Траектория жизни

Споры вокруг Марса

Американские президенты Рейган и Буш несколько раз создавали комиссии по определению долгосрочных целей космической программы и каждый раз получали вместо обоснованной программы слабо мотивированные лозунги: «Колонизация Марса!», «Освоение Солнечной системы!». Появление этих неубедительных предложений, на первый взгляд, трудно объяснить.

Но в те времена такой подход к выбору целей казался вполне естественным. Было кому подбросить и М. С. Горбачеву идею выступления с объединяющей два народа космической программой марсианской экспедиции. Военно-промышленный комплекс, в условиях окончания «холодной войны» и неизбежного сокращения расходов на вооружения, был заинтересован в получении пусть и бессмысленного, но крупного правительственного заказа, подкрепленного к тому же международными обязательствами. Марс ВПК, конечно, не интересовал. Надо думать, что и в демократических Штатах военно-промышленное лобби действует, исходя из тех же стремлений, разве только лучше маскируемых. Но теперь ситуация изменилась.

Для тех, кто мечтал, что человек, проникший в космическое пространство и достигший Луны, непременно вслед за этим отправится на Марс, наступила полоса разочарований.

Не думаю, что полет на Марс будет осуществлен в обозримом будущем. Хотя вообще-то о сроках говорить почти не имеет смысла. И дело совсем не в том, способна ли на это сегодня наша техника. Да, пока еще не способна, но если все же возникнет необходимость в полете на Марс, подготовка к такому полету займет, быть может, десять — пятнадцать лет. Но зачем нам понадобится осуществлять это грандиозное предприятие? Убедительных доводов нет. Напротив, легко проглядывается элемент детской логики: «Раз туда можно добраться, значит нам туда и нужно!»

Действительно, если, например, выбрать целью полет на Меркурий, то мы быстро обнаружим, что и добраться туда труднее, и слишком жарко, и атмосферы нет, и делать там вроде бы нечего — та же каменистая пустыня, что и на Луне. А Венера? На поверхности 450–500 градусов по Цельсию, давление совершенно непереносимое (100 атмосфер) и атмосфера ядовитая. Отпадает. Юпитер, Сатурн и далее — еще хуже и сложнее: и энергетика гораздо больше требуется, и сила тяжести больше, а уж об атмосфере лучше не говорить.

То ли дело Марс: сила тяжести на поверхности 0,4 от земной, атмосфера, хотя и весьма разреженная, но все же есть, температурные условия полегче, чем на Луне. Одним словом, Марс и понятнее, и доступнее.

Правда, остается неясной цель подобной экспедиции. «Почему же? — отвечают стремящиеся на Марс — Нам предстоит рано или поздно колонизировать эту планету». Но зачем и как? Марс явно непригоден для жизни человека. Температура на поверхности в средних широтах летом от 25 градусов днем до минус 70 градусов ночью, а зимой от минус 10 днем до минус 90 градусов ночью. Атмосфера — из углекислого газа, кислорода нет, давление атмосферы у поверхности в шестнадцать раз меньше, чем на Земле. Создать кислородную атмосферу на Марсе? Повесить на орбите спутника Марса искусственное Солнце? Инженерные оценки показывают, что это невыполнимые задачи. Еще допустимо, что мы когда-нибудь сможем поддаться соблазну и пойти на создание исследовательской базы на Марсе (если поймем, зачем она нужна), но необходимость и возможность колонизации Марса людьми представить себе трудно.

