Россия в космосе
«Что касается наших планов, то Россия, к примеру, собирается
на уже знаменитый астероид Апофис повесить радиомаяк».
В.Поповкин
Недавно руководитель Роскосмоса В. Поповкин дал несколько интервью представителям российских СМИ. В одном из них Поповкин сообщил о проекте, который НАСА предлагает реализовывать вместе со специалистами Роскосмоса. Речь идёт о том, чтобы с помощью космического тягача подтянуть на орбиту Луны астероид диаметром 15-20 метров, чтобы начать с ним работать, может быть, отправить на него пилотируемую экспедицию или изучать с помощью автоматов. Видимо, НАСА рассчитывает на разрабатываемый Россией тяжёлый комплекс «Ангара», и, конечно, на следующий российский ракетный комплекс сверхтяжёлого класса (от 70 до 130 тонн).
Поговорим сначала о точках Лагранжа. Точки Лагранжа, точки либрации (лат. librti – раскачивание) или L-точки – точки в системе из двух массивных тел, в которых третье тело с пренебрежимо малой массой, на которое не действуют никакие другие силы, кроме гравитационных сил со стороны двух первых тел, может оставаться неподвижным относительно этих тел. Точки получили своё название в честь математика Жозефа Луи Лагранжа, который первым в 1772 году обнаружил это явление.
Более точно точки Лагранжа представляют собой частный случай решения т. н. ограниченной задачи трёх тел – когда орбиты всех тел являются круговыми и масса одного из них намного меньше массы любого из двух других. В этом случае можно считать, что два массивных тела обращаются вокруг их общего центра масс с постоянной угловой скоростью. В пространстве вокруг них существуют пять точек, в которых третье тело с пренебрежимо малой массой может оставаться неподвижным во вращающейся системе отсчёта, связанной с массивными телами. В этих точках гравитационные силы, действующие на малое тело, уравновешиваются центробежной силой. Расположение точек Лагранжа (в том числе, и для системы Земля-Луна) показано на рис. 1:

Рис. 1. Точки Лагранжа.
Три из пяти точек Лагранжа расположены на одной оси, соединяющей два тела. Точка L3 лежит на прямой, соединяющей два тела с массами M1 и M2 (M1 > M2), и находится за телом с большей массой. Если на основе линии, соединяющей оба тела системы, построить два равносторонних треугольника, две вершины которых соответствуют центрам тел M1 и M2, то точки L4 и L5 будут соответствовать положению третьих вершин этих треугольников, расположенных в плоскости орбиты второго тела в 60 градусах впереди и позади него.

Рис. 2. Гравитационное ускорение в точке L4
Наличие этих точек и их высокая стабильность обусловливается тем, что, поскольку расстояния до двух тел в этих точках одинаковы, то силы притяжения со стороны двух массивных тел соотносятся в той же пропорции, что их массы, и таким образом результирующая сила направлена на барицентр системы; кроме того, геометрия треугольника сил подтверждает, что результирующее ускорение связано с расстоянием до барицентра той же пропорцией, что и для двух массивных тел.
Так как барицентр является одновременно центром масс и центром вращения системы, результирующая сила точно соответствует той, которая нужна для удержания тела в точке Лагранжа в орбитальном равновесии с остальной системой. Данная треугольная конфигурация была обнаружена Лагранжем во время работы над задачей трёх тел. Точки L4 и L5 называют треугольными (в отличие от коллинеарных).
Также точки называют троянскими: это название происходит от троянских астероидов Юпитера, которые являются самым ярким примером проявления этих точек. Они были названы в честь героев Троянской войны из «Илиады» Гомера, причём астероиды в точке L4 получают имена греков, а в точке L5 защитников Трои, поэтому их теперь так и называют «греками» (или «ахейцами») и «троянцами».
Исследователи в области космонавтики давно уже обратили внимание на точки Лагранжа. Например, в точке L1 системы Земля – Солнце удобно разместить космическую солнечную обсерваторию – она никогда не будет попадать в тень Земли, а значит, наблюдения могут вестись непрерывно. Точка L2 подходит для космического телескопа – здесь Земля почти полностью заслоняет солнечный свет, да и сама не мешает наблюдениям, поскольку обращена к L2 неосвещённой стороной.
В настоящее время несколько космических аппаратов, в первую очередь, астрофизических обсерваторий, размещены в различных точках Лагранжа Солнечной системы: Разумеется, раз уж у Роскосмоса дело дошло до разговоров с журналистами, проект довольно основательно проработан. Недавно НАСА перестало строить планы по освоению Марса и выпустило меморандум, в котором говорится о предстоящей разработке комплексного проекта реализации пилотируемых полётов к двум точкам Лагранжа системы Земля-Луна, расположенным на расстоянии около 61,5 тыс. км от Луны в сторону Земли и в противоположную сторону (L1 и L2).
Первая точка Лагранжа системы Земля-Луна L1 идеальна для обитаемой орбитальной космической станции, которая, располагаясь между Землёй и Луной, позволила бы:
  • минимизировать затраты топлива на пути к Луне;
  • стать ключевым узлом грузового потока Земля-Луна;
  • выполнять роль спасательной базы в случае аварий на трассе Земля-Луна и Луна-Земля;
  • разместить ретрансляционную станцию, благодаря чему понадобятся передатчики в десять раз менее мощные.
    • Вторая точка Лагранжа Земля-Луна (L2) имеет особое значение для создания космических баз на обратной стороне Луны. Например, отсюда можно будет эффективно управлять луноходами, исследующими обратную сторону спутника Земли (НАСА предполагает вывести Orion с астронавтами в точку L2). Ранее сотрудники НАСА уже выступали с заявлениями о том, что вторая точка Лагранжа (L2) является «ключевой возможностью» США в освоении космоса на близкую перспективу. Такой интерес к данному космическому «пункту» объясняется просто: после отказа от марсианской программы, положение НАСА оказалось довольно двусмысленным. Необходима была психологически равноценная, но гораздо более дешёвая программа. Она и изложена в меморандуме, опубликованному интернет-ресурсом Space.com. Реализация изложенного в меморандуме предполагает: Интересно, какова роль России в этих 6 стратегических принципах? Пока что очевидно только участие в первом из них: тащить астероид на орбиту Луны мощными российскими ракетами! Конечно, тащить астероид имеет смысл только в какую-то из точек Лагранжа.
    Но, чтобы не быть только «тягачом» для НАСА, может быть, настало время вспомнить предложение руководителя РКК «Энергия» В. Лопоты о строительстве российского космического завода на орбите? Ведь если к тому же астероид железо-никелевый, то он не только фундамент, но и материал для строительства станции.
    В этом случае тащить его нужно в точку Лагранжа  L1, пусть НАСА строит на нём перевалочную базу и ретранслятор, а Роскосмос с «Энергией» – завод космического машиностроения. Конечно,  20 м не слишком просторно, но ведь железо-никелевый астероид таких размеров – это тысячи тонн материалов, уже выведенных на орбиту! Остаётся только доставить туда зеркала для гелиоплавки, а впоследствии собирать туда «космический мусор» в качестве «утильсырья».