Земля в привычном представлении |
Фигура Земли (геоид) по гравиэквипотенциалям |
|
Земля в привычном представлении |
Фигура Земли (геоид) по гравиэквипотенциалям |
Освоение космоса сулит человечеству весьма заманчивые перспективы в будущем и уже сейчас даёт значительную отдачу. Но любая прибыль есть результат затрат – чем больше ожидания, тем больше вложения. Проблема финансирования существенно влияет на сроки и объёмы космических программ. Так, совсем недавно, в 2010 г., Барак Обама приказал закрыть лунную программу «Созвездие», в своё время в СССР по этой же причине были прекращены очень значимые программы, в том числе, затоплена станция «Мир», да и МКС строится медленнее желаемого. Тем не менее в последние несколько месяцев в СМИ появилось большое количество сообщений о создании новых космических агентств. В развитых государствах такие агентства существуют уже много лет, поэтому героями новостей становились развивающиеся страны. Что это – случайное совпадение или уже можно говорить о новой тенденции?Космическое агентство – это государственное ведомство, занимающееся разработкой космических программ и курирующее исследования, связанные с освоением космоса или изучением небесных тел. Кроме того, во многих космических агентствах есть отделы, в чью задачу входит исследование Земли (например, определение её формы или оценка состояния океанов). Наличие у государства космического агентства подчёркивает, что его технологическое развитие в буквальном смысле достигло космических высот. При этом зависимость между возрастом космического агентства и степенью его достижений не является обязательной. Например, в Пакистане и Индонезии органы, занимающиеся освоением космоса, появились ненамного позже, чем в США, однако сравнивать результаты их деятельности бессмысленно. Первопроходцами космических исследований можно смело назвать две (на тот момент) супердержавы – СССР и США.
Немного истории
После высадки американцев на спутнике Земли космическая гонка сошла на нет. Вскоре соперничество в космосе уступило место сотрудничеству. Символом кооперации и взаимодействия между СССР и США стал проект «Союз» – «Аполлон» (в американской версии – «Аполлон» – «Союз»), реализованный в 1975 году. В рамках проекта был проведен совместный полёт советского космического корабля «Союз-19» и американского «Аполлона». Яркими признаками новой эпохи стали орбитальные станции «Мир» и МКС, экипажи которых состояли и состоят из граждан разных стран. Следуя политике глобализации и объединения, в 1975 году Европейский Союз организовал единое космическое агентство ESA (European Space Agency).Китайская космическая программа стартовала в 1956 году, и её первой целью был вывод на орбиту спутника к 10-летней годовщине образования КНР, а заодно разработка баллистических ракет, способных дать достойный ответ на возможную ядерную атаку со стороны капиталистического Запада. Отправить в космос спутник в 1959 году Китаю не удалось, но в 1960 году состоялся успешный запуск первой китайской баллистической ракеты DF-1, которая была практически точной копией советской ракеты Р-2. Первое время все космические разработки были исключительно военными, но, начиная с 1968 года, страна вплотную занялась мирным космосом. В том же году был создан Исследовательский институт космической медицины и инженерии (сейчас он называется Центр научно-исследовательской подготовки китайских космонавтов) и начался отбор кандидатов в тайконавты – китайский аналог космонавтов.
Первый китайский спутник появился на земной орбите уже в 1970 году – аппарат назывался «Донг фан хун 1» (Красный Восток) и в его задачу входила трансляция песни о Великом Кормчем Мао. В последующие годы Китай запустил ещё несколько спутников, но, по сравнению с космическими программами СССР и США, достижения китайской космонавтики выглядели бледно. В КНР рассматривались планы по организации пилотируемых полётов, однако до середины 90-х годов прошлого века их реализация представлялась сомнительной.В 1994 году КНР купила у России некоторые технологии, разработанные ещё в середине XX столетия и используемые для производства знаменитых «Союзов» – самых надёжных из существующих космических кораблей. Через пять лет – к 50-летнему юбилею КНР – состоялся первый запуск космического корабля «Шэнчжоу-1» («Небесная ладья»), на котором в то время пока ещё не было людей. Корабль пробыл в космосе 21 час. В 2001 году на борту второй «Небесной ладьи» в космос отправились собака, обезьяна, кролик, мыши, клетки и образцы тканей почти сотни животных и растений, а также микроорганизмы. Два следующих корабля доставили на орбиту манекены людей в натуральную величину. Наконец, в 2003 году произошло событие, к которому страна готовилась всё это время – на борту корабля «Шэнчжоу-5» в космос отправился китайский тайконавт Ян Ливей. Миссия продлилась 21 час 22 минуты, и за это время пятая «Небесная ладья» совершила 14 витков вокруг Земли.
Вторая китайская пилотируемая миссия состоялась в 2005 году, и на этот раз полёт продлился пять дней. Во время третьего запуска тайконавтов на орбиту в 2008 году один из них – Чжай Чжиган – впервые в истории китайской космической программы совершил выход в открытый космос. Прогулка за бортом «Шэнчжоу-7» продолжалась четверть часа, хотя изначально планировалось, что Чжиган проведёт в космосе 40 минут.По сравнению с рекордами пребывания в космосе, поставленными советскими и американскими космонавтами и астронавтами (например, Валерий Поляков непрерывно находился на орбите 437 дней), неполные сутки не кажутся чем-то значительным. И тем не менее, Китай доказал своё право вступить в элитарный клуб государств, способных самостоятельно запустить человека в космос. Вскоре после завершения этой миссии в СМИ разгорелся скандал – аналитики обвинили власти Китая в подделке видеозаписи выхода Чжигана в космос. Однако сам факт, что тайконавты были на орбите, и один из них работал за бортом, сомнению не подвергался.
Пилотируемые полёты – это часть масштабной китайской программы освоения космоса, включающей создание собственной орбитальной станции, отправку пилотируемой миссии на Луну и освоение Марса. В настоящее время КНР разрабатывает все эти направления, и по некоторым уже добилась заметных результатов. Такова, например, лунная программа Китая.Лунная программа КНР стартовала в 2007 году, когда к земному спутнику был отправлен зонд «Чанъэ-1» (название происходит от имени одной из богинь китайского эпоса). Он провёл на орбите Луны 16 месяцев и завершил свою миссию второго марта 2009 года, врезавшись в поверхность спутника. На основании собранных спутником данных китайские специалисты составили топографическую карту лунной поверхности и карту распределения на Луне некоторых химических веществ. Второй китайский лунный зонд «Чанъэ-2» был запущен первого октября 2010 года. Аппарат обращается по орбите высотой сто километров, изучает поверхность земного спутника и заодно подыскивает место для посадки китайского лунного зонда «Чанъэ-3», который будет исследовать Луну «органолептически».
Запуск третьей «богини» намечен на 2013 год, и в начале марта представители китайской ракетно-космической отрасли сообщили о начале строительства аппарата. «Чанъэ-3» доставит на поверхность спутника шестиколёсный луноход, который должен будет в течение трёх месяцев собирать информацию о Луне. Энергия для работы лунохода будет поступать от распада радиоактивных изотопов. За роботом на земной спутник отправятся люди – пилотируемый полёт к Луне запланирован на 2017 год. Тайконавты, из которых будет набираться экипаж для этой миссии, уже приступили к тренировкам.Конечно, Китай – не единственная держава, которая стремится покорить космос. Признанные лидеры – Россия и США – регулярно проводят запуски кораблей и исследовательских аппаратов, Европа постоянно отправляет своих астронавтов на орбиту и запускает в небо спутники. В затылок этим странам дышит Индия, лунный зонд которой вошёл в число аппаратов, обнаруживших воду на земном спутнике.
О наличии космических амбиций уже объявили многие другие развивающиеся государства. Пока КНР заимствует многие технологии у России – «Небесная ладья» во многом скопирована с «Союза», а китайские скафандры являются несколько модифицированными версиями российских «Соколов». Однако, бурное развитие китайской космонавтики заставляет предположить, что в обозримом будущем КНР может стать очень серьёзным соперником в космической гонке, которая, хотя и не объявлена официально, но, тем не менее, продолжается.На втором месте по сложности космических программ среди «новичков» оказалась Индия. Хотя космическое агентство у этой страны существует с 1969 года (Индия объявила о начале мероприятий по изучению космоса в 1947 году сразу после получения независимости от Британской империи), первый индийский аппарат, отправившийся дальше орбиты Земли, стартовал только в 2008 году. Зонд «Чандраян-1» совершил путешествие до Луны и превратился в её искусственный спутник. В апреле 2011 года с космодрома имени Сатиша Дхавана на острове Шрихарикота Индия успешно запустила на орбиту Земли сразу три спутника. Индийская ракета-носитель PSLV-C16 вывела в околоземное пространство российско-индийский YouthSat весом 92 килограмма, 106-килограммовый сингапурский X-Sat и индийский Resourcesat-2 (1206 килограммов).
И в Индии, и в Китае есть собственные космодромы. Из остальных космических агентств, не входящих в «большую тройку» (Россия, США, Евросоюз), техническое оснащение для запуска космических аппаратов есть только у Израиля, Ирана, Японии, Южной Кореи и Украины (космодром Байконур, расположенный на территории Казахстана, используется Роскосмосом). Другие осваивающие космос державы вынуждены полагаться на их услуги. И похоже, что в недалеком будущем расписание запусков на всех космодромах придется уплотнять, так как свои права на Вселенную заявили новые страны.Так, о планах по созданию собственного космического агентства заявила ЮАР. Парламент Мексики c 2007 года рассматривает предложение о создании собственного агентства. Нижняя палата уже одобрила проект. Чтобы «осилить» дорогостоящие космические программы, объединились страны азиатско-тихоокеанского региона. Азиатско-Тихоокеанская организация по космическому сотрудничеству, в состав которой входят Иран, Пакистан, Китай, Бангладеш, Малайзия, Перу и Таиланд, начала работу 16 декабря 2008 года.
Оценивая скачкообразный рост космической активности развивающихся стран, некоторые эксперты говорят о начале азиатской космической гонки (Мексику пока нельзя назвать серьёзным конкурентом). Космические технологии всегда неразрывно связаны с военными разработками, поэтому растущая мощь новых покорителей космоса может вызывать тревогу. И хотя космические программы многих стран носят чисто гражданский характер, часть государств намерена использовать околоземное пространство и в военных целях. Например, Китай в 2007 году сбил собственный спутник при помощи противоспутниковой боеголовки. В недобрых намерениях подозревают и Иран, который активно отстаивает свою невиновность.На данный момент трудно сказать, получится ли у «второго эшелона» занять равноправные позиции с первопроходцами. Мировой финансовый кризис и бурное развитие частной космической индустрии делает эти перспективы ещё более смутными. Вероятнее всего, большинство начавших активно осваивать космос государств ограничится производством спутников и созданием научных приборов для совместных миссий. Но кто знает, возможно, нас ещё ждут сюрпризы.
Одним из путей решения этой проблемы может быть кооперация усилий. Особенно существенен такой приём в освоении дальнего космоса. Так, глава Роскосмоса недавно сообщил: «По итогам встречи главы 26 агентств записали, что полёты в дальний космос целесообразно осуществлять в рамках международного сотрудничества». Он добавил, что теоретически каждая из космических держав сможет осуществить полёт и в одиночку, однако объединение усилий позволит сэкономить существенные средства.
К концу 2011 года в России будут созданы новые скафандры для выходов в открытый космос (взамен «Орлана-М»). Их разработкой занимается НПП «Звезда». Заказчиком новых скафандров является Федеральное космическое агентство, с которым НПП «Звезда» заключила контракт. Стоимость работ составляет 68 миллионов рублей, и они должны быть проведены с апреля 2010 года по декабрь 2011 года. Созданные скафандры планируется использовать на МКС в рамках реализации Федеральной космической программы России на 2006-2015 годы.Руководитель НПП «Звезда» Сергей Поздняков рассказал, что новые скафандры будут оснащены автоматической системой терморегулирования. Он сообщил о замене резиновой оболочки космической «одежды» на полиуретановую, что позволит значительно увеличить износостойкость и продлить срок службы скафандра. Сообщалось и о том, что специалисты НПП «Звезда» совместно с коллегами из РКК «Энергия» планируют кардинально изменить конструкцию спускаемого модуля будущего российского космического корабля. Вместо спасательных скафандров, в которых космонавты сейчас находятся во время полёта к МКС, они будут сидеть в особых гермокапсулах, которые при необходимости плотно закрываются.
У Федерального космического агентства появились планы по отстыковке российского сегмента МКС после планируемого завершения срока службы станции. Об этом со ссылкой на неназванные источники в агентстве сообщает БиБиСи Ньюс, по данным которого, российская часть станет основой для будущей космической станции. Этот же источник заявил, что РКК «Энергия» уже приступила к разработке специального «универсального модуля», который станет её ядром. Планируется, что различные сегменты будут крепиться к этому центральному модулю. Такая конструкция поможет регулярно заменять износившиеся части и затапливать их по очереди.По этому поводу в пресс-службе Роскосмоса заявили, что «слухи не распространяют и не комментируют, а на официальном уровне подобной информацией не обладают». Но вот о других российских планах, о том, что Россия построит на орбите космический завод по сборке кораблей для полётов на Луну и Марс, глава Роскосмоса заявил гораздо определённее. По его словам, Роскосмос предложил создать пилотируемый сборочный комплекс на околоземной орбите. В комплексе могут собираться корабли слишком тяжёлые, чтобы стартовать с Земли. Эти планы могут вступить в силу не раньше завершения эксплуатации МКС, то есть после 2020 года. Конкретные сроки строительства орбитального завода пока не оговорены.
Китай не является постоянным участником программы МКС – в 2011 году КНР намерена обзавестись собственным орбитальным «домом». Изначально предполагалось, что первый лабораторный модуль будущей станции под названием «Тяньгун-1» («Небесный дворец») отправится в космос в конце 2010 года, но позже дата старта была перенесена на вторую половину 2011 года.Впоследствии с «дворцом» должны последовательно стыковаться космические корабли «Шэнчжоу» с номерами с восьмого по десятый. Первым на орбиту отправится модуль «Тяньгун-1» массой 8,5 тонны. На вторую половину 2011 года намечена стыковка «Тяньгун-1» с кораблем «Шэнчжоу-8». В дальнейшем к станции должны быть пристыкованы корабли «Шэнчжоу-9» и «Шэнчжоу-10», на каждом из которых на орбиту отправятся по два или три тайконавта. В настоящее время специалисты тестируют электрические системы модуля «Тяньгун-1», а также проверяют его механические и теплоизоляционные свойства. Запустить модуль на орбиту КНР планирует в 2011 году. На вторую половину 2011 года Китай запланировал стыковку корабля «Шэнчжоу-8» с «затравочным» модулем китайской космической станции.