Что же касается целесообразности исследований поверхности Марса, то есть задача, которая могла бы оправдать их. Речь идет о знаменитой теме поисков жизни на Марсе. Некоторые основания для поисков (правда, может быть, ничтожно малые) и для надежд на успех вроде бы существуют. Есть остатки атмосферы, на снимках поверхности Марса как будто наблюдаются следы водной эрозии. Может быть, там живут простейшие организмы, на уровне, скажем, бактерий или грибков? Интерес представляют собственно не сами эти живые организмы, а механизм воспроизводства их жизни. Каков он? Такой же, как на Земле (с точки зрения устройства этого механизма, все мы — и растения, и животные — родственники), или нет? Если этот механизм схож, то имеет право на существование гипотеза «посева» жизни во Вселенной (хотя это и не явилось бы абсолютным доказательством — экспериментальная точка-то была бы одна). В случае, если воспроизводство окажется иным, получила бы существенное подтверждение теория самозарождения жизни.

Конечно, было бы естественно попытаться «отловить» живые организмы с помощью автоматических аппаратов, высаживаемых на Марс. Такие попытки делались, но пока безрезультатно. И точек забора проб было слишком мало, и сама методика анализа проб «на жизнь» не очень убедительна. Возникает задача доставки с Марса на Землю с помощью автоматических аппаратов проб грунта и атмосферы, взятых в большом количестве точек, чтобы подвергнуть их тщательному анализу. С помощью автоматических аппаратов было бы целесообразно попытаться выявить районы на поверхности Марса, в которых можно надеяться на обнаружение живых организмов. К таким районам могли бы, например, относиться подледные озера, если они существуют. Что касается открытых озер — они не наблюдаются, да как будто и не могут наблюдаться в настоящее время. Чтобы обнаружить интересные для исследования районы поверхности, стоило бы провести картографирование Марса с хорошим разрешением (порядка долей метра) для последующего тщательного изучения полученных карт, попытаться обнаружить лед (даже под слоем грунта), «подозрительные» расселины. Если бы обнаружился лед или тем более подледные озера, было бы важно привезти пробы грунта, льда и воды из этих районов.

После тщательного исследования и попыток обнаружения признаков жизни на Марсе можно было бы вернуться к рассмотрению целесообразности осуществления экспедиции на Марс, если беспилотный этап дал бы нам хоть сколько-нибудь обоснованные данные о том, что, с одной стороны, можно надеяться на обнаружение живых организмов, а с другой — что с помощью беспилотных аппаратов эти живые организмы никак не добыть.

Если такие данные будут получены или вдруг нам так повезет, что удастся обнаружить нечто оправдывающее марсианскую экспедицию, то можно будет принять решение о ее осуществлении.

Ее возможными задачами могли бы быть поиск и исследование районов поверхности Марса, где имеются какие-то шансы отыскать признаки жизни, поиск живых организмов или растений, взятие проб грунта (в разных точках поверхности и на разной глубине) и атмосферы, первичное изучение этих образцов на месте (чтобы можно было скорректировать программу исследований при положительных результатах), доставка проб грунта и атмосферы на Землю, изучение поверхности Марса, его строения, его естественной истории.

Технические средства марсианской экспедиции в значительной степени определяются основными операциями, осуществляемыми в процессе ее полета, самой схемой ее полета. Для осуществления марсианской экспедиции естественно было бы принять принципиальную схему лунной экспедиции: выход сначала на орбиту спутника Марса и затем спуск на поверхность Марса экспедиционного планетного корабля с экипажем планетной части экспедиции (остальная, орбитальная, часть экспедиции должна будет оставаться на орбите спутника Марса в орбитальном корабле экспедиции), проведение работ и исследований на поверхности планеты, сбор проб грунта и атмосферы, возвращение сначала на орбиту спутника, затем, уже в орбитальном корабле, к Земле.

Из самой схемы действий почти сразу следует вывод о целесообразности выделения трех частей марсианского экспедиционного комплекса: орбитального и планетного кораблей и разгонной ракеты, обеспечивающей выведение комплекса на траекторию полета к Марсу с орбиты спутника Земли. Облик этих частей существенно зависит от энергетических затрат на осуществление их операций, то есть от количества топлива, которое нужно израсходовать для выполнения динамических операций, связанных с изменением скорости движения кