Впрочем, не приходится сомневаться, что расширение окна возможностей будущей космической экспансии лежит через создание массивных орбитальных станций, но только как прототипов межпланетных кораблей. Очевидно и другое: конфигурацию будущих орбитальных станций имеет смысл обсуждать, если мы хотя бы приблизительно знаем, какие цели перед нами стоят, ведь вариантов достаточно много и далеко не все они оптимальны с точки зрения расширения пространства возможностей. В следующих главах мы проанализируем существующие планы космических агентств по развитию пилотируемой космонавтики и попробуем разобраться, что они могут дать внеземной экспансии человечества.
Глава 3 Лунные поселения
Неосоветских патриотов очень веселит, когда обнаруживается, что НАСА опять потеряло какие-то исторические документы, связанные с лунной программой: то видеозапись выхода Нейла Армстронга на лунную поверхность, то образцы реголита, то детальные снимки лунной поверхности. Они видят в этом еще одно «доказательство» отсталости американцев, их природной «тупости» или очередную попытку скрыть «фальсификации». Тем, кто привык веселиться, советую попробовать заказать материалы по советской лунной программе – хотя бы копии, а не подлинники. Вы удивитесь, господа, но не сохранилось даже рабочих компоновочных схем ракеты-носителя Н-1, а ведь с ней возились больше десяти лет и четыре раза пытались запустить. Попробуйте также поискать материалы из архива «Луноходов» и не разводите руками, узнав, что их больше не существует. Съездите в поселок Школьное под Симферополем и полюбуйтесь на руины, оставшиеся от Центра космической связи НИП-10, а ведь именно оттуда управляли «Луноходами». Сходите посмотреть на макет «Бурана» на ВДНХ. И после этого подумайте, почему космическое наследие не всегда получается сохранить…
Как мы помним, в середине 1970-х годов из-за экономического кризиса и изменения стратегии НАСА американцы отодвинули Луну на задний план. Следующим этапом должна была стать обитаемая база на ее поверхности, но ресурсов под такую программу не осталось. То же самое произошло и в СССР: проигрыш в «лунной гонке» заставил более критически взглянуть на потенциал советской космонавтики и отказаться от части «шапкозакидательских» проектов. Интерес к Луне на всех уровнях заметно снизился. Казалось, что она в достаточной мере изучена и искать там что-то новое не имеет смысла. В глазах общества Луна из «места будущего» превратилась в предмет исторических исследований. Соответственно, и ценность полученных с большим трудом научных материалов упала – как упал, например, интерес к Марианской впадине, после того как там побывал Жак Пикар на батискафе «Триест». Вот если бы Пикар нашел на глубине город атлантов, а американские астронавты встретили селенитов – тогда, наверное, общество потребовало бы новых погружений и новых полетов. А если нет, то и нет…
Однако сама Луна от всех этих пертурбаций никуда не делась. Она по-прежнему, как и миллиарды лет назад, остается ближайшим к нам небесным телом, а посему неизбежно будет привлекать пытливые умы и будить воображение. Земляне еще не раз слетают на Луну, а наша цивилизация когда-нибудь включит ее в сферу своего влияния. Ниже мы обсудим существующие проекты освоения Луны, но сначала ответим на вопрос, почему именно сегодня возникла такая странная необходимость – «вернуться» на Луну.
3.1. Потолок цивилизации
Строить футурологические концепции – хотя и очень увлекательное, но в большинстве случаев совершенно бесплодное занятие. Слишком часто футурологи ошибаются. Хрестоматийной стала история о французском футурологе XIX века Альбере Робиде, который предсказал, что с развитием гужевого транспорта в ХХ веке улицы европейских столиц будут завалены конским навозом. Прогресс всякий раз обманывает таких «прорицателей», предлагая качественное решение количественных проблем – в конкретном случае на смену лошадям пришли автомобили и электротранспорт. Но иногда удается сделать удивительно точный прогноз.
В качестве примера удачной прогностической модели можно вспомнить теорию «больших циклов экономической конъюнктуры», разработанную российским экономистом Николаем Кондратьевым в 1920-х годах. Анализируя большой массив исторических данных, накопленных за полтора предшествующих века, ученый обнаружил, что любая экономика, основанная на товарно-денежных отношениях, развивается с циклом в 4050 лет. Завершение цикла сопровождается мощнейшим экономическим кризисом, который сотрясает основы государственности всех вовлеченных в рыночную экономику держав. Благодаря этой эмпирической теории Николай Кондратьев сумел довольно точно предсказать Великую депрессию 1929–1933 годов и мировой кризис 1973–1975 годов. Предсказал он и наши нынешние проблемы. В настоящее время мы стремительно входим в очередной «кондратьевский» кризис, пик которого приходится на 2015–2016 годы, что становится очевидным даже далеким от экономических учений людям: внешние и внутренние долги развитых государств достигли таких астрономических величин, что дефолты и сопутствующие потрясения неизбежны. То есть прогностическая модель Кондратьева работает.
Впрочем, паниковать не надо, цивилизация пережила предыдущие кризисы, переживет и текущий. Нас в этой связи интересует другое. Кондратьев разделил большие циклы на две фазы – «повышательную» и «понижательную», каждая из которых имеет свои особенности. В частности, «повышательная» фаза начинается сразу после кризиса и характеризуется глубоким изменением всей жизни капиталистического общества. Одной из причин изменений становятся научно-технические нововведения.
В «повышательной» фазе первого цикла, выявленного Кондратьевым, это были развитие текстильной промышленности и производство чугуна, изменившие сословный уклад общества. В «повышательной» фазе второго цикла началось строительство сети железных дорог, которые позволили освоить новые территории и преобразовать сельское хозяйство. В «повышательной» фазе третьего цикла произошло широкое внедрение электричества, радио и телефона. В середине 1920-х годов Николай Кондратьев сделал предположение, что вскоре грянет «нефтяная» революция – именно она станет движущей силой цивилизации в четвертой «повышательной» фазе. Предсказание блестяще подтвердилось: еще в предвоенное время автомобили, двигатели внутреннего сгорания и нефтепереработка уверенно захватили все сферы жизни; нефть стала «кровью» цивилизации, обеспечивая не только транспортные, но энергетические нужды. Самое важное – нефть сделала возможными космические полеты.
Обратите особое внимание на следующий важный факт. Теория космических полетов зародилась в конце XIX века, и уже в 1903 году Константин Циолковский показал, что углеводороды могут быть использованы в качестве топлива для космических ракет, но только возникновение развитой «нефтяной» цивилизации на «повышательной» фазе четвертого «кондратьевского» цикла привело к тому, что от теории ракетчики перешли к практике. К концу цикла, т. е. к началу 1970-х годов, ее возможности в этой сфере оказались исчерпаны – американская лунная программа «Сатурн-Аполлон» проходила на пределе технических возможностей: выше своей головы «нефтяная» цивилизация прыгнуть в принципе не могла. Если смотреть с инженерной точки зрения, то главным препятствием на пути вперед стало несовершенство систем автоматического управления, отсутствие надежной связи и устройств оперативной обработки информации. Космонавтика усложнилась настолько, что громоздкие ламповые компьютеры, которые ко всему прочему еще и часто перегорали, в принципе не удовлетворяли возросшим требованиям. Но тогда же возникли и предпосылки для качественного решения количественных проблем: в 1964 году появился первый серийный миникомпьютер PDP-8; в 1967 году корпорация IBM выпустила первую дискету; в 1968 году родилась компания “Intel”; в 1969 году заработала первая компьютерная сеть ARPANET; в 1971 году создан первый микропроцессор Intel 4004 на полупроводниковом кристалле. Все это были единичные и очень дорогие образчики, представлявшие интерес только для ученых и узких технических специалистов. А потом грянул «кондратьевский» кризис, мировая экономика рухнула, доллар обесценился, утратив золотое «содержание», и тут же началась новая научно-техническая революция, которая через много лет получит название «информационной».
В XXI веке мы вовсю пользуемся плодами этой революции: «мобильники», GPS-приемники, домашние, планшетные и карманные компьютеры, ноутбуки, нетбуки, электронные платежные карточки, вездесущий интернет, цифровое телевидение на тончайших жидкокристаллических экранах, накопители информации на миниатюрных «флешках» – список можно продолжать и продолжать. На повестке дня – «облачные» серверы, бесплатная высокоскоростная связь, квантовые компьютеры и домашние роботы. Кое-кто из числа доморощенных футурологов переживает, что человечество использует информационные технологии с малой эффективностью. Дескать, стандартный «айфон» по вычислительной мощности давно обошел лунную программу «Сатурн-Аполлон», а обыватели не придумали для него ничего умнее бессмысленных игр типа «Тетриса». На самом деле то, что могла дать информационная революция космонавтике, она ей уже дала.
В XXI веке мы вовсю пользуемся плодами этой революции: «мобильники», GPS-приемники, домашние, планшетные и карманные компьютеры, ноутбуки, нетбуки, электронные платежные карточки, вездесущий интернет, цифровое телевидение на тончайших жидкокристаллических экранах, накопители информации на миниатюрных «флешках» – список можно продолжать и продолжать. На повестке дня – «облачные» серверы, бесплатная высокоскоростная связь, квантовые компьютеры и домашние роботы. Кое-кто из числа доморощенных футурологов переживает, что человечество использует информационные технологии с малой эффективностью. Дескать, стандартный «айфон» по вычислительной мощности давно обошел лунную программу «Сатурн-Аполлон», а обыватели не придумали для него ничего умнее бессмысленных игр типа «Тетриса». На самом деле то, что могла дать информационная революция космонавтике, она ей уже дала.
Из всех достижений последнего времени я выделил бы одно, но весьма значимое. Летом 2003 года на Марс отправились американские планетоходы «Спирит» (“Spirit” с англ. «Дух») и «Оппортьюнити» (“Opportunity” с англ. «Возможность»). Планировалось, что в лучшем они проработают на поверхности красной планеты девяносто дней, однако «Спирит» проработал шесть лет, а «Оппортьюнити» продолжает функционировать до сих пор! Планетоходы передали с Марса терабайты информации, десятки тысяч прекрасных снимков, которые с небольшой задержкой выкладывались в интернет, что позволило привлечь к их изучению сотни сторонних специалистов и миллионы простых пользователей. Научное исследование Солнечной системы в одночасье стало доступным даже для тех, кто никогда не собирался в космос. Разве это не революция?..
Однако давайте взглянем на межпланетные аппараты с высоты стратегии космического развития нашей цивилизации, отставив их научную ценность в стороне. Мы увидим, что по сути они нужны только для решения двух главных задач: разведка местности и отработка технологий связи и управления на больших дистанциях. Решение первой задачи необходимо для того, чтобы четко понимать, куда и зачем человеку лететь в первую очередь, какие трудности ему предстоит преодолеть. Решение второй – для того, чтобы снабдить пилотируемый корабль всеми необходимыми в таком рейсе системами, надежность которых будет гарантирована предшествующей эксплуатацией аналогов. И лучшим местом, где такие системы могут пройти полноценную обкатку в условиях, приближенных к «боевым», по-прежнему остается Луна.
3.2. Гелий и вода
Наши представления о Луне менялись столь же часто, как и наши представления о Вселенной в целом. Только одно не подвергалось сомнению: Луна – естественный спутник Земли, дарованный нам природой.
В эпоху геоцентрической системы мира Луна представлялась идеальным шаром, обиталищем духов и высших существ. После открытий Николая Коперника и Галилео Галилея ее стали считать уменьшенным подобием Земли и «населять» человекоподобными селенитами. В 1753 году иезуит Руджер Бошкович доказал, что у Луны нет атмосферы, а значит, темные пятна, названные морями, не имеют никакого отношения к водным ресурсам. Однако надежда найти на ней жизнь оставалась. Еще Исаак Ньютон разработал методику определения массы Луны по величине земных приливов, затем она несколько раз уточнялась. Оказалось, что масса Луны в 81 раз меньше массы Земли. Зная угловые размеры Луны, легко вычислить ее среднюю плотность – 3,33 г/см3 (против 5,52 г/см3 у Земли). Это очень низкое значение, и оно породило множество гипотез о физическом строении нашего естественного спутника. Одна из них гласит, что Луна является полой, а внутри у нее достаточно пространства для поддержания экзотической биосферы. Гипотеза пользовалась популярностью – достаточно вспомнить роман Герберта Уэллса «Первые люди на Луне» (“The First Men in the Moon”, 1901) и повесть Николая Носова «Незнайка на Луне» (1965), – но выглядела слишком уж фантастической, посему в ходу были и другие. Селенитов собирались найти на невидимой обратной стороне Луны, на дне глубоких разломов и пещер. Кроме того, энтузиасты космических полетов верили и старались заразить своей верой других, утверждая, что на Луне находятся целые поля самородного золота, изумрудов и даже расщепляющихся элементов. Если бы и впрямь все это, включая какие-то элементарные формы жизни, удалось найти на Луне, то ее освоение обрело бы коммерческий смысл.
Хотя до сих пор мы не можем точно сказать, почему средняя плотность Луны ниже ожидаемой (возможно, у нее просто отсутствует металлическое ядро) и как вообще сформировалось ближайшее небесное тело, многие из старых гипотез опровергнуты результатами исследований, проведенными с помощью советских аппаратов серии «Луна». И, разумеется, важнейшим в этой связи остается опыт, полученный астронавтами программы «Сатурн-Аполлон».
