Научно-популярно о космосе и астрономии

Предыдущий пост Поделиться Следующий пост
О приоритетах космической экспансии
lozga
01.jpg
11 июня успешно завершилась кампания по сбору средств на создание проекта миссии пилотируемого облета Марса и Венеры. Я уже некоторое время хотел написать о том, куда и зачем лучше лететь, но, поскольку очень критически отношусь к облетным миссиям, откладывал публикацию, чтобы критикой ненароком не помешать в целом полезной идее. Ну а сейчас, присоединившись к поздравлениям и пожелав всяческих успехов команде разработчиков проекта, можно без помех поразмышлять, какой объект будет наиболее востребованным для пилотируемой космической экспансии?

Как открытия меняли цели



02.jpg
Слева - Марс, как его видит телескоп Хаббл, справа - как видели Марс астрономы конца XIX века

Ответ на вопрос "куда лететь" был прост для фантастов начала-середины ХХ века - любая цель была привлекательной из-за нехватки знаний. Таинственная обратная сторона Луны, покрытая вечными облаками Венера, Марс со своими каналами - лететь надо было всюду. Но научные открытия оказались горькими. На Луне не оказалось атмосферы, аборигенов или чего-нибудь интересного кроме реголита и вулканических пород. Венеру, которую представляли прошлым Земли, не населяли доисторические женщины, а под облаками оказался настоящий ад с температурой 500° и давлением 100 атмосфер. Марс, на котором должна была быть древняя мудрая цивилизация, борющаяся с нехваткой воды и кислорода, или, в крайнем случае, ее развалины, оказался мертвым, и даже обнаруженный зондами в Кидонии сфинкс с пирамидами оказался, как и каналы, оптической иллюзией. И сложно что-то ответить человеку, называющему лунную программу, в которой люди шесть раз высадились на другое небесное тело, обидным словом "флаговтык". Действительно, люди ушли с Луны и уже сорок лет не мотивированы возвращаться обратно.
В двадцать первом веке ситуация не сильно лучше. Мы узнали очень много благодаря автоматическим миссиям, но в мире тех, кто работает в отрасли или просто интересуется космосом, нет единства мнений по поводу цели следующего "гигантского скачка" человечества. В спорах и дискуссиях отстаиваются несколько наиболее перспективных объектов:

  • Луна. За лунную базу выступает, например, новый директор Европейского космического агентства Йохан-Дитрих Вернер. Как бы ни была полезна МКС, она не вечна, и на майской конференции Вернер предложил идею базы на обратной стороне Луны.

  • Марс. Это ультимативная цель в сегодняшних планах NASA, и миссии к Луне и астероидам они рассматривают только как подготовительные этапы. Кроме государственного космического агентства, Марс как главную цель рассматривает Марсианское общество Роберта Зубрина, также, декларирует желание отправить людей на Марс в один конец компания Mars One (но они могут оказаться жуликами)

  • Облетные миссии. В 2013 году миллионер и космический турист Деннис Тито представил проект Inspiration Mars - облетной миссии к Марсу продолжительностью 500 дней в 2018 году. Сейчас, в 2015, уже ясно, что этот проект никуда не полетит - денег еще нет, а времени на подготовку уже не осталось. Но новые идеи выдвигаются сейчас и будут появляться в будущем.

  • Орбитальные станции. Фактически единственный успешно работающий сейчас проект - МКС летает уже 15 лет, и на ней непрерывно работают люди, экспедиции посещения летают на китайскую "Тяньгун". Кроме орбиты Земли предлагались идеи станции в точках Лагранжа и на орбите Луны.


Попробуем рассмотреть эти варианты подробнее.

Проклятие облетной миссии


Так называемая облетная миссия заключается в том, что корабль, стартуя с низкой околоземной орбиты, пролетает мимо объекта-цели без выхода на его орбиту. Иногда можно ухитриться посетить несколько объектов, меняя орбиту гравитационными маневрами у планет-целей. Обычно в качестве целей выбираются соседние с Землей планеты - Марс, Венера. Такие проекты создавались в СССР и США, в 2013 году много шума наделал проект Тито, а сейчас разработать проект такой миссии хотят энтузиасты космонавтики из России.

03.jpg
В проекте облетной миссии 2021-2023 года предлагается использовать корабль на базе европейского грузовика ATV

Но у любой облетной миссии есть огромная проблема, средства решения которой должен представить коллектив разработчиков. Говоря простым языком, облетная миссия - это сидение месяцами в тяжелых и опасных условиях небольшого корабля ради нескольких часов пролета мимо планеты-цели. Что в таких условиях сможет сделать человек? Сфотографировать планету с орбиты и нажать несколько кнопок, включая научные приборы? Но с этим прекрасно справятся автоматы, которые меньше весят, не нуждаются в еде, воде, кислороде и средствах гигиены, могут лететь годами в спящем режиме, обладают в буквальном смысле железными нервами, а их гибель не является трагедией.

04.jpg
В миссии Inspiration Mars пришлось бы смотреть на ночную сторону Марса, что еще тоскливее

Зачем вообще посылать людей, если автоматы будут проще, дешевле, а справятся с задачей лучше? Команда разработчиков облетной миссии должна придумать какую-то высокую и важную задачу, для которой нужны именно люди, а их риск и неудобства будут чем-то оправданы. При этом те идеи, которые выдвигались, не выдерживают критики:

  • Получение новой научной информации. За несколько часов пролета мимо цели люди не смогут получить больше научной информации, чем робот. К тому же робота можно перевести на орбиту планеты, и он будет там находиться годами.

  • Изучение воздействия на людей длительного космического полета. Этим лучше всего заниматься на орбите Земли, откуда всегда можно вернуться в течение нескольких часов. При необходимости можно летать над радиационными поясами, получая такую же дозу радиации, как и в межпланетном полете, но без риска погибнуть из-за сломавшейся техники на полпути к Венере.

  • Престиж. Надеяться на то, что облетная миссия будет оправдана престижем "мы были у Марса" не стоит. Несколько часов около Марса - это не колония, и даже не высадка. На мой взгляд концепция "лететь семнадцать месяцев ради двух часов у Марса" выглядит жалко и неуловимо напоминает анекдоты про кошение травы в противогазе.



Дорога орбитальных станций


05.jpg
Станция "Салют-7"

Орбитальные станции появились уже сравнительно давно - "Салют-1" отправился в космос весной 1971 года. Он создавался как асимметричный ответ на лунную программу США, но идея пережила конкурента и оказалась очень полезной. Именно орбитальные станции позволили людям находиться в космосе не днями, а месяцами. На орбитальных станциях ведется множество физических, биологических, медицинских и других экспериментов. Сравнительно недавно появились проекты частных орбитальных станций. Но с точки зрения космической экспансии орбитальная станция - это перевалочный пункт, а не конечная цель. Космос пуст, и, в отличие от планеты, орбитальная станция не может использовать местные ресурсы. Поэтому сейчас энтузиасты орбитальных станций не могут ответить на вопрос, зачем нужна орбитальная станция дальше низкой земной орбиты. Наверное, поэтому нет ярких и заметных проектов новых орбитальных станций. Да, иногда говорят о станции в одной из точек Лагранжа, но, опять же, она рассматривается обычно как перевалочный пункт по дороге к Луне.

Два финалиста


В итоге у нас с вами остались два финалиста - Луна и Марс. В течение последних месяцев я постепенно приходил к выводу о том, что целью двадцать первого века должна стать Луна. Пусть по Марсу ездят роботы, но даже высадка туда, на мой взгляд, нерациональна. А вот попытаться построить базу на Луне, хотя бы посещаемую, стоит, и я попробую аргументировать свое мнение.