В 2013 году КНР планирует вывести на орбиту второй модуль станции – «Тяньгун-2». На период между 2014 и 2016 годами намечен запуск модуля «Тяньгун-3». К 2020 году внутреннее пространство станции будет расширено ещё одним лабораторным и одним основным модулями. Окончательно завершить сборку станции планируется в 2022 году, после чего она должна проработать на орбите минимум три года.Чтобы осуществить все эти планы, а также проводить многочисленные запуски спутников, Китаю нужно несколько космических площадок. В настоящее время КНР располагает тремя космодромами, а к 2013 году их количество должно вырасти до четырёх. Строительство новой космической гавани началось 14 сентября 2009 года. Космодром будет расположен на острове Хайнань в 19 градусах к северу от экватора. Космический порт на столь низких широтах позволит Китаю снизить затраты при отправке аппаратов за пределы Земли.
Космический разведчик «Вояджер 1» находится сейчас на расстоянии 17,41 миллиарда километров от Земли и почти в 116 раз дальше от Солнца, чем наша планета. Это самый удалённый рукотворный объект в истории, и сейчас радиосигнал с него идёт к нам 16 часов и семь минут. Поскольку аппаратура обоих зондов в порядке, а запас энергии в изотопных генераторах на борту этих машин рассчитан до 2020 года, у землян ещё есть шанс получить с датчиков «Вояджеров» полезную информацию уже с открытых просторов Млечного Пути.Оба аппарата сейчас находятся в области, называемой гелиосферной мантией. Это район, где солнечный ветер заторможен, а его движение носит турбулентный характер. В него аппараты № 1 и № 2 вошли в декабре 2004 и августе 2007 года соответственно, находясь на расстоянии 94 и 84 астрономических единиц от Солнца (что говорило об искажённой форме границы ударной волны солнечного ветра).
Впервые датчики «Вояджера 1» зафиксировали радикальную перемену в солнечном ветре ещё в июне прошлого года. В окрестностях планет солнечный ветер достигает скорости в несколько сотен километров в секунду (если считать за точку отсчёта Солнце). После границы ударной волны его скорость упала ниже 100 км/с, а в 2007 году «Вояджер 1» «намерял» 60 км/с и далее фиксировал падение этой скорости на 20 км/с в год. Тем не менее достигнутый летом 2010 года знаковый ноль впечатлил учёных. Они увидели, как поток солнечного ветра упирается в накатывающее извне межзвёздное вещество. Это очень важная информация – солнечный ветер «упирается» в межзвёзное вещество, значит, есть во что упираться, то есть межзвёздное пространство не пустота!Много ценной информации получено также и от других зондов. Так, стало понятно, что на некоторых спутниках планет-гигантов (Титане, Европе) возможно существование жизни. После нескольких неудач у Меркурия появился, наконец, искусственный спутник, который даст вскоре много информации и о планете, и о самом Солнце... Конечно, инвестиции с таким сроком отдачи нравятся далеко не всем, но таковы космические расстояния. К счастью, понимающих это достаточно много, доказательством чего служат межпланетные программы всё большего количества стран.
В октябре 2010 года китайская ракета-носитель «Чанчжэн-3C» стартовала с космодрома в Центре по запуску спутников Сичан и вывела аппарат «Чанъэ-2», который добрался до Луны через пять дней. Он обращается по орбите высотой сто километров. В его задачи входит изучение и фотографирование лунной поверхности, а также поиск подходящего места для посадки спускаемого аппарата «Чанъэ-3». Его запуск запланирован на 2013 год. Изначально предполагалось, что второй зонд будет копией первого, «Чанъэ-1», однако позже его конструкция была существенно доработана. Создание и запуск беспилотных лунных зондов являются первой частью масштабной программы Китая по освоению земного спутника. В 2017 году КНР намерена отправить к Луне пилотируемую миссию.Китайский исследовательский зонд должен стартовать к орбите Марса в ноябре 2013 года. Его конструкция будет напоминать конструкцию лунных зондов, причем представители китайской космонавтики особенно отмечают, что все научные приборы будут изготовлены в КНР. Если китайские инженеры не успеют закончить все работы к концу 2013 года, то следующее благоприятное время для запуска, когда Земля и Марс будут максимально близки, представится в 2016 году.
Ведущий конструктор китайских лунных аппаратов Е Пэйцзянь уточнил, что планы по запуску марсианского зонда ещё должны пройти согласование в правительстве страны. А вот запуск марсианского зонда «Инхо-1» уже полностью согласован и намечен на ноябрь 2011 года. В космос аппарат должна вывести российская ракета-носитель – напарницей «Инхо-1» будет межпланетная станция «Фобос-грунт», запуск которой изначально был запланирован на 2009 год.Индия намерена отправить миссию к Марсу в 2030 году. Такое заявление сделал бывший президент страны, а ныне глава индийского института наук о космосе и технологий Абдул Калам. В 2006 году Индийское космическое агентство (ISRO) озвучивало планы отправки на Красную планету пилотируемой экспедиции в 2012-2013 годах, позже это намерение подтверждалось. Не уточняется, идёт ли речь о пилотируемой или беспилотной миссии.
