б ні?) над невивченим інопланетним ландшафтом. Усі вони безперервно підтримують зв'язок між собою. Якщо один мінібот наштовхується на перешкоду, решта відразу ж дізнається про це.

Отже, один із сценаріїв міжзоряних подорожей - вистрілити у напрямку найближчої зірки тисячами дешевих одноразових чіпів, схожих на чіп Мейсона Пека, що летять із навколосвітньою швидкістю. Якщо хоча б невелика їх частина дістанеться до місця призначення, міні-зірки випустять крила або гвинти і, подібно до механічного рою Пей Чжана, полетять над небаченим інопланетним ландшафтом. Інформацію вони надсилатимуть по радіо прямо на Землю. Як тільки будуть виявлені перспективні планети, в дорогу вирушить друге покоління міні-зіркольотів; їх завданням вже буде будівництво у далекої зірки заводів з випуску все тих же міні-зіркольотів, які потім вирушать до наступної зірки. Процес розвиватиметься нескінченно.

Вихід із Землі?

До 2100 ми, швидше за все, відправимо астронавтів на Марс і в пояс астероїдів, досліджуємо місяця Юпітера і всерйоз займемося завданням відправлення зонда до зірок.

Але як же людство? Чи з'являться у нас космічні колонії і чи зможуть вирішити проблему перенаселеності? Чи знайдемо ми новий будинок у космосі? Чи почне людський рід до 2100 р. покидати Землю?

Ні. З огляду на вартість космічних подорожей більшість людей не піднімуться на борт космічного корабля і не побачать далеких планет ні в 2100 р., ні навіть набагато пізніше. Можливо, жменька астронавтів встигне до цього часу створити кілька крихітних аванпостів людства на інших планетах та супутниках, але людство загалом залишиться прикутим до Землі.

Якщо Земля буде домом людства ще не одне століття, поставимо питання: як розвиватиметься людська цивілізація? Який вплив на спосіб життя, працю та суспільство надаватиме наука? Наука – двигун процвітання, тому варто подумати про те, як вона змінить у майбутньому людську цивілізацію та наш добробут.

Примітки:

Основою визначення координат користувача є вимір не частотних зрушень, а лише часу проходження сигналів від кількох супутників, що знаходяться на різних (але відомих у кожний момент) відстанях від нього. Для визначення трьох просторових координат у принципі достатньо обробити сигнали від чотирьох супутників, хоча зазвичай приймач «враховує» всі справні супутники, які він чує в даний момент. Існує також більш точний (але і складніший у реалізації) метод, заснований на вимірі фази сигналу, що приймається. - Прим. пров.

Або іншою земною мовою, залежно від того, де знятий фільм. - Прим. пров.

Проект TPF справді довгий час фігурував у перспективних планах NASA, але завжди залишався «паперовим проектом», далеким від етапу практичної реалізації. У проекті бюджету на 2012 фінансовий рік немає ні його, ні другого проекту з того ж тематичного спрямування – «Фотограф землеподібних планет» (TPI). Можливо, їх спадкоємцем буде місія New Worlds для отримання зображень та спектроскопії землеподібних планет, проте про терміни її запуску нічого сказати не можна. - Прим. пров.

Насправді йшлося не про чутливість, а про якість виготовлення поверхні дзеркала. - Прим. пров.

Цей проект було обрано у лютому 2009 р. для спільної реалізації силами NASA та Європейського космічного агентства. На початку 2011 р. американці вийшли з проекту через брак коштів, а Європа відклала своє рішення про участь у ньому до лютого 2012 р. Згаданий проект Ice Clipper пропонувався на конкурс NASA ще в 1997 р. і не був прийнятий. - Прим. пров.

На жаль, і в цьому текст застарів. Як і EJSM, цей спільний проект втратив на початку 2011 р. підтримку США і перебуває на стадії перегляду, претендуючи на ті самі кошти в бюджеті EKA, що і EJSM та Міжнародна рентгенівська обсерваторія IXO. Лише один із цих трьох проектів у урізаному вигляді може бути затверджений до реалізації у 2012 р., а запуск може відбутися після 2020 р. - Прим. пров.

І в деяких із них ставиться під сумнів. - Прим. пров.

Так називалася програма NASA, покликана виконати вимоги Буша, основні положення якої описані автором нижче. - Прим. пров.

Ракети саме в США є і їх не треба вигадувати з нуля: корабель «Оріон» може бути запущений важким варіантом - носієм Delta IV, а більш легкі приватні кораблі - на ракетах Atlas V або Falcon-9. А ось жодного готового пілотованого корабля немає і в найближчі три-чотири роки не буде. - Прим. пров.

Справа, зрозуміло, не в відстані, а в наборі та зниженні необхідної для перельотів швидкості. Бажано також обмежити тривалість експедиції, щоб мінімізувати радіаційний вплив на екіпаж. У сумі ці обмеження можуть вилитися у схему польоту з дуже великою витратою палива та, відповідно, високою масою експедиційного комплексу та його вартістю. - Прим. пров.

Це не вірно. Гарячі гази проникли всередину лівого крила "Колумбії" і після тривалого нагріву позбавили його міцності. Крило деформувалося, корабель втратив єдино правильну орієнтацію при гальмуванні у верхніх шарах атмосфери і зруйнували аеродинамічні сили. Астронавтів занапастили розгерметизація та нестерпні ударні навантаження. - Прим. пров.

У лютому 2010 р. адміністрація Обами оголосила про повне закриття програми Constellation, включаючи і корабель «Оріон», проте вже у квітні погодилася зберегти його у варіанті корабля-рятувальника для МКС. У 2011 р. було досягнуто консенсусу щодо негайного початку фінансування надважкого носія SLS на базі елементів шатла та продовження робіт з «Оріону» без формального оголошення цілей перспективної пілотованої програми. - Прим. пров.

Нічого подібного! По-перше, російські й американці, що літають зараз разом по півроку, приземляються в доброму здоров'ї і вже в день посадки здатні хоч і з побоюванням, але ходити. По-друге, таким самим був стан радянських і російських космонавтів після рекордних польотів тривалістю 366 і 438 діб, оскільки розроблені у нас засоби боротьби з впливом факторів космічного польоту є достатніми і для таких термінів. По-третє, ледве могли повзти Андріян Ніколаєв і Віталій Севастьянов після рекордного для свого часу 18-добового польоту на «Союзі-9» 1970 р., коли жодних заходів профілактики ще не застосовувалося. - Прим. пров.

Закрутка корабля або його частини довкола осі реалізується досить просто і майже не потребує додаткової витрати палива. Інша річ, що працювати екіпажу за таких умов може бути не надто зручно. Втім, експериментальних даних щодо цього фактично немає. - Прим. пров.

Ця популярна оцінка вартості МКС неправильна, оскільки до неї штучно включені витрати на всі польоти шатлів за період її будівництва та експлуатації. Проектування та виготовлення компонентів станції, наукової апаратури, а також керування польотом оцінюються зараз приблизно в 58 млрд доларів за майже 30 років (1984–2011). - Прим. пров.

Космічний ліфт не може закінчуватися на висоті геостаціонарної орбіти - для того, щоб він висів нерухомо і міг бути опорою для руху транспортних кабін, систему треба оснастити противагою на висоті до 100 000 км. - Прим. пров.

Другий екземпляр цього КА, NanoSail-D2, був запущений 20 листопада 2010 р. разом із супутником Fastsat, відокремився від нього 17 січня 2011 р. і успішно розгорнув космічний вітрило площею 10 м2. - Прим. пров.

У травні 2011 р. три експериментальні «чіпопутники» команди Пека були доставлені на МКС для ресурсних випробувань в умовах відкритого космосу. - Прим. пров.

Така передача сама по собі є складним завданням. - Прим. пров.

Фахівці дослідження планет визначили пріоритети у вивченні Сонячної Системи.

Людей, що народилися вже в епоху освоєння космосу, книги про Сонячну систему, що вийшли до 1957, часто призводять у стан шоку. Як мало старше покоління знало, не маючи навіть уявлення про величезні вулкани і каньйони Марса, в порівнянні з якими гора Еверест здається лісовим мурашником, а Великий каньйон схожий на кювет біля узбіччя. Можливо, раніше вважали, що під хмарами Венери можуть ховатися розкішні вологі джунглі, або безкрайня суха пустеля, або вируючий океан, або величезні смоляні болота — все, що завгодно, але не те, що виявилося насправді: величезні вулканічні поля — сцени Ноєва потопу із застиглої магми. Вигляд Сатурна раніше уявлявся похмурим: два розпливчасті кільця, тоді як сьогодні ми можемо милуватися сотнями та тисячами витончених кілець. Супутники планет-гігантів були плямами, а не фантастичними ландшафтами з метановими озерами та пиловими гейзерами.

У ті роки всі планети виглядали як малі острівці світла, а Земля здавалася набагато більшою, ніж сьогодні. Ніхто й ніколи не бачив нашу планету збоку: блакитний мармур на чорному оксамиті, вкритий тонким шаром води та повітря. Ніхто не знав, що Місяць завдячував своїм народженням удару, або що загибель динозаврів сталася одноразово. Ніхто до кінця не розумів, як людство може повністю змінити навколишнє середовище на всій планеті. Крім того, космічна ера збагатила нас знаннями про природу та відкрила нові перспективи.

З моменту запуску супутника в дослідженнях планет кілька разів траплялися злети та падіння. Наприклад, у 1980-ті роки. роботи майже зупинилися. Сьогодні десятки зондів різних країн борознять Сонячну систему від Меркурія до Плутона. Але бюджет урізають, витрати зростають і не завжди призводять до потрібного результату, що кидає тінь на NASA. В даний час агентство переживає далеко не найкращий період своєї історії відколи 35 років тому Ніксон закрив програму «Аполлон».

«Фахівці NASA продовжують пошук пріоритетних напрямків, за якими проводитимуться дослідження, — каже Ентоні Джанетос ( Anthony Janetos) з Тихоокеанської північно-західної національної лабораторії, член Національної дослідницької ради (NRC), що займається програмою NASA зі спостереження Землі. - Вони досліджують космос? Вони вивчають людину чи займаються чистою наукою? Вони рвуться до галактик чи обмежуються Сонячною системою? Їх цікавлять шатли та космічні станції чи тільки природа нашої планети?»

У принципі, такий розвиток подій має дати плоди. Повинні відродитися не лише програми з використанням автоматичних зондів, а й пілотовані космічні польоти. Президент Джордж Буш визначив у 2004 р. мету ступити на поверхню Місяця та Марса. Незважаючи на всю спірність цієї витівки, у NASA за неї схопилися. Але складність полягала в тому, що все це швидко перетворилося на нефінансоване доручення і змусило агентство пробивати стіну, яка традиційно «захищає» наукові та пілотовані програми від перевитрати коштів. «Я думаю, всі знають, що в агентства недостатньо грошей для проведення всіх необхідних робіт, — каже Білл Клейбо ( Bill Claybaugh), директор відділу досліджень та аналізу NASA. — На космічні агенції інших країн гроші теж не ллються золотим дощем».

NRC часом робить крок назад і цікавиться, як справи з планетними дослідженнями у світі. Тому ми представляємо перелік пріоритетних цілей.

1. Моніторинг клімату Землі

У 2005 р. комісія Національної дослідницької ради дійшла висновку: «існує ризик того, що система супутників спостереження за довкіллям вийде з ладу». З того часу ситуація змінилася. NASA за п'ять років перекинуло $600 млн із проектів дослідження Землі на програму підтримки шатлів та космічної станції. У той самий час розвиток нової національної системи супутників на полярних орбітах спостереження Землі перевищив бюджет і має бути урізано. Це стосується приладів, що досліджують глобальне потепління, вимірюють сонячне випромінювання, що падає на Землю, і інфрачервоні промені, що відбиваються від поверхні Землі.

Внаслідок цього понад 20 супутників Системи спостереження Землі закінчать функціонувати ще до того, як їм на зміну прийдуть нові апарати. Вчені та інженери сподіваються, що зможуть деякий час підтримувати їх у робочому стані. «Ми готові працювати, але зараз нам потрібний план, — стверджує Роберт Кахалан ( Robert Cahalan), керівник відділу клімату та випромінювання Годдардівського центру космічних польотів NASA. — Не можна чекати, доки вони зламаються».

Якщо супутники перестануть функціонувати до того, як їм прийде заміна, то виникне пробіл у надходженні даних, що ускладнює відстеження змін. Наприклад, якщо апарати наступного покоління помітять, що Сонце стало яскравішим, то важко буде зрозуміти, чи це дійсно так, чи неправильно відкалібровані прилади. Якщо не проводитимуться безперервні спостереження із супутників, це питання не вирішити. Спостереження поверхні Землі із супутників Landsat, Що проводилися з 1972 р., вже кілька років як припинено, і Міністерство сільського господарства США змушене купувати дані з індійських супутників для спостережень за врожаєм.

Комісія NRC закликає відновити фінансування і в майбутньому десятилітті запустити 17 нових апаратів, що стежать за льодовим покривом та вмістом двоокису вуглецю, щоб вивчити вплив таких факторів на погоду та покращити методи її прогнозу. На жаль, дослідження клімату виявляється між рутинним спостереженням за погодою (завдання NOAA) та наукою (цим займається NASA). "Основна проблема в тому, що нікому не доручено займатися моніторингом клімату", - вважає кліматолог Дрю Шиндел ( Drew Shindell) з Годдардівського центру космічних досліджень NASA. Як і багато інших вчених, він вважає, що урядові кліматичні програми, розподілені за різними відомствами, мають бути зібрані разом і передані одному управлінню, яке займатиметься лише цією тематикою.

План дій

• Фінансувати 17 нових супутників, які пропонують NASA у майбутньому десятилітті (вартість — близько $500 млн на рік).
• Заснувати посібник з дослідження клімату.

2. Підготовка захисту від астероїдів

Астероїдна загроза

Астероїди діаметром 10 км (вбивці динозаврів) падають на землю в середньому раз на 100 млн років. Астероїди діаметром близько 1 км (глобальні руйнівники) – раз на півмільйона років. Астероїди розміром 50 м, здатні зруйнувати місто, — раз на тисячоліття.

«Огляд для космічного захисту» виявив понад 700 тіл кілометрового розміру, але всі вони не є небезпечними для нас у найближчі століття. Однак цей огляд зможе виявити не більше 75% таких астероїдів.

Шанс, що серед невиявлених 25% виявиться астероїд, який впаде на землю, малий. Середній ризик становить до 1 тис. загиблих осіб на рік. Ризик від астероїдів меншого розміру – у середньому до 100 осіб на рік.

Астероїд такий величезний, а космічний зонд такий малий... але дайте час, і навіть слабка ракета зможе відхилити гігантську скелю з її небезпечної орбіти

Як і моніторинг клімату, захист планети від астероїдів, мабуть, виявився як би між двома стільцями. Ні NASA, ні Європейське космічне агентство ( European Space Agency, ESA) не мають мандату на порятунок людства. Найкраще, що вони зробили — програма «Огляд для космічного захисту» ( Spaceguard Survey, NASA) з бюджетом $4 млн на рік з пошуку в навколоземному просторі тіл діаметром понад 1 км, які можуть завдати шкоди не тільки якомусь регіону планети, але й Землі загалом. Однак поки що ніхто не займається систематичним пошуком дрібніших «регіональних руйнівників», яких на околиці Землі має бути близько 20 тис. Не існує й Управління космічних загроз, яке оголошувало б тривогу в разі потреби. Якби технологія захисту існувала, знадобилося б щонайменше 15 років, щоб забезпечити захист від небезпечного вторгнення. "Зараз у США немає всеосяжного плану", - говорить Ларрі Лемке ( Larry Lemke), інженер Еймсонського центру NASA.

На запит Конгресу у березні 2007 р. NASA опублікувало доповідь, в якій сказано, що виявлення тіл розміром від 100 до 1000 м можна покласти на Великий оглядовий телескоп ( Large Sinoptic Survey Telescope, LSST), що розробляється для огляду неба та пошуку нових об'єктів. Розробники цього проекту вважають, що у тому вигляді, в якому телескоп був задуманий, він зможе за 10 років роботи (2014-2024 рр.) виявити 80% вказаних тіл. При вкладенні до проекту додаткових $100 млн ефективність може зрости до 90%.

Як і всі наземні інструменти, можливості телескопа LSST обмежені. По-перше, у нього є сліпа зона: найбільш небезпечні об'єкти, що рухаються поблизу орбіти Землі трохи попереду або позаду нашої планети, він може спостерігати тільки в променях ранкової чи вечірньої зорі, коли сонячні промені заважають їх виявляти. По-друге, цей телескоп може визначати масу астероїда лише побічно — на його блиск. При цьому оцінка маси може відрізнятися вдвічі: великий чорний астероїд можна сплутати з дрібним, але світлим. "А така відмінність може виявитися дуже важливою, якщо нам необхідний захист", - вважає Клейбо.

Для вирішення цих проблем NASA вирішило збудувати інфрачервоний космічний телескоп вартістю $500 млн і вивести його на орбіту навколо Сонця. Він зможе фіксувати будь-яку загрозу Землі і, спостерігаючи небесні тіла у різних довжинах хвиль, визначати їхню масу з помилкою не більше 20%. «Якщо ви хочете зробити все правильно, то треба з космосу спостерігати в інфрачервоному діапазоні», — каже Дональд Йоманс ( Donald Yeomans) з Лабораторії реактивного руху, співавтор доповіді.

Що робити, якщо астероїд уже рухається у напрямку нашої планети? Емпіричне правило свідчить: для відхилення астероїда на величину радіуса Землі потрібно за десять років до зіткнення змінити його швидкість на міліметр за секунду, штовхаючи його ядерним вибухом або відтягуючи гравітаційним тяжінням.

У 2004 р. комісія NASA з експедицій до навколоземних об'єктів рекомендувала провести випробування. Згідно з проектом «Дон Кіхот» вартістю $400 млн, передбачається змінити його траєкторію руху за рахунок удару про чотирисоткілограмову перешкоду. Викид речовини після зіткнення в результаті реактивного ефекту змістить напрямок астероїда, але ніхто не знає, наскільки сильним виявиться цей ефект. Визначення цього є головне завдання проекту. Вчені повинні знайти тіло на далекій орбіті, щоб випадково своїм ударом не перевести його на зустрічний курс із Землею.

Навесні 2008 р. ESA закінчило попередній проект і через відсутність грошей поклало його на полицю. Для здійснення своїх планів воно спробує об'єднати зусилля з NASA та/або Японським космічним агентством ( Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA).

План дій

• Розширений пошук астероїдів, включаючи дрібні тіла, можливо, за допомогою спеціального інфрачервоного космічного телескопа.
• Експеримент з керованого відхилення астероїда.
• Розвиток офіційної системи оцінки потенційної небезпеки.

3. Пошук нового життя

До запуску супутника вчені вважали Сонячну систему справжнім раєм. Потім оптимізму поменшало. Виявилося, що сестра Землі — справжнє пекло. Підлетівши ж до курного Марсу, «Маринери» виявили, що його покритий кратерами ландшафт схожий на місячний; Сівши на його поверхню, «Вікінги» не змогли знайти жодної органічної молекули. Але пізніше виявилися місця, придатні життя. Досі подає надії Марс. Супутники планет, особливо Європа і Енцелад, мабуть, мають великі підповерхневі моря і величезну кількість вихідної речовини для формування життя. Навіть Венера могла бути колись покрита океаном. На Марсі NASA шукає не самі організми, а сліди їх існування у минулому чи теперішньому, орієнтуючись на наявність води. Останній зонд «Фенікс», запущений у серпні, має у 2008 р. сісти у невивченій північній полярній області. Це не марсохід, а стаціонарний апарат з маніпулятором, здатним розрити ґрунт углиб на кілька сантиметрів для пошуку відкладень льоду. Готується до польоту і "Марсіанська наукова лабораторія" ( Mars Science Laboratory, MSL) вартістю $1,5 млрд - марсохід розміром з автомобіль, який має бути запущений наприкінці 2009 р. і здійснити посадку через рік.

Але поступово вчені повернуться до прямого пошуку живих організмів чи їх залишків. У 2013 р. ESA планує запустити зонд «ЕкзоМарс» ( ExoMars), оснащений такою самою лабораторією, як у «Вікінгів», і буром, здатним заглибитися в ґрунт на 2 м — достатньо, щоб досягти шарів, де не руйнуються органічні сполуки.

Багато фахівців з планет вважають пріоритетним напрямом вивчення породи, доставленої з Марса на Землю. Аналіз навіть невеликої її кількості дасть змогу глибоко проникнути в історію планети, як це зробила програма «Аполлон» щодо Місяця. Проблеми з бюджетом NASA відсунули багатомільярдний проект до 2024 р., але Агентство вже розпочало модернізацію апарату MSL, щоб він міг зберегти зразки колекції.

Щодо супутника Юпітера — Європи, то вчені також хотіли б мати орбітальний апарат, щоб виміряти, як форма та гравітаційне поле супутника відгукуються на припливний вплив з боку Юпітера. Якщо всередині супутника рідина, його поверхня підніматиметься і опускатиметься на 30 м, а якщо ні — всього на 1 м. Магнітометр і радар допоможуть заглянути під поверхню і, можливо, намацати океан, а фотокамери дозволять скласти карту поверхні для підготовки до висадження та буріння .

Природним продовженням роботи «Кассіні» поблизу Титану були орбітальний і посадковий апарати. Атмосфера Титану схожа на земну, що дозволяє використовувати аеростат з гарячим повітрям, яке час від часу зможе опускатися на поверхню та брати зразки. Метою всього цього, вказує Джонатан Лунін ( Jonatan Lunine) з університету Арізони, став би «аналіз розташованої на поверхні органіки, щоб перевірити, чи відбувається просування в самоорганізації речовини, з якого, як думають багато фахівців, почалося зародження життя на Землі».

У січні 2007 р. NASA розпочало розгляд цих проектів. Агентство планує у 2008 р. зробити вибір між Європою та Титаном. Зонд вартістю $2 млрд, можливо, буде запущено вже у найближчі десять років. Другому небесному тілу доведеться чекати ще років із десять.

Зрештою, може виявитися, що земне життя є унікальним. Це було б сумно, але зовсім не означало б, що всі зусилля витрачені даремно. За словами Брюса Якоскі ( Bruce Jacosky), директора Астробіологічного центру Колорадського університету, астробіологія дозволяє зрозуміти, наскільки різноманітним може бути життя, які його передумови, і як воно зароджувалася на нашій планеті 4 млрд років тому.

План дій

• Одержання зразків марсіанського ґрунту.
• Підготовка до дослідження Європи та Титану.

4. Розгадка походження планет

Як і зародження життя, формування планет було складним, багатоступеневим процесом. Юпітер був першим і потім керував іншими. Як довго йшла ця освіта? Чи він зародився в єдиному гравітаційному стиску, як мала зірка? Чи сформувався він далеко від Сонця і наблизився до нього, як про це свідчить аномально високий вміст у ньому важких елементів? І чи міг він при цьому розштовхувати невеликі планети на своєму шляху? Супутник Юпітера «Юнона», який NASA збирається запустити у 2011 р., має допомогти відповісти на ці запитання.

Розібратися з формуванням планет допоміг би і розвиток ідеї зонда «Стардаст», який у 2006 р. доставив зразки пилу з коми, що оточує тверде ядро ​​комети. За словами керівника проекту Дональда Браунлі ( Donald Brownlee) з Вашингтонського університету, «Стардаст» показав, що комети були колосальними збирачами речовини протосонячної туманності на ранній стадії формування Сонячної системи, яка застигла в льоду і збереглася до наших днів. «Стардаст» доставив чудові порошинки із внутрішньої області Сонячної системи, із позасонячних джерел і, мабуть, навіть із зруйнованих об'єктів типу Плутона, але їх дуже мало». JAXA планує одержати зразки з ядер комет.

Майданчиком для астроархеологічних досліджень може стати і Місяць. Вона була своєрідним Розетським каменем для розуміння історії зіткнень у молодій Сонячній системі, оскільки допомогла пов'язати відносний вік поверхні, визначений шляхом підрахунку кратерів, з абсолютним датуванням зразків, доставлених «Аполлоном» та російським «Місяцем». Але в 1960-ті роки. посадкові апарати відвідали лише кілька місць. Вони не дісталися кратера Ейткен — басейну завбільшки з континент на звороті, вік якого може вказувати час закінчення формування планет. NASA зараз вирішує питання про посилку туди робота, щоб він узяв зразки та доставив їх на Землю.

Ще одна загадка Сонячної системи полягає в тому, що астероїди Головного поясу, мабуть, виникли до появи Марса, який у свою чергу сформувався раніше за Землю. Схоже, що хвиля формування планет йшла всередину, мабуть, спровокована Юпітером. Але чи вписується Венера у цю закономірність? Адже ця планета з її кислотними хмарами, величезним тиском та пекельною температурою — не найприємніше місце для посадки. У 2004 році NRC рекомендував закинути туди аеростат, який зможе на короткий час опуститися на поверхню, взяти зразки, а потім набрати необхідну висоту, щоб проаналізувати їх або відправити на Землю. У середині 1980-х років. Радянський Союз вже посилав на Венеру космічні апарати, а зараз Російське космічне агентство планує запуск нового апарату, що спускається.

Вивчення формування планет певною мірою схоже дослідження походження життя. Венера розташована на внутрішньому краю зони життя, Марс – на зовнішньому, а Земля – посередині. Зрозуміти різницю між цими планетами означає просунутися у пошуках життя поза Сонячної системи.

План дій

• Отримати зразки речовини з ядер комет, Місяця та Венери.

5. За переділом Сонячної системи

Два роки тому легендарні "Вояджери" подолали фінансову кризу. Коли NASA оголосило, що має намір закрити проект, протести громадськості змусили їх продовжити роботу. Ніщо зі створеної руками людини не віддалялося від нас настільки, як «Вояджер-1»: на 103 астрономічні одиниці (а.е.), тобто в 103 рази далі, ніж Земля від Сонця, і щороку до цього додається по 3,6 а. У 2002 або 2004 р. (за різними оцінками) він досяг загадкової багатошарової межі Сонячної системи, де частинки сонячного вітру стикаються з потоком міжзоряного газу.

Але «Вояджери» було створено вивчення зовнішніх планет, а чи не міжзоряного простору. Їхні плутонієві джерела енергії вичерпуються. Вже давно в NASA думають створити спеціальний зонд, і доповідь NRC з сонячної фізики від 2004 р. радить агентству розпочати роботу в цьому напрямку.

Зовнішні кордони

Міжзоряний зонд повинен досліджувати прикордонну область Сонячної системи, де газ, викинутий Сонцем, зустрічається з міжзоряним газом. Він повинен мати швидкість, довговічність та оснащення, яких немає у «Вояджерів» та «Піонерів»

Зонд повинен виміряти вміст амінокислот у міжзоряних частинках, щоб визначити, скільки складної органічної речовини потрапило до Сонячної системи ззовні. Йому також необхідно знайти частинки антиречовини, які могли народитись у мініатюрних чорних дірах чи темній речовині. Він повинен визначити, як межа Сонячної системи відбиває речовину, включаючи космічні промені, здатні впливати на земний клімат. Ще йому треба з'ясувати, чи присутнє в навколишньому міжзоряному просторі магнітне поле, яке може відігравати важливу роль у формуванні зірок. Цей зонд можна використовувати як мініатюрний космічний телескоп щодо космологічних спостережень, вільних від впливу міжпланетного пилу. Він допоміг би вивчити так звану аномалію «Піонерів» — незрозумілу силу, що діє на два далекі космічні зонди «Піонер-10» та «Піонер-11», а також перевірити загальну теорію відносності Ейнштейна, вказавши, де гравітація Сонця збирає промені світла. у фокусі. З його допомогою можна було б детально вивчити одну з найближчих зірок, наприклад, епсілон Ерідана, хоча щоб дістатися туди, знадобляться десятки тисяч років.

Щоб досягти небесного тіла на відстані сотень астрономічних одиниць за час життя вченого (і плутонієвого джерела енергії), потрібно розігнатися до швидкості 15 а. на рік. Для цього можна використовувати один із трьох варіантів — важкий, середній чи легкий, відповідно, з іонним двигуном, що живиться від ядерного реактора, або сонячне вітрило.

Важкий (36 т) та середній (1 т) зонди були розроблені у 2005 р. командами під керівництвом Томаса Цурбухена ( Tomas Zurbuchen) з Мічиганського університету в Анн-Арборі та Ральфа Макнатта ( Ralph McNutt) з Лабораторії прикладної фізики Університету Джонса Хопкінса. Але найприйнятнішим для запуску виглядає найлегший варіант. ESA розглядає зараз пропозицію міжнародної команди вчених під керівництвом Роберта Віммер-Швайнгрубера ( Robert Wimmer-Schweingruber) з університету в Кілі, Німеччина. До цього проекту може приєднатися і NASA.

Сонячне вітрило діаметром 200 м зможе розігнати п'ятисоткілограмовий зонд. Після запуску із Землі він повинен рушити до Сонця і пройти якомога ближче до нього (всередині орбіти Меркурія), щоб упіймати потужний напір сонячного світла. Як спортсмен-віндсерфінгіст, космічний корабель рухатиметься галсами. Перед орбітою Юпітера він має скинути вітрило і полетіти вільно. Але перш інженери повинні розробити досить легке вітрило і випробувати його у спрощеному варіанті.

"Такий політ під егідою ESA або NASA буде наступним логічним кроком у дослідженні космосу", - вважає Віммер-Швайнгрубер. На найближчі 30 років витрати на цей проект оцінюються в $2 млрд. Дослідження планет допоможе нам зрозуміти, наскільки Земля вписується в загальну схему, а вивчення наших міжзоряних околиць дозволить з'ясувати те саме щодо всієї Сонячної системи.

Пробивши своїм «Сходом 1» небесну твердь, потрапив у космос. Світ був підкорений. Вищали дами, гублячи під ноги квіти герою, а лідери всіх країн, манірна англійська королева і добродушний революціонер Фідель обіймали найчарівнішого з людей, що коли-небудь живуть, як свого брата. Потім був космонавт Леонов, що вийшов у відкритий космос, Терешкова, політ на Місяць, відлучення у Плутона права називатися планетою і жодного видимого космічного прогресу. Гаразд, письменник-фантаст Бредбері з цим змирився, але Сергій Павлович Корольов був би дуже незадоволений. Ось як йому пояснити, що людство навіть на Місяці не було?

Соромно, товариші. Але останніми роками намічається потужне зрушення, і, якщо все піде за планом, десятиліття між 2020 і 2030 роками обіцяє стати для нас новими 60-ми. Подивимося, над чим зараз працюють Роскосмос, НАСА та Європейське космічне агентство.

1. Врятуватися від астероїда. Версія #1

Пресвяті ідеї більше фантастичного, аніж наукового, фільму «Армагеддон» живі в серцях підкорювачів космосу. Тільки все буде без людських жертв. Просто на шорстку поверхню астероїда приземлиться безпілотник і перенаправить тіло, що безглуздо вештається, у стійку орбіту навколо Місяця або Землі.

Це потрібно не для того, щоб врятувати Землю, і це не якесь примхи, просто астероїд буде використовуватися в навчальних цілях. Насамперед на цьому астероїді можна репетирувати висадку на Місяць, Марс та інші космічні тіла, щоб космонавти знали, як поводитися в цій ситуації. Крім того, можна буде взяти аналіз ґрунту з астероїду, що допоможе отримати нову інформацію про походження Сонячної системи. Як саме відбуватиметься захоплення небесного тіла, доки не вирішили. Серед варіантів, що розглядаються, - використання гігантського надувного контейнера, в який помістять астероїд.

2. Врятуватися від астероїда. Версія #2

У Європейського космічного агентства свій погляд на боротьбу з астероїдами, який якраз більше схожий на канонічний спосіб із фільму. Проект AIDA (Asteroid Impact & Deflection Assessment) – перша місія людства до подвійного астероїда Дідіма, який у 2022 році зблизиться з нашою планетою на 11 мільйонів кілометрів. Діаметр головного тіла становить близько 800 метрів, його супутника – 150 метрів. Обидва астероїди обертаються навколо загального центру мас на відстані близько одного кілометра.

Ще у 2014 році проект називався, але потім, як завжди, гроші закінчилися, і на допомогу прийшло НАСА. Тепер лаври, у разі успішного результату, доведеться ділити.

У супутник астероїда вріжеться на швидкості близько 6,5 кілометра в секунду зонд-імпактор DART, що розробляється NASA, а апарат AIM Європейського космічного агентства (ЄКА) займеться орбітальним дослідженням двох небесних тіл, а також наслідками зіткнення «зонда-самогубці». Експеримент зі зіткненням має допомогти фахівцям зрозуміти, чи можна зіштовхнути астероїд із орбіти.

3. Місячна база

За непідтвердженими даними, це станеться на початку 2030-х років, майже через 70 років після того, як там імовірно ступила нога однофамільця геніального блюзмена. Але цього разу планується не просто візит ввічливості, а вже повноцінне вкорінення супутника. База буде розрахована на 2-3 чоловік і буде не тільки своєрідним піт-стопом для екіпажів, що вирушає борознити більш віддалені планети, а й своєрідною копальнею. Хто не знав, на Місяці планують добувати водень, щоб потім перетворювати його на ракетне паливо.

4. «Луна-Глоб»

Втім, наші відважні астронавти теж поглядають у бік Місяця. По суті це єдиний самостійний проект таких масштабів, який Росія ще не закинула.

Щоправда, створення космічної бази на Місяці - поки що віддалена перспектива, а ось проекти міжпланетних автоматичних станцій з дослідження штучного супутника Землі цілком здійсненні прямо зараз, і вже протягом кількох років головним з них у Росії є програма «Луна-Глоб» - фактично перший необхідний крок на шляху до потенційного місячного поселення.

Зонд відпрацює механізм посадки на місячну поверхню і займеться вивченням місячного ґрунту - бурінням з метою взяття зразків ґрунту та подальшого його аналізу на наявність льоду (вода необхідна як для життєдіяльності космонавтів, так і потенційно водневим паливом для ракет).

Запуск апарата багато разів відкладався з різних причин, і поки що ми зупинилися на 2015 році. Надалі, до запланованого на 2030-і роки пілотованого польоту, планується запустити ще кілька більш важких зондів, у тому числі «Луна-Ресурс», які також візьмуться за вивчення Місяця та інші необхідні підготовчі заходи для майбутньої посадки космонавтів.

Але не поспішай лаяти нашу космічну гідність. Росія, наприклад, стабільно займається відправкою до космосу американських, європейських, канадських та японських астронавтів. Місця на вітчизняних "Союзах" розкуповуються на роки вперед. Інші країни переймають російський досвід підготовки до космічних польотів. У Франції нещодавно запрацювала російська програма підготовки космонавтів, що імітує невагомість.

Не забувай, що ми протягом тривалого часу були єдиними, хто займався відправкою мільйонерів як космічні туристи.

Нам потрібно спершу вирішити питання з космодромом Плесецьк, розвинути ГЛОНАСС, опрацювати системи обслуговування окремих космічних апаратів на орбітах та зробити інші дрібниці, без яких підкорення космосу неможливе. Так що все попереду, Юрко ще буде нами пишатися.

5. Вперед, до Юпітера

Юпітер виглядає надто перспективною планетою для майбутніх космічних досліджень. А ще він не встиг набити таку оскому, як Марс чи Місяць. Особливо дослідників цікавить супутник планети Європа зі своїми крижаними просторами. Через велику віддаленість від Сонця Європа отримує дуже мало тепла, але не виключено, що під льодом знаходиться вода в рідкому стані, що підігрівається тектонічною активністю в надрах планети. Щоб до неї дістатися, знадобиться кріобот - апарат, здатний за допомогою теплового впливу прокласти собі шлях крізь лід завтовшки кілька кілометрів. НАСА вже працює над таким апаратом, який назвали "Валькірією". Апарат нагріває воду за допомогою бортового ядерного джерела енергії та спрямовує струмінь на лід, розтоплюючи його. Потім "Валькірія" збирає талу воду і повторює процедуру, поступово просуваючись вперед. У ході випробувань на Алясці зразок подолав восьмикілометрову товщу льоду протягом року. В результаті, якщо експедиція відбудеться, вчені сподіваються вперше виявити умови, придатні для зародження життя.

Втім, жадібні до слави європейці всіма силами прагнуть забрати лаври дослідників Юпітера собі. 2022 року вони відправляють до Юпітера міжпланетну автоматичну станцію Jupiter Icy Moon Explorer. Супутник досліджуватиме одразу три найближчих і найбільших супутники Юпітера з так званої Галілеєвої групи: Європу, Ганімеда та Каллісто. У разі успішного запуску в запланований час апарат досягне системи Юпітера в 2030 році.

6. Політ до Альфа Центаври

Експедиції у межах Сонячної системи вражають не всіх, деяким Альфа Центавру подавай. Вся надія лише на «Столітній космічний корабель» - спільний проект НАСА та Агентства з перспективних оборонних науково-дослідних розробок США. Якщо все буде гаразд, то людство вирушить до найближчої до нас зірки поза межами Сонячної системи ще за життя нинішніх новонароджених. Принаймні керівники проекту розраховують на створення необхідних для міжзоряного перельоту технологій протягом найближчих 100 років - таких як двигун, що працює на антиматерії. Необхідно також подумати про заходи щодо запобігання наслідкам тривалого перебування в космосі для людського організму. З огляду на сучасний рівень науки шанси на успіх місії видаються нікчемними. Втім, проект все активніше фінансується, тож шанси є.

7. Космічний телескоп Джеймса Вебба

У телескопа Хабла з'явився наступник, який розробляється вже 20 років. Але це очікування, що тривале, варте того - людство нарешті зможе поглянути на найвіддаленіші об'єкти всесвіту, розташовані в мільярдах світлових років від нас. Наприклад, можна буде піддивитися за деякими з перших зірок та галактик, що сформувалися після Великого Вибуху. Однак не все так райдужно - багато астрофізиків не впевнені в ефективності даного окуляра, особливо після численних невдач під час випробувань та нескінченних бюджетних надлишків. Але поживемо - побачимо, не так довго залишилося, лише рік.

8. Подорож на Марс

Говорять так багато, що чомусь здається, що ми туди вже злітали. Тим більше, на політ претендує не лише НАСА, а й вискочки із SpaceX та Blue Origin. З іншого боку, НАСА нікуди не поспішає і вважає, що краще до посиніння прораховувати всі ризики на Землі, зробити низку випробувань (астероїд на допомогу), а потім посилати людей у ​​міжзоряну товщу. Вони планують зробити це у 2030 році, але, швидше за все, політ відкладеться, адже ці кілька років хлопці з космічного агентства тільки й робили, що скаржилися на брак бюджету. Голландська компанія Mars One планує відправити експедицію в 2026 році, але цей проект періодично компрометується тим, що він просто неспроможний. Деякі кандидати на політ кажуть, що організатори всього цього движуха не зібрали потрібних грошей, а продовжують сподіватися на спонсорування.

Свій план марсіанської місії є й у Європейського космічного агентства. Ці товариші хочуть висадити людину на Марс ближче до 2033 року. У керівництві агентства кажуть, що через мале фінансування вони змушені будуть вдаватися до міжнародного співробітництва. Наприклад, до одного з етапів програми під назвою «Екзомарс» залучено Росію. Але це етап пов'язані не з , і з вивченням можливості життя у ньому.

На сьогоднішній день провідні космічні агенції визнають програму SpaceX найперспективнішою у плані освоєння Марса. Багато в чому завдяки їхній ракеті-човнику Falcon 9, який сьогодні доставляє вантажі на МКС. Особливістю ракети є можливість приземлення першого ступеня повторного використання. Подібна технологія чудово підходить для марсіанських місій.

Проект запропонованої системи космічних запусків Startram, для старту будівництва та реалізації якого знадобиться, за попередніми мірками, близько 20 мільярдів доларів, обіцяє можливість доставки на орбіту вантажів вагою до 300 000 тонн з дуже демократичною ціною 40 доларів за кілограм корисного навантаження. Якщо врахувати, що зараз вартість доставки 1 кг корисного навантаження в космос становить у кращому разі 11 000 доларів, проект виглядає дуже цікавим.

Для реалізації проекту Startram не потрібні ракети, паливо чи іонні двигуни. Натомість тут буде використовуватися технологія магнітного відштовхування. Варто зазначити, що концепт поїзда на магнітній подушці далеко не новий. На Землі вже функціонують склади, які рухаються магнітним полотном зі швидкістю близько 600 кілометрів на годину. Однак на шляху всіх цих маглевів (що використовуються переважно в Японії) є одна серйозна перешкода, яка обмежує їх максимальну швидкість. Для того, щоб такі поїзди змогли розкрити свій повний потенціал і досягати максимально можливої ​​швидкості, нам необхідно позбавитися атмосферного впливу, який уповільнює їх рух.

Проект Startram пропонує вирішення цього питання шляхом будівництва довгого навісного вакуумного тунелю на висоті близько 20 км. На такій висоті опір повітря стає менш вираженим, що дозволить здійснювати космічні запуски на більш високих швидкостях і з меншим опором. Космічні апарати буквально вистрілюватимуться в космос, без необхідності подолання атмосфери. такої системи вимагатиме близько 20 років роботи та інвестицій на загальну суму в 60 мільярдів доларів.

Ловець астероїдів

Серед любителів наукової фантастики свого часу палко горіли суперечки про антинауковий спосіб і явно недооцінену складність посадки на астероїд, показану у знаменитому американському фантастичному трилері «Армагеддон». Навіть у NASA якось зазначили, що знайшли б кращий варіант (і реальніший), щоб спробувати врятувати Землю від неминучої загибелі. Більше того, аерокосмічне агентство нещодавно виділило грант на розробку та будівництво «ловця комет та астероїдів». Космічний апарат спеціальним потужним гарпуном чіплятиметься до обраного космічного об'єкта і за рахунок сили своїх двигунів відтягуватиме ці об'єкти від небезпечної траєкторії зближення із Землею.

Крім того, апарат можна буде використовувати для лову астероїдів з прицілом подальшого видобутку корисних копалин на них. Космічний об'єкт притягуватиметься гарпуном і відводитиметься у потрібне місце, наприклад, на орбіту Марса або Місяця, де розташовуватимуться орбітальні або наземні бази. Після чого до астероїда відправлятимуться групи видобутку.

Сонячний зонд

Як і на Землі, на Сонці теж є свої вітри та шторму. Однак на відміну від земних, сонячні вітри здатні не просто зіпсувати вашу зачіску, вони здатні вас буквально випарувати. На багато питань про Сонце, відповідей на які немає і досі, на думку аерокосмічного агентства NASA, зможе відповісти «Сонячний зонд», який вирушить до нашого світила у 2018 році.

Космічний апарат має наблизитися до Сонця на відстань близько 6 мільйонів кілометрів. Це призведе до того, що зонду доведеться випробувати на собі вплив радіаційної енергії такої потужності, яку не відчував жоден рукотворний космічний апарат. Захиститися від впливу згубної радіації зонду, на думку інженерів та вчених, допоможе карбоно-композитний тепловий екран завтовшки 12 сантиметрів.

Однак NASA не може просто направити зонд одразу до Сонця. Космічному апарату доведеться зробити щонайменше сім орбітальних прольотів навколо Венери. А на це у нього піде близько семи років. Кожен оборот прискорюватиме зонд і підлаштовуватиме траєкторію для правильного курсу. Після останнього обльоту зонд попрямує до орбіти Сонця, на відстань 5,8 мільйона кілометрів від поверхні. Таким чином, він стане найбільш наближеним до Сонця рукотворним космічним об'єктом. Цьогорічний рекорд належить космічному зонду «Геліос-2», що на відстані приблизно 43,5 мільйона кілометрів від Сонця.

Марсіанський форпост

Перспективи майбутніх польотів на Марс і Європу, що відкриваються, грандіозні. У NASA вірять, що якщо їм не завадять жодні світові катаклізми та падіння вбивчих астероїдів, то агенція відправить людину на марсіанську поверхню протягом найближчих двох десятиліть. У NASA навіть уже встигли уявити концепт майбутнього марсіанського форпосту, будівництво якого планується розпочати десь наприкінці 2030-х років.

Радіус запланованої дослідницької області складатиме близько 100 кілометрів. Тут розташовуватимуться житлові модулі, наукові комплекси, стоянка марсіанських роверів, а також гірничо-шахтне обладнання для команди з чотирьох осіб. Енергія для комплексу частково добуватиметься завдяки декільком компактним ядерним ректорам. Крім цього, електрику видобуватимуть сонячні панелі, які, звичайно ж, ставатимуть малоефективними на випадок марсіанських піщаних бур (звідси й потреба у компактних реакторах).

Згодом у цій галузі оселиться безліч наукових команд, яким доведеться самостійно вирощувати їжу, збирати марсіанську воду та навіть створювати на місці ракетне паливо для польотів назад на Землю. На щастя, безліч корисних та необхідних матеріалів для будівництва марсіанської бази міститься прямо в марсіанському ґрунті, тому везти деякі речі для заснування першої марсіанської колонії не доведеться.

Ровер NASA ATHLETE

Ровер ATHLETE (All-Terrain Hex-Limbed Extraterrestrial Explorer), схожий на павука, якось займеться колонізацією Місяця. Завдяки своїй особливій підвісці, що складається з шести незалежних ніг, здатних повертатися на всі боки, ровер може пересуватися по ґрунту будь-якої складності. При цьому наявність коліс дозволяє йому швидше рухатися більш рівною поверхнею.

Цей гексопод може оснащуватися найрізноманітнішим науковим та робочим обладнанням і при необхідності легко справляється з роллю пересувного крана. На фото вище, наприклад, на ATHLETE встановлений житловий модуль. Іншими словами, ровер можна ще й використовувати як пересувний будинок. Висота ATHLETE складає близько 4 метрів. При цьому він здатний піднімати та перевозити об'єкти вагою до 400 кілограмів. І це за земної гравітації!

Найважливіша перевага ATHLETE полягає в підвісці, яка наділяє його неймовірною рухливістю та здатністю виконувати складну роботу з доставки важких об'єктів, на відміну від нерухомих посадкових модулів, які використовувалися в минулому та використовуються зараз. Одним із варіантів використання ATHLETE є і 3D-друк. Установка на нього 3D-принтера дозволить використовувати ровер як мобільне друкарське обладнання місячних жител.

3D-надруковані марсіанські будинки

Щоб наблизити момент початку підготовки польоту людини на Марс, NASA організувало архітектурний конкурс, завданням якого є розробка та спонсорування технологій 3D-друку, які дозволять методом тривимірного друку будувати марсіанські будинки.

Єдиною умовою конкурсу було використання матеріалів, які широко доступні для видобутку на Марсі. Переможцями стали дві дизайнерські компанії з Нью-Йорка, Team Space Exploration Architecture та Clouds Architecture Office, що запропонували свій концепт марсіанського будинку ICE HOUSE. Як основа концепт пропонує використання льоду (звідси і назва). Будівництво будівель проводитиметься в крижаних зонах Марса, куди відправлятимуться посадкові модулі, завантажені безліччю компактних роботів, які збиратимуть бруд і лід для зведення споруд навколо цих модулів.

Стінки споруд будуть виконані із суміші води, гелю та кремнезему. Як тільки матеріал замерзне завдяки низьким температурам на поверхні Марса, вийде дуже придатне для житла приміщення з подвійними стінами. Перша стінка складатиметься з крижаної суміші і надаватиме додатковий захист від радіації, роль другої стінки виконуватиме сам модуль.

Просунутий коронограф

Глибокому вивченню сонячної корони (зовнішній шар атмосфери зірки, що з заряджених частинок) заважає одна обставина. І цією обставиною, хоч би як іронічно це звучало, є саме Сонце. Вирішенням проблеми може бути так званий об'ємний сонячний затемнювач, куля розміром трохи більше тенісного м'яча, виконана з надтемного сплаву титану. Суть затемнювача полягає в наступному: він встановлюється перед спектрографом, спрямованим на Сонце, і створює тим самим мініатюрне сонячне затемнення, залишаючи тільки сонячну корону.

На даний момент аерокосмічне агентство NASA на своїх космічних апаратах SOHO і STEREO використовує плоскі сонячні затемнювачі, проте плоский дизайн таких пристроїв створює деяку розпливчастість зображення та зайві спотворення. Вирішення цієї проблеми підказав сам космос. Земля, як відомо, має свій власний сонячний затемнювач, що знаходиться приблизно в 400 000 кілометрах від нас. Цим затемнювачем, звичайно ж, є Місяць, завдяки якому ми час від часу стаємо свідками сонячного затемнення.

Об'ємний затемнювач NASA повинен буде відтворювати ефект місячного затемнення, звичайно ж, тільки для космічного апарату, який досліджуватиме Сонце, проте перебуваючи на відстані двох метрів від його спектрографа, затемнювач допоможе досліджувати сонячну корону без будь-яких проблем, перешкод та спотворень.

Технології Honeybee Robotics

Невелика західна приватна компанія Honeybee Robotics, що займається розробкою та виробництвом різних космічних технологій, нещодавно отримала від аерокосмічного агентства NASA замовлення на проведення двох нових технологічних розробок для космічної програми Asteroid Redirect System. Основна мета програми полягає у вивченні астероїдів та пошуку способів боротьби з можливими загрозами їх зіткнення із Землею у майбутньому. Крім цього, компанія займається розробкою та інших не менш цікавих речей.

Наприклад, однією з таких розробок є космічна гармата, яка випускатиме по астероїдах спеціальні снаряди та відстрілюватиме шматки від космічного об'єкта. Відстріливши таким чином шматочок астероїда, спеціальний космічний апарат упіймає його своїми роботизованими клешнями і переправить на місячну орбіту, де дослідженням його структури вчені зможуть зайнятися вже докладніше. NASA планує випробувати цей пристрій на одному із трьох астероїдів: Ітокава, Бенну або 2008 EV5.

Другою розробкою є так званий космічний нанобур для збирання зразків ґрунту з астероїдів. Вага бура складає всього 1 кілограм, а за розмірами він трохи більший за середньостатистичний смартфон. Бур буде використовуватись або роботами, або астронавтами. За допомогою нього проводитиметься забір необхідної кількості ґрунту для його подальшого аналізу.

Сонячний супутник SPS-ALPHA

SPS-ALPHA є орбітальним космічним апаратом, що працює на сонячній енергії і складається з десятків тисяч тонких дзеркал. Енергія, що накопичується, конвертуватиметься в мікрохвилі і відправлятиметься назад на спеціальні земні станції, де звідти вже передаватиметься на лінії електропередач для харчування цілих міст.

Цей проект є, мабуть, одним із найскладніших у плані реалізації серед представлених у сьогоднішній добірці. По-перше, описувана платформа SPS-ALPHA буде за розмірами набагато більшою за Міжнародну космічну станцію. Її будівництво вимагатиме дуже багато часу, цілу армію астронавтів-інженерів та вкладення колосальних засобів. Зважаючи на гігантські розміри, платформу доведеться будувати прямо на орбіті. З іншого боку, елементи платформи будуть вироблятися з відносно дешевих і нескладних з точки зору масового виробництва матеріалів, а значить, проект автоматично переходить з «неможливого» в «дуже складний», що, у свою чергу, відкриває надію на те, що одного разу його реалізацією справді займуться.

Проект «Objective Europa»

Проект «Objective Europa» є найбожевільнішою із колись запропонованих ідей космічних досліджень. Його головною метою є відправка людини на Європу, один з місяців Юпітера, на борту спеціальної субмарини, завдяки якій буде здійснюватися пошук можливого життя в підлідному океані супутника.

Безумства цьому проекту додає ще й той факт, що ця місія в один кінець. Будь-якому астронавту, який вирішить вирушити на Європу, фактично доведеться погодитися пожертвувати своїм життям на благо науки, отримавши при цьому можливість відповісти на найпотаємніше питання сучасної астрономії: чи є в космосі життя, крім земного?

Ідея проекту «Objective Europa» належить Христині фон Бенгстону. Наразі Бенгстон проводить краудсорсингову компанію із залучення коштів у цей проект. Сама субмарина буде оснащена найсучаснішими технологіями. Тут буде і надпотужний бур, і багатовимірні тягові двигуни, і найпотужніші прожектори, і, можливо, пара багатофункціональних роботизованих рук. Підводному човну, як і космічному апарату, який доставить його до Європи, буде потрібний потужний захист від радіації.

Вибір місця посадки гратиме вирішальне значення. Товщина льоду Європи практично по всій її поверхні становить кілька кілометрів, тому апарат найкраще садитиме поряд з розломами та тріщинами, де крижана кірка не така міцна і товста. Проект, звичайно, викликає дуже багато питань, у тому числі морального характеру.

У 2011 році США припинили експлуатацію комплексу Space Transportation System із багаторазовим кораблем Space Shuttle, внаслідок чого єдиним засобом доставки космонавтів на Міжнародну космічну станцію стали російські кораблі сімейства «Союз». Протягом кількох наступних років така ситуація зберігатиметься, а потім очікується поява нових кораблів, здатних конкурувати із «Союзами». Нові розробки в галузі пілотованої космонавтики створюються як у нашій країні, так і за кордоном.

Російська Федерація"

За останні десятиліття російська космічна галузь кілька разів робила спроби створення перспективного пілотованого корабля, придатного для заміни «Союзів». Однак ці проекти досі не призвели до очікуваних результатів. Найновішою та багатообіцяючою спробою замінити «Союз» є проект «Федерація», що пропонує будівництво багаторазової системи в пілотованому та вантажному виконанні.

Макети корабля "Федерація". Фото Wikimedia Commons

У 2009 році ракетно-космічна корпорація «Енергія» отримала замовлення на проектування космічного апарату, позначеного як «Перспективна пілотована транспортна система». Назва «Федерація» з'явилася лише за кілька років. Донедавна РКК «Енергія» займалося розробкою необхідної документації. Будівництво першого корабля нового типу розпочалося у березні минулого року. Незабаром готовий зразок приступить до випробувань на стендах та полігонах.

Відповідно до останніх оприлюднених планів, перший космічний політ «Федерації» відбудеться 2022 року, і корабель відправить на орбіту вантаж. На 2024-й заплановано перший політ із екіпажем на борту. Вже після проведення необхідних перевірок корабель зможе виконати сміливіші місії. Так, у другій половині наступного десятиліття можуть відбутися безпілотний та пілотований облети Місяця.

Корабель, що складається з багаторазової вантажопасажирської кабіни, що повертається, і одноразового агрегатно-рухового відсіку, зможе мати масу до 17-19 т. Залежно від поставлених цілей і корисного навантаження, він зможе брати на борт до шести космонавтів або 2 т вантажу. При поверненні в апараті, що спускається, може знаходитися до 500 кг вантажу. Відомо про опрацювання кількох версій корабля на вирішення різних завдань. Маючи відповідну конфігурацію, "Федерація" зможе відправляти на МКС людей або вантажі, або працювати на орбіті самостійно. Також корабель передбачається використовувати у майбутніх польотах до Місяця.

Американська космічна галузь, яка кілька років тому залишилася без «Шаттлів», покладає великі надії на перспективний проект Orion, що є розвитоком ідей закритої програми Constellation. До розробки цього проекту залучено кілька провідних організацій, як американських, і зарубіжних. Так, за створення агрегатного відсіку відповідає Європейське космічне агентство, а будувати такі вироби буде компанія Airbus. Американська наука та промисловість представлені агентством NASA та компанією Lockheed Martin.

Макет корабля Orion. Фото NASA

Проект «Оріон» у його нинішньому вигляді було запущено у 2011 році. На той час НАСА встигло виконати частину робіт за програмою Constellation, але від неї довелося відмовитися. Певні напрацювання перейшли із цього проекту до нового. Вже 5 грудня 2014 американським фахівцям вдалося провести перший випробувальний запуск перспективного корабля в безпілотній конфігурації. Нові запуски поки що не проводилися. Відповідно до встановлених планів, автори проекту мають завершити необхідні роботи, і лише після цього можна буде розпочати новий етап випробувань.

Згідно з актуальними планами, новий політ корабля Orion у конфігурації космічної вантажівки відбудеться лише у 2019 році, після появи ракети-носія Space Launch System. Безпілотна версія корабля має працювати з МКС, а також виконати обліт Місяця. З 2023 року на борту «Оріонів» будуть присутні астронавти. На другу половину наступного десятиліття заплановані пілотовані польоти великої тривалості, зокрема з обльотом Місяця. Надалі не виключається можливість використання системи Orion у марсіанській програмі.

Корабель із максимальною стартовою масою 25,85 т отримає герметичний відсік об'ємом трохи менше 9 куб.м, що дозволить йому перевозити досить великі вантажі чи людей. На орбіту Землі можна буде доставляти до шести людей. «Місячний» екіпаж буде обмежений чотирма астронавтами. Вантажна модифікація корабля підніматиме до 2-2,5 т з можливістю безпечного повернення меншої маси.

CST-100 Starliner

В якості альтернативи для корабля Orion може розглядатися апарат CST-100 Starliner, який розробляє компанія Boeing в рамках програми NASA Commercial Crew Transportation Capability. Проект передбачає створення пілотованого корабля, здатного доставляти на орбіту та повертати на землю кілька людей. За рахунок низки особливостей конструкції, у тому числі пов'язаних з одноразовим застосуванням техніки, передбачається оснастити корабель відразу сімома місцями для астронавтів.

CST-100 на орбіті, поки що лише у виставі художника. Малюнок NASA

"Старлайнер" створюється з 2010 року компаніями Boeing та Bigelow Aerospace. Проектування зайняло кілька років, і в середині десятиліття передбачалося здійснити перший запуск нового корабля. Проте у зв'язку з деякими труднощами випробувальний старт кілька разів переносили. Згідно з нещодавнім рішенням NASA, перший старт корабля CST-100 з вантажем на борту має відбутися в серпні поточного року. Крім того, "Боїнг" отримав дозвіл на виконання пілотованого польоту в листопаді. Очевидно, перспективний корабель найближчим часом буде готовий до випробувань, і нові зміни графіка вже не знадобляться.

Від інших проектів перспективних пілотованих космічних кораблів американської та зарубіжної розробки «Старлайнер» відрізняється скромнішими цілями. За задумом творців, цей корабель повинен буде доставляти людей на МКС або інші перспективні станції, які зараз розробляються. Польоти межі земної орбіти не плануються. Все це знижує вимоги до корабля і, як наслідок, дозволяє досягти помітної економії. Найменша вартість проекту та скорочені витрати на доставку астронавтів можуть бути непоганою конкурентною перевагою.

Характерною рисою корабля CST-100 є чималі розміри. Заселена капсула матиме діаметр трохи більше 4,5 м, а повна довжина корабля перевищить 5 м. Повна маса – 13 т. Слід зазначити, що великі габарити будуть використовуватись для отримання максимального внутрішнього об'єму. Для розміщення апаратури та людей розроблено герметичний відсік об'ємом 11 куб.м. У ньому можна буде встановити сім крісел для космонавтів. Щодо цього корабель Starliner – якщо йому вдасться дійти до експлуатації – може стати одним із лідерів.

Dragon V2

Декілька днів тому агентство НАСА також визначило терміни нових випробувальних польотів космічних кораблів від компанії SpaceX. Так, на грудень 2018 року призначено перший тестовий запуск пілотованого корабля типу Dragon V2. Цей виріб є переробленим варіантом вже використовується «вантажівки» Dragon, здатний перевозити людей. Розробка проекту розпочалася досить давно, але лише зараз він наближається до випробувань.

Макет корабля Dragon V2 dj час презентації. Фото NASA

Проект Dragon V2 передбачає використання переробленого вантажного відсіку, адаптованого для перевезення людей. Залежно від вимог замовника, як стверджується, такий корабель зможе піднімати на орбіту до семи людей. Подібно до свого попередника, новий «Дракон» буде багаторазовим, і зможе здійснювати нові польоти після невеликого ремонту. Розробка проекту ведеться протягом останніх кількох років, але випробування ще не почалися. Лише у серпні 2018 року SpaceX вперше запустить Dragon V2 у космос; цей політ пройде без космонавтів на борту. Повноцінний пілотований політ, відповідно до вказівок NASA, запланований на грудень.

Компанія SpaceX відома своїми сміливими планами щодо будь-яких перспективних проектів, і пілотований космічний корабель не є винятком. Спочатку Dragon V2 передбачається використовувати лише для відправки людей на МКС. Також можливе використання такого корабля у самостійних орбітальних місіях тривалістю до кількох діб. У віддаленому майбутньому планується відправити корабель до Місяця. Більше того, за його допомогою хочуть організувати новий «маршрут» космічного туризму: апарати з пасажирами на комерційній основі здійснюватимуть обліт Місяця. Втім, це все поки що є справою віддаленого майбутнього, а сам корабель навіть не встиг пройти всі необхідні випробування.

При середніх розмірах корабель Dragon V2 має герметичний відсік об'ємом 10 куб.м та 14-кубовий відсік без герметизації. За даними компанії-розробника, він зможе доставляти на МКС трохи більше 3,3 т вантажу та повертати на Землю 2,5 т. У пілотованій конфігурації в кабіні пропонується встановлювати сім крісел-ложементів. Таким чином, новий «Дракон» зможе, як мінімум, не поступатися конкурентам за характеристиками вантажопідйомності. Переваги економічного характеру пропонується одержати з допомогою багаторазового використання.

Космічний корабель Індії

Разом із країнами-лідерами космічної галузі свої варіанти пілотованих космічних кораблів намагаються створити й інші держави. Так, найближчим часом може відбутися перший політ перспективного індійського корабля з космонавтами на борту. Індійська організація космічних досліджень (ISRO) з 2006 року працює над власним проектом корабля і вже виконала частину необхідних робіт. З деяких причин цей проект ще не отримав повноцінного позначення і поки що відомий як «космічний апарат від ISRO».

Перспективний індійський корабель та його носій. Малюнок Timesofindia.indiatimes.com

Згідно з відомими даними, новий проект ISRO передбачає будівництво порівняно простого, компактного та легкого пілотованого апарату, схожого на перші кораблі зарубіжних країн. Зокрема, є певна схожість із американською технікою сімейства Mercury. Частину проектних робіт було завершено ще кілька років тому, і 18 грудня 2014 року відбувся перший запуск корабля з баластним вантажем. Коли новий корабель доставить на орбіту перших космонавтів – невідомо. Терміни цієї події кілька разів зміщувалися, і поки що дані з цього приводу відсутні.

Проект ISRO пропонує будівництво капсули масою не більше 3,7 т із внутрішнім об'ємом у кілька кубічних метрів. За її допомогою планується доставляти на орбіту трьох космонавтів. Заявлено автономність на рівні тижня. Перші місії корабля будуть пов'язані зі знаходженням на орбіті, маневруванням тощо. Надалі індійські вчені планують парні запуски із зустріччю та стикуванням кораблів. Втім, до цього поки що далеко.

Після освоєння польотів на навколоземну орбіту Індійська організація космічних досліджень має намір створити кілька нових проектів. У планах створення багаторазового корабля нового покоління, а також пілотовані польоти до Місяця, які, ймовірно, виконуватимуться у співпраці із закордонними колегами.

Проекти та перспективи

Перспективні пілотовані космічні кораблі зараз створюються у кількох країнах. При цьому йдеться про різні передумови появи нових кораблів. Так, Індія має намір розробити перший власний проект, Росія збирається замінити «Союзи», а Сполучені Штати потребують вітчизняних кораблів з можливістю перевезення людей. В останньому випадку проблема проявляється так яскраво, що NASA змушене розробляти чи супроводжувати одразу кілька проектів перспективної космічної техніки.

Незважаючи на різні передумови до створення, перспективні проекти майже завжди мають схожі цілі. Всі космічні держави збираються поставити в експлуатацію нові власні пілотовані кораблі, придатні як мінімум для орбітальних польотів. Водночас більшість нинішніх проектів створюється з урахуванням досягнення нових цілей. Після тих чи інших доробок деякі з нових кораблів повинні будуть вийти за межі орбіти та вирушити, як мінімум, до Місяця.

Цікаво, що більшість перших запусків нової техніки запланована на той самий період. З кінця поточного десятиліття і до середини двадцятих років відразу кілька країн мають намір перевірити на практиці нові розробки. У разі отримання бажаних результатів космічна галузь помітно зміниться до кінця наступного десятиліття. Крім того, завдяки передбачливості розробників нової техніки, космонавтика отримає можливість не лише працювати на орбіті Землі, а й здійснювати польоти до Місяця або навіть готуватися до сміливіших місій.

Перспективні проекти пілотованих космічних кораблів, створюваних у різних країнах, ще не встигли дійти стадії повноцінних випробувань і польотів з екіпажем на борту. Проте вже цього року відбудеться кілька таких запусків, і в майбутньому такі польоти продовжаться. Розвиток космічної галузі продовжується і дає бажані результати.

За матеріалами сайтів:
http://tass.ru/
http://ria.ru/
https://energia.ru/
http://space.com/
https://roscosmos.ru/
https://nasa.gov/
http://boeing.com/
http://spacex.com/
http://hindustantimes.com/