Аргумент первый. Полетное время


06.gif
Расстояние до Луны в масштабе скорости света

До Луны можно добраться за три дня. До Марса надо лететь примерно полгода. Этот простой факт на нашем текущем уровне технологий является самым важным. С Луны возможна аварийная эвакуация, с Марса - нет. Из 9 пилотируемых полетов к Луне один (Аполлон-13) столкнулся со смертельно опасной аварией, но возможностей лунного модуля хватило на поддержание жизни астронавтов на время возвращения. Подобная авария на пути к Марсу - верная смерть. А техника никогда не бывает надежной на 100%.
Расстояние до Луны - примерно одна световая секунда. Можно легко поддерживать связь в реальном времени и синхронизировать работу научных приборов. Расстояние до Марса колеблется от 3 до 22 световых минут. Если вы захотите "позвонить" на Марс, то ваш собеседник ответит вам в лучшем случае через 6 минут, а в худшем случае через 40. Единственный вариант приемлемого общения - электронная почта. А каждые 26 месяцев на протяжении примерно двух недель, когда между Землей и Марсом находится Солнце, связь вообще невозможна.
Кроме связи, длительность полетного времени предъявляет качественно другие требования к кораблям. Для двух недель рейса Земля-Луна-Земля хватает невозобновляемых запасов воды, еды, кислорода и электричества. Рейс к Марсу не сможет обойтись без замкнутой системы жизнеобеспечения, которая на порядок сложнее.

Аргумент второй. Ничего не бывает бесплатно


Посмотрите на карту характеристической скорости (delta-V), которую надо затратить для перемещения между телами Солнечной системы:

07.jpg

Белый треугольник означает возможность аэродинамического торможения об атмосферу. На уровне схемы все кажется простым, и запас характеристической скорости кажется сравнимым для дороги к Луне и Марсу. Однако аэродинамическое торможение не бесплатно. Аэродинамический щит и система посадки имеет массу. И не факт, что посадочная система для Марса, использующая "бесплатное" торможение об атмосферу, будет легче, чем система посадки на Луну. Например, посадочная ступень для мягкой посадки 900-килограммового марсохода Curiosity весила 2,4 тонны. Посадочная станция для Луны с такой же начальной массой позволит посадить примерно 1,5 тонны на поверхность, чего хватит на аналогичный ровер и посадочную ступень.

Аргумент третий. Не повезло с атмосферой


08.jpeg
Пыль на солнечных панелях марсохода Spirit

В целом, атмосфера Марса отличается удивительно неудобными характеристиками. Давление на поверхности Марса сравнимо с давлением на высоте ~30 км над Землей, а сама атмосфера на 95% состоит из углекислого газа. С одной стороны, атмосфера слишком плотная, чтобы игнорировать ее при взлете или посадке, с другой стороны, она слишком разреженная, чтобы хотя бы ходить по поверхности без скафандра. Ее затруднительно использовать для чего-нибудь полезного. Да, в ней смогут летать специально спроектированные аппараты и, например, ее можно пытаться использовать для выращивания растений и получения кислорода, но это сложно. Атмосфера недостаточно плотная для того, чтобы хранить тепло, и, несмотря на то, что на Марсе не бывает экстремальной лунной жары, условия не сильно лучше. Диапазон от -140° до +20°, увы, вполне сравним с лунным -170° - +110°. Марсианская атмосфера также позволяет образовываться пыльным бурям планетарного масштаба, которые будут мешать работе солнечных батарей и засыпать всю технику пылью. На Луне пыль тоже неприятная, она абразивная и потребует повышенного внимания при разработке трущихся частей механизмов. Но в целом атмосфера Марса ничуть не делает его симпатичнее Луны, а, возможно, и наоборот.

Аргумент четвертый. О воде и ресурсах


Последние годы воду обнаруживают по всей Солнечной системе от Меркурия до спутников Сатурна. Как это ни прискорбно, но эти открытия ничуть не подстегивают усилия по колонизации - прочие условия остаются критически неудобными. Вода есть на Марсе и на Луне, и там и там ее достаточно много. Возможно, на Марсе ее проще добыть, на нем достоверно есть лед в больших и концентрированных количествах, но в кратеры на полюсах Луны еще толком никто не спускался, возможно, добывать там воду будет не сложнее.

09.jpg
Синее - вода, зеленое - яркость в инфракрасном диапазоне, красное - минерал пироксен

С точки зрения геологии Марс богаче Луны. У него была длинная и интересная история, уже практически достоверно известно, что когда-то на нем были буквально океаны жидкой воды. История Луны беднее, на ее поверхности не было жидкой воды, и на ней не получится найти осадочных пород, в изобилии обнаруженных на Марсе. Но с точки зрения колонизации самым важным будет вопрос хозяйственного использования местных ресурсов. И тут, похоже, Луна не сильно отстает от Марса. Например, в исследовании 2014 года утверждается, что растения вполне успешно растут и в марсианском, и в лунном грунте. Да, конечно, в исследовании использовались симуляторы грунта, но поверхность Марса известна нам достаточно хорошо благодаря роботам, а грунта с Луны привезли довольно много, чтобы можно было надеяться, что симуляторы будут достаточно точными.

10.jpg
Карта распространенности на Луне оксида железа

11.jpg
Разные виды базальтов на Луне

Аргумент пятый. О науке


И на Луне и на Марсе можно проводить очень интересные исследования. На Марсе крайне интересной будет его история - как он терял воду и кислород, была ли на нем жизнь, и сохранилась ли она сейчас? На Луне можно проводить более широкий набор исследований. Кроме исследования Луны непосредственно, на ней можно построить телескопы, которые, работая вместе с земными, смогут создавать интерферометр с гигантской базой. Можно будет без труда рассмотреть небольшие планеты у соседних звезд и снять их спектр. Кто знает, может быть каменные планеты с обилием воды и кислорода являются такими же обычными, как газовые гиганты, которые мы можем разглядеть сейчас? Кроме того, Луна может стать полигоном колонизации. Как строить базу? Как организовывать в ней жизнеобеспечение? Как использовать местные ресурсы? Всему этому можно эффективно учиться на Луне. А что касается Марса - его историю уже сейчас успешно исследуют роботы, и, когда мы научимся строить колонии на других небесных телах, придет и его очередь.

12.jpg
Различия цвета поверхности Луны. Изображение получено из 53 фотографий, обработано в трех спектральных фильтрах с формированием изображения в искусственных, преувеличенных цветах

Аргумент шестой. О престиже



13.jpg

Есть мнение, что миссия к Марсу будет гораздо престижней лунной программы. Я не согласен. Дело в том, что лунная программа двадцатого века была, по сути, прыжком выше головы. Да, шесть экспедиций высадились на Луну, но три из них провели на поверхности всего сутки, а три оставшихся - всего трое суток. Это очень маленький срок. На Луне был всего один профессиональный геолог. Даже автоматы пока не высаживались на полюсах, и никто не производил глубокого бурения лунного грунта. Да, действительно, повторять американскую лунную программу неинтересно и не престижно. Но прийти надолго, построить базу, заняться наукой на широкую ногу - это будет действительно гигантский скачок вперед.

О том, где, чем и как можно заняться на Луне - в следующей части.
По тегу "мысли о будущем космонавтики" размышления о настоящем и будущем космонавтики.

Интересно? Подписывайтесь на обновления.

Записи из этого журнала по тегу «мысли о будущем космонавтики»


промо centercigr november 10, 10:40 5
Разместить за 30 жетонов
Девочка стала жертвой обстрела Еленовки подразделениями ВСУ, которые проводились с завидной регулярностью, и нуждалась в срочной операции. Ранение было серьезным, осколок повредил позвоночник, в результате чего у Вики отнялись ноги. Вика приняла на себя основной удар, в определённый момент…

  • 1
А почему при посадке MSL не использовали промежуточное аэроторможение для выхода на орбиту Марса? Сложно или бессмысленно?

Хороший вопрос. Навскидку я не могу ответить, знаю только что аэроторможение использовали орбитальные зонды, а посадочные аппараты шли на посадку сразу.

На мой взгляд, стационарная база на Луне - это абсолютно бессмысленная в научном плане штука.

На Луне нет погоды, за которой нужно вести режимные наблюдения, нет биосферы, за которой нужно вести наблюдения фенологические.

Поэтому изучать Луну нужно подвижными маршрутными отрядами.

Использование стационарной базы как точки снабжения маршрутных отрядов (как делалось, например, антарктическими экспедициями) - тоже бессмысленно.

При изучении земных территорий, как правило, база основывалась там, куда можно завезти большой груз дешевым транспортом, например морским или по зимнику. А потом уже маршрутные отряды, передвигающиеся вьюками или на своих двоих, с этой базы брали припасы.

В случае Луны, во всяком случае при современном уровне космонавтики, нам абсолютно всё равно, в какую точку вываливать снабжение, и вываливать его всё равно придется мелкими партиями.

Поэтому проще базу не делать, а сажать посадочные модули прямо по пути движения маршрутного отряда (который, кстати будет передвигаться на вездеходах, потому что больше не на чем).

Вот после совершения маршрутной съемки, когда будут выявлены точки, где интересно бурить на километры вглубь, надо будет строить постоянные базы, обслуживающие эти буровые (если только не дешевле будет автоматизировать процесс бурения. Тогда окажется что проще периодически маршрутным партиям или даже специальным экспедицям посещения посещать эти буровые и смотреть, что там набурили).

Меня привлекает идея телескопов-интерферометров и если размечтаться, то орбитального лифта. А для этого нужна база.

>> Да, шесть экспедиций высадились на Луну, но три из них провели на поверхности всего сутки, а три оставшихся - всего трое суток. Это очень маленький срок. На Луне был всего один профессиональный геолог.

А есть какие-то документальные подтверждения этим фразам?

А какие бы документальные подтверждения вас устроили?

> Но прийти надолго, построить базу, заняться наукой на широкую ногу - это будет действительно гигантский скачок вперед.

Это будет точно такой же скачок, как и первый ("Аполло" и "Луны"), потому что нет цели, есть лишь процесс. Всё начинается с цели, даже если целью принят процесс самого "делания". Постановка политической цели на примере "Аполло": "доставить человека на Луну, вернуть назад живым и захватить немного камней -- на всё 10 лет". Задачи были сформулированы из этой предельно ясной цели, и выполнены. После многократного повторения процесса выполнения этой задачи, операционные затраты на процесс превысили политические выгоды от него -- и всё.

Чтобы не повторить историю на более низком уровне (уже без цели, лишь ради процесса), нужно для начала сократить и переписать лунный словарь. Прежде всего вычеркнуть оттуда некоторые вредные слова, в порядке вредоносности: миссия, мы, наука, база, скачок, вперёд, колонизация, жизнеобеспечение и ещё много-много других, от которых остался один вред. Я не стану сейчас объяснять почему в список включено каждое слово, пусть это останется загадкой. Эти слова формируют ход мыслей, который уже завёл в абсолютный тупик, когда мотивацией для продолжения деятельности осталось лишь незнание как её прекратить без потери лица и контроля над финансовым потоком. Скажу лишь какое слово не нужно вычёркивать, хотя лучше перефразировать и сделать основой целеполагания: экспансия, но в перефразированном виде -- экономическая экспансия.

Чтобы люди, принимающие решения, могли слушать предложения о Луне, эти предложения должны быть сформулированы на основе понятных экономических терминов и концепций, и написаны понятным руководству языком управления проектами. Хоть до Луны и лететь 3 дня за 100 мегабаксов, принципиально она не отличается от проектов экономической экспансии в районы крайнего севера, куда лететь тоже может быть 3 дня, стоимость проектов исчисляется миллиардами, а климатические и технологические отличия требуют необычных технических решений. Но психологически сейчас Луна -- это где-то в другой вселенной, а не "тремя днями севернее Карского моря". В Карском море есть проекты освоения потому что экономика понятна и вычислима, риски и приобретения поддаются анализу и контролю, хотя сроки возврата инвестиций могут исчисляться десятилетиями, а сами инвестиции -- десятками гигабаксов. С Луной вообще-то легче и дешевле -- масштаб проектов может быть на порядок меньше по затратам, а приобретения могут давать качественное преимущество перед конкурирующими организациями. И вот этот момент должен быть предельно ясен: выгодоприобратетелем проекта будет спонсирующая организация, а не абстрактное всечеловечество. Неспособность даже мыслить таким образом является сегодня крупнейшим препятствием для экспансии, по сравнению с которым технические и финансовые проблемы можно считать тривиальными.

Edited at 2015-06-22 08:25 (UTC)

Глобальная и отдаленная цель "нельзя вечно жить в колыбели", действительно, не мотивирует. Поэтому я пробую придумать цели, которые реальные и полезные. Наука, например - собрать телескопы, которые бы работали интерферометрами с земными.

Тут, кстати, Лев Зелёный дал интервью о Луне и не только http://zavtra.ru/content/view/lev-zelyonyij-doroga-k-lune-zajmyot-dva-tri-dnya/

Хотя, если честно, мне не очень нравится его мнение. В том числе и по реформе Роскосмоса.

Чего они все зелёные?! То Лев, то Кот!%))

Нужна робо-база на Луне. Вот, когда автоматы освоятся, добудут воду, нароют нор, оборудуют космодром... тогда можно будет и о людях подумать.

Согласен, начинать рационально с автоматов, но люди, думаю, смогут появиться достаточно скоро, нет необходимости ждать всего готового.

По большому единственные существенный аргумент за пилотируемые полеты на Луну - это отладить технологии там где проще и ближе. Перед тем как лететь дальше. Но этого аргумента вполне достаточно.

Отладить технологии - это цель важная, но побочная. Надо найти важную цель уже на Луне.

А почему вы не расматриваете освоение астероидов в качестве цели?

Объекты пояса астероидов слишком далеко, а околоземные астероиды очень маленькие. Думаете, от них может быть толк?

Потрязающе. Столько написано но даже отдаленного ответа на
вопрос ЗАЧЕМ нужна колонизация планет не просматривается.

ЗАЧЕМ людям нужно жить вне Земли? Кому какая от того польза?

Re: ЗАЧЕМ???

Бабло. Там, наверху, есть большая куча бабла. Мы только ещё не знаем, где.

2. Это клише, которым вы воспользовались не поразмыслив. Сегодня, и в любое другое время, обладание ключевой информация определяет исход дел. Наука -- это всегда занятие одиночек, вы похоже с ней лично не знакомы и не видели своими глазами как она делается. Ваши примеры (ИТ, АЭС) показывают что вы не поняли тезис -- будем считать что это из-за моего неудачного объяснения. Ну а если вам хочется ярких исторических примеров, то погуглите "схема Теллера-Улама", которая по словам самого Теллера (на старости лет, когда ему уже было всё равно) на самом деле была схемой Улама. Один человек мог дать эту информацию, или не дать, с понятными последствиями для истории. Примеров таких, больших и малых, есть сколько угодно -- вся история науки из них составлена. Но я не пытаюсь переубеждать -- я лишь попытался объяснить.

3. Лицо. Цена не имеет значения -- в больших делах её платят не те кто хочет сохранить лицо.

4. Это не идеал, а могила -- уже поконкурировали, и закончилось трагично для обоих в конце концов. Идеал -- это делать то что хочешь, понимаешь и нравится, чтобы мотиватор был внутренним и цели не зависели от других. Пока китайцы демонстрируют некоторые признаки именно этого, хотя это лишь впечатление. У бизнеса таким мотиватором является бабло, потому с бизнесом понятно как иметь дела.

  • 1
?

Log in

No account? Create an account