На данный момент Индия наиболее активно развивает свою лунную программу. 22 октября 2008 года в космос был запущен первый индийский лунный зонд «Чандраян-1», который совершил успешное путешествие до Луны и превратился в её искусственный спутник. Планировалось, что он проработает на орбите Луны два года и за это время составит подробную карту лунной поверхности, а также изучит химический состав земного спутника. Однако миссия зонда была прекращена досрочно – специалисты потеряли связь с аппаратом. Запуск следующего лунного зонда под названием «Чандраян-2» предварительно был намечен на 2013 год. Затем прошло сообщение, что это событие состоится только в 2015 году. Кроме того, сообщалось, что в этом же году Индия отправит в космос гаганавтов – так на санскрите называются космонавты.Япония ведёт исследования по космической электростанции, на МКС прекрасно работает японский лабораторный модуль и к станции «без запинки» слетал японский автоматический грузовик. Лунник «Кагуя», весьма хорошо оснащённый, своим почти двухлетним полётом обогатил копилку знаний о Луне, передав на Землю массу ожидаемого и неожиданного. Японское космическое агентство объявило об успешном завершении миссии к астероиду Итокава, начавшейся в 2003 году. Зонд Hayabusa вошёл в атмосферу и сбросил спускаемую капсулу, в которой находятся образцы астероидного вещества. Капсула приземлилась в заданном районе в пустыне на юге Австралии.
Россия после длительной паузы после распада СССР вновь включается в работу в дальнем космосе. В настоящее время работа идёт сразу над несколькими проектами – в частности, инженеры занимаются созданием так называемой «перспективной пилотируемой транспортной системы» и «транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергии». Под первым сложным названием скрывается новый российский космический корабль, а под вторым – ядерный двигатель. Оба эти проекта пока находятся на стадии разработки, но работы по созданию нового корабля продвинулись несколько дальше – в июне 2010 года был завершён его эскиз.А Институт медико-биологических проблем РАН (ИМБП РАН) приступил к третьему этапу тренировок проекта «Марс 500» – 520-суточной изоляция, а также научной программе проекта.
Радикальное решение – совершенствование космической техники. Необходимость совершенствования техники, конечно, вещь очевидная, всё дело в выборе пути совершенствования. В своё время США сделали ставку на многоразовые космические аппараты, с их подачи такую же попытку предпринял и СССР («Буран»). Однако, эта идея порочна в самой основе, что, в конце концов, и стало теперь очевидным. Действительно, основная задача – доставка на орбиту людей или приборов, следовательно, чем меньше весит «тара», тем выше «коэффициент полезного результата (кпр)» всего процесса. В рассматриваемом процессе «тарой» служат «Союз» (или «Прогресс») в российском варианте и «Шаттл» в американском.«Шаттлы» имеют увесистый корпус, крылья, да к тому же начинены манипулятором и приборами и устройствами, обеспечивающими самолётную посадку. Всё это «лишний вес тары», на который необходимо тратить горючее, увеличивая начальные ступени и т.д. и т.п. По сути дела, ради многократного использования, причём не очень уж «кратного», разгоняющие ступени становятся воистину гигантскими. Достаточно вспомнить нашу «Энергию». Можно также вспомнить и памятные всем картинки «Союз – Аполлон».
Снижению веса выводимого на орбиту КА должен служить и проект космозаправщика. Вывод на орбиту первой перманентной заправочной станции планирует корпорация MacDonald, Dettwiler and Associates (MDA), подписавшая контракт с компанией Intelsat. За $280 миллионов Intelsat получит возможность в течение 2-4 лет дозаправлять свои пять спутников связи прямо на орбите (каждому потребуется около 200 килограммов топлива). Всего же аппарат-бензоколонка Space Infrastructure Servicing (SIS) сможет нести на борту две тонны горючего на продажу.Заправщик пристыкуется к целевому спутнику, воспользовавшись соплом его двигателя подъёма апогея (apogee kick motor). MDA оценивает, что манёвр стыковки потребует от заправляемого спутника связи прервать работу на 20 минут. Планируется, что аппарат SIS будет не только подпитывать соседей, но и проверять их, проводить мелкий ремонт, расправлять солнечные батареи и даже буксировать спутники. В этом ему поможет роботизированная рука.
Более перспективно решение британской компании Reaction Engines, которой ESA выделило 1 миллион евро для продолжения её работы по созданию аппарата, подобного которому ещё не было в истории техники. Если всё пойдёт по плану, через 10 лет мир космических перевозок радикально изменится. Reaction Engines уже несколько лет работает над проектом автоматического многоразового космического самолёта Skylon. Он должен доставлять на околоземную орбиту 12 тонн груза, взлетая, как самолёт с обычного аэродрома, самостоятельно набирать высоту и скорость, достигать «первой космической», а после выполнения задания – приземляться на том же аэродроме.Skylon не будет использовать ни внешние баки и ускорители (как это делает шаттл), ни первые/вторые ракетные ступени, ни какие-либо самолёты-разгонщики. Skylon от начала и до конца полёта будет полностью самостоятелен и самодостаточен. Более того, как при разбеге по взлётной полосе, так и при наборе высоты, как при дальнейшем разгоне до орбитальной скорости, так и при маневрирующем полёте в атмосфере по возвращении на Землю – британский суперчелнок будет использовать одни и те же двигатели.
Алан Бонд (Alan Bond), глава Reaction Engines и одна из ключевых фигур в разработке Skylon, назвал свою технологию необходимой для преобразования экономики доступа в космос, пояснив, что традиционные ракеты-носители, в силу дороговизны, являются тормозом данного рынка. Главная идея Skylon заключается в использовании атмосферного кислорода для сжигания горючего не только в начале полёта (подобно обычным реактивным лайнерам), но и на очень больших высотах и очень больших скоростях. В космосе двигатель должен питаться от небольшого кислородного бака, весящего в разы меньше традиционного. Так возникла концепция LACE (liquid air cycle engine – двигатель с циклом на жидком воздухе).Чтобы это стало возможным, Бонд изобрёл мощный теплообменник, который на гиперзвуке способен охладить входящий в двигатель воздух с 1000 градусов Цельсия до минус 130 градусов за одну сотую секунды. Первые элементы этого ключевого узла Sabre уже обкатываются на стендах, а средства ESA позволят построить и испытать полномасштабный образец. В течение 10 лет эта работа может привести к появлению «живого» Skylon, способного существенно сократить затраты на вывод полезного груза на орбиту.
Skylon – это многоразовый беспилотный аппарат с двумя двигателями Sabre на концах крыльев, способный самостоятельно выходить на околоземную орбиту (без ракеты-носителя и твердотопливных ускорителей). Взлетая по самолётному, Skylon начинает разгон в атмосфере, питаясь жидким водородом и сильно охлаждённым воздухом из атмосферы.Ключевая особенность двигателя Sabre – охлаждение поступающего забортного воздуха до температуры немногим выше точки кипения. При этом он всё же остаётся газом и далее сильно сжимается в турбокомпрессоре. Интересно, что охлаждается воздух гелием, который предварительно охлаждается жидким водородом. Sabre способен «дышать» забортным воздухом от нулевых высоты и скорости полёта вплоть до скорости в 5,5 М.
Затем центральное тело в его воздухозаборнике смещается вперёд, полностью закрывая входной канал, и Sabre переходит на чисто ракетный режим, питаясь жидким кислородом из бака. После возвращения в атмосферу и прохождения самой горячей фазы спуска космоплан открывает воздухозаборники и вновь переходит на «воздушное дыхание», приземляясь на обычной полосе аэродрома. Подобное решение очень результативно – достаточно сравнить отношение полезного груза к стартовой массе Skylon (кпр ~ 4,4%) с аналогичными отношениями для шаттлов и других традиционных систем (кпр ~ 2%).Так как создание Skylon потребует ещё 10 лет и много денег (так считают британские инженеры), а потому Алан и его команда решили распространить данную технологию и на другие аппараты предложили идею пассажирского глобального лайнера A2, а также – гиперзвукового турбореактивного двигателя для него по имени Scimitar.
Схема
двигателя Scimitar (иллюстрация Reaction Engines).
Таковы перспективы экономии на выводе в ближний космос космических аппаратов. Однако можно экономить и на самих аппаратах. Обитаемые аппараты, помимо самого человеческого экипажа должны нести систему жизнеобеспечения со всеми её узлами и запасами. Понятно, что без замкнутых циклов утилизации отходов жизнедеятельности не обойтись, но на одной хлорелле долго не протянуть. Гораздо радикальнее решение японских конструкторов. В японском правительстве внимательно изучают план, составленный специалистами по космической технике, роботам и электронике. О планах изучения Луны при помощи лунной базы роботов (в том числе андроидов) Япония заявляла ещё пять лет назад. Её намеревались воздвигнуть к 2030 году.Основной рабочей единицей такой базы должны стать андроиды, оснащённые гусеницами. Через пять лет японцы намерены высадить на Луне десант для рекогносцировки. Программа разбита на два этапа. До 2015 года продолжится дистанционное зондирование Луны, а в 2015-м в самых интересных её точках будут высажены посадочные аппараты и, возможно, небольшие луноходы. К 2020 же году, полагают исследователи из Японии, они сумеют возвести близ южного полюса нашего естественного спутника базу роботов с собственной электростанцией и россыпью научного оборудования. В рамках проекта с бюджетом $2,18 миллиарда роботы займутся сейсмической разведкой лунных недр, сбором образцов грунта для отправки на Землю и, конечно, передачей HDTV-видео. При помощи манипуляторов они смогут собирать камни, монтировать различные приборы и оборудование, переносить тяжести, загружать ракеты, отправляющиеся обратно на Землю.
Недавно представители ESA и NASA встретились в Калифорнии, чтобы обсудить развитие «двойной» марсианской миссии ExoMars (Европа) и MAX-C (США). Обе стороны испытывают давление со стороны политиков, желающих сократить расходы на марсианскую программу. Да и учёные давно высказываются в том плане, что без экономии запланированные миссии могут быть задержаны. Потому и была придумана парная миссия. Пока предполагается, что два марсохода будут отправлены к Красной планете одним пуском (в 2018 году) и доставлены на поверхность Марса (в 2018-м или 2019-м) при помощи одной посадочной ступени. На месте они изучали бы один и тот же район, дополняя возможности друг друга.Теперь, как сообщает БиБиСи, два космических агентства рассматривают вопрос о полном слиянии этих машин. Гибрид ExoMars и MAX-C, предположительно, будет основан на европейском проекте и построен в Европе, но «впитает» в себя все инструменты, которые ранее планировалось поставить на два марсохода. Кстати, европейское космическое агентство намного сильнее продвинулось в проектировании своего аппарата (оно значительно раньше начало работу над ним).
Представляет интерес и предложение Великобритании использовать для исследования Красной планеты группу из нескольких десятков миниатюрных автономных роботов. Разработанная программа поможет им действовать по принципу пчелиного роя. Вместо больших и медлительных роверов они предложили использовать мелких ползающих или прыгающих и катящихся роботов. Группа из 40-60 таких аппаратов могла бы распространяться от места прибытия посадочного модуля по большой территории, собирать основные сведения и находить места с заранее заданными условиями, а потом возвращаться на базу кратчайшим путём.Затем после сравнения данных каждый микробот мог бы выбрать, стоит ли ему отправляться на новое место или же повторить свой поход для более тщательного изучения местности. В конце концов, коллективный разум решал бы, в каком направлении есть смысл отправить основной напичканный всевозможными сенсорами аппарат или же где стоит посадить новые роверы.
«Неживые исследователи», подобные советским луноходам, могут быть полезны и после завершения активной фазы, тому уже есть примеры. Как сообщил работающий в Сан-Франциско чл-корр. нашей Академии (АТТ) Л.В. Никиенков: «НАСА на Луне отыскала Луноход II и с радостью применяет его мёртвую активную антенну-радар для уточнения работы GPS. Это про координаты, позиции, позы, положение, сверху или снизу, и остальная далеко небезполезная мелочь».Такой путь на самом деле очень результативен – ведь приходится доставлять только самого «исследователя», не нуждающегося ни в пище, ни в кислороде, получающего энергию кратчайшим путём – непосредственно от Солнца. По сути, стремление оставить следы «на дальних тропинках далёких планет» – чисто психологическое, виртуальное желание. Ведь Армстронг прикоснулся к Луне (в виде привезённого с Луны образца) только на Земле, а скафандр изолирует космонавта от посещаемой планеты ничуть не хуже, чем дистанционно управляемый робот. Если же сопоставить расходы СССР на высадку луноходов с расходами США на лунную программу...
Не слишком ли дорого стоят подобные виртуальные желания? Человек должен высаживаться только там, где уже созданы (роботами) условия для его обитания, да и то только тогда, когда его присутствие именно там необходимо. Например, для дальнего космоса рано или поздно потребуется завод по производству космических аппаратов на Луне, там люди будут необходимы, да и то в виде сменной вахты.В освоении космоса, как и в любой технической области, стоимость определяется двумя факторами: сырьём (или, если угодно, материалами) и энергией, которые, к тому же, часто связаны между собой. При производстве космических аппаратов на Земле легко обеспечивается первый фактор, но дорого стоит выведение на орбиту. Организация такого производства на Луне энергетически гораздо выгоднее, но там нужно «с нуля» решать проблему сырья...
Хорошим промежуточным решением может быть орбитальный «космозавод», о котором говорил глава Роскосмоса. Такой «космозавод» будет рентабелен, если дополнить его идеей, которую высказал президент РКК «Энергия» Виталий Лопота, заявивший, что его корпорация ведёт разработку космического корабля, снабжённого ядерным двигателем, для удаления мусора с орбиты. Российские космические корабли «Прогресс» могут послужить основой для создания системы очистки орбиты от мусора. Лопота подчеркнул, что к 2020 году рынок очистки орбиты от мусора составит 3 миллиарда долларов. И это только очистка, а если их оправить на «космозавод»...Ведь в настоящее время на орбите вокруг Земли вращаются десятки тысяч рукотворных объектов, которые могут служить сырьём для сборочного орбитального комплекса. За последние полсотни лет на орбитах вокруг Земли накопилось огромное количество последних ступеней, обтекателей, отработавших своё аппаратов и тому подобного, что принято теперь называть «мусором». Его уже столько, что вероятность столкновения с ним действующих КА становится заметной. Настолько заметной, что появляются проекты борьбы с ним. Так, американские исследователи смоделировали действие мощного лазера на космический мусор и показали, что только одна такая установка способна существенно снизить риск столкновений рукотворных объектов на орбите, чреватых взрывным ростом общего числа опасных обломков (подробнее).
Световое давление от лазера должно лишь чуть-чуть скорректировать орбиту обломка, чтобы он не столкнулся с каким-либо спутником или другим обломком. Учёные из исследовательского центра Эймса (Ames Research Center), Стэнфордского университета (Stanford University) и университетской ассоциации космических исследований (USRA) высчитали, что существенно улучшить обстановку на низких орбитах может даже одна система, способная регулярно обрабатывать несколько объектов в день. Каждую из целей лазер мог бы подсвечивать в течение 1-2 часов в сутки. Через некоторое время изменение скорости этих обломков составило бы считанные сантиметры в секунду, но это уже будет означать изменение орбиты на километры – достаточно, чтобы избежать столкновения с другим телом.Таким образом, рассудили американцы, можно заметно сократить частоту взаимных соударений осколков. Темп естественной очистки пространства от орбитального мусора (за счёт торможения объектов в атмосфере) будет превышать темп размножения мусора из-за соударений. Тем самым людям удастся избежать синдрома Кесслера, грозящего закрытием околоземного космического пространства для полётов.
Допустим, что такую установку запустили и расчёты оправдались. «Мусор» тормозится в атмосфере и, в конце концов, падает в океан. Однако, обратим внимание на следующий факт – каждый такой обломок имеет первую космическую скорость, иначе говоря, в каждом килограмме «мусора» запасено 32 МДж кинетической энергии. Для его выведения на орбиту была «пущена в распыл» масса в 50 килограмм («коэффициент полезного результата» составляет для земных орбит примерно 2%).Строго говоря, затопление «Мира» было предельной глупостью с технической точки зрения. Одного «Прогресса» было бы вполне достаточно, чтобы перевести его на более высокую орбиту «до лучших времён», по крайней мере, в качестве уже доставленного на орбиту сырья. Воистину, мы собираемся засевать океан золотыми слитками.
Что же касается экономии энергии, то здесь есть весомое достижение Японии – космический парусник IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun: межпланетный аппарат – «воздушный змей», движущийся под воздействием солнечного излучения), который стартовал к Венере 21 мая 2010 года. IKAROS – первый космический аппарат с солнечным парусом, который должен выйти за пределы околоземный орбиты. Его цель – Венера. Теперь, после того, как солнечный парус IKAROS'а успешно раскрылся, предстоит выяснить, способна ли «космическая яхта» получать заметное ускорение за счет энергии солнечного света, возможно ли эффективно управлять парусом и менять траекторию межпланетного перелёта.IKAROS оснащён солнечным парусом площадью 200 м2. Его толщина составляет 7,5 микрон. В парус встроена солнечная батарея толщиной 25 микрон. Стоимость постройки аппарата составила 54 млн.. долларов США. 10 июня 2010 года завершилось успешное раскрытие солнечного паруса, начатое за 7 дней до этого. Раскрытие происходило за счет вращения космического аппарата вокруг своей оси. IKAROS передал кадры, демонстрирующие успешное завершение первого этапа своей миссии
Суть идеи в том, что в гелиоцентрической системе отсчёта гравитационное поле планеты нельзя считать строго потенциальным, так как в этой системе она движется. Именно поэтому работа сил тяготения при движении по замкнутой траектории не будет равна 0. В показанном на рисунке случае она будет больше 0, то есть скорость корабля увеличится.Если же корабль пересечёт орбиту планеты перед ней, работа будет отрицательна, то есть скорость корабля станет меньше. И всё это «без выброса реактивной массы» и, следовательно, расхода горючего. Расчёт изменения импульса корабля достаточно тривиален, чтобы его здесь приводить. Разумеется, всё это строго соответствует физическим законам, в том числе, и законам Ньютона.
Этот приём особенно хорошо использовать при запусках кораблей и зондов от Земли, так как у нас под боком есть Луна и, хорошенько посчитав траектории (а расчёты всё-таки дешевле горючего), можно сообщить кораблю скорость, достаточную для облёта Луны, несколько раз облететь её по соответствующим траекториям и получить «даром» скорость для полёта на Марс и ... далее везде (тем же способом). Энергии Луны хватит на о-о-очень много таких запусков!Важно только подойти к «ускоряющему объекту» не ближе, чем Rкр= gMуо/V2, где Rкр – критическое расстояние до "ускоряющего объекта", Mуо – его масса, V – скорость зонда (корабля), g – гравитационная постоянная. Дело в том, что Rкр можно назвать ещё и "радиусом захвата" – при попадании корабля в зону с равным или меньшим расстоянием планета «захватит» корабль и превратит его в свой спутник, тем самым переведя его из гелиоцентрической системы отсчёта в планетоцентрическую (в схеме Земля-Луна из геоцентрической в селеноцентрическую). А в планетоцентрической системе её гравитационное поле консервативно и «эффект Кларка» невозможен (дополнение).