Изучение образцов грунта, доставленного на Землю американскими астронавтами, позволило говорить о том, что в принципе Луну можно использовать в интересах индустрии. Разумеется, транспортировать оттуда железо, титан или алюминий, которые содержатся в поверхностных минералах, вряд ли имеет смысл – такого добра и на Земле предостаточно.
Лунный пейзаж
А вот некоторые космогенные изотопы, накапливаемые лунным реголитом, достаточно редки. Речь прежде всего идет о так называемом гелии-3 (3Не), который присутствует в солнечном «ветре» – до Земли он не долетает, поскольку «экранируется» магнитным полем, а на Луне его связывает ильменит FeTiO3, обильные запасы которого обнаружены в Море Спокойствия и в Море Кризисов. Изотоп гелий-3 считается идеальным топливом для термоядерных реакций. Современные разработки в области термоядерной энергетики опираются на реакцию синтеза стабильных изотопов водорода – дейтерия (D, 2Н) и трития (Т, 3Н), – однако она имеет серьезный недостаток – высокую радиоактивность, сопоставимую по биологической опасности с излучением урановых реакторов (происходит это за счет радиоактивности трития и выделения нейтронов в ходе реакции). Синтез с участием дейтерия и гелия-3, хотя и требует более высоких температур «зажигания», лишен этого недостатка. Кроме того, продуктом реакции становится поток заряженных протонов, энергию которых можно отбирать непосредственно, что способно повысить кпд всей установки до невероятно высокой величины – 80–85 %!
Ученые давно знают, какой мощный потенциал содержится в гелии-3 и, соответственно, в лунном грунте. Анализ показал, что из реголита можно выделить до 106 т гелия-3, что обеспечило бы потребности земной энергетики на целое тысячелетие! По более современным прикидкам, запасы гелия-3 на Луне на три порядка больше – 109 т (то есть речь идет уже о миллионе лет). Однако этот ценный изотоп нужно каким-то образом добывать. Сегодня существует несколько проектов лунных комбайнов разной степени проработанности, и главная проблема тут в том, что для добычи всего лишь 1 кг гелия-3 необходимо переработать 100 тыс. т реголита. Его нужно извлечь, по возможности измельчить, нагреть до температуры 800 °C, выделить газы, разделить их, а «выхолощенный» грунт вернуть на место. Весь этот процесс требует привлечения крупногабаритных конструкций и значительной энергии. Энергию можно взять у Солнца, но в таком случае потребуются поля солнечных батарей. Первое, что приходит в голову – построить все на месте из тех материалов, которые содержит реголит: из кремния можно сделать ячейки солнечных батарей, из титана – несущие конструкции, из алюминия и железа – оболочки и механизмы. Но опять же чтобы сделать все это, надо развернуть на Луне широкомасштабное производство, состоящее из множества звеньев: извлечение сырья, переработка, плавка, прокат, сварка, механическая сборка, лабораторные и полевые испытания. Будут ли такие системы надежными? Как подступиться к их конструированию? Окупятся ли расходы?
Критики проектов добычи гелия-3 указывают на самую главную проблему – развитие лунной индустрии имело бы смысл, будь у нас хотя бы один работающий термоядерный реактор. Но строительство первого прототипа ITER (Международный экспериментальный термоядерный реактор) под французским городом Кадараш затягивается из-за проблем с финансированием; к тому же он будет использовать в качестве топлива дейтерий-тритий, а не дейтерий-гелий-3. Как будет выглядеть ректор на гелии-3? Какие ресурсы придется привлечь для его строительства? Стоит ли вкладывать деньги в проект, технические черты которого пока не определены? Не станет ли гелий-3 очередной утопией?
Лунный грунт из Моря Изобилия, доставленный межпланетным аппаратом «Луна-16»
Так или иначе, но для начала необходимо провести углубленную разведку имеющихся на Луне ресурсов, раз и навсегда избавившись от оценочных суждений. И короткими высадками в духе программы «Сатурн-Аполлон» тут не отделаешься – основу для будущей индустрии может создать только полноценная обитаемая база. Причем работать на ней должны не профессиональные космонавты, а геологи, селенологи, химики, инженеры-технологи. В этой связи вспоминается хрестоматийный пример. Из двенадцати землян, побывавших на Луне, только один не был летчиком-испытателем – 37-летний геолог Харрисон Шмитт, который обучал астронавтам основам своей науки. Однако когда Шмитт сам оказался на Луне в составе экспедиции «Аполлон-17», он сумел собрать намного больше сведений о составе и строении реголита, чем члены всех предшествующих экспедиций. В XXI веке участие ученых в космических полетах должно стать нормой, а не уникальным событием – каждый должен заниматься своим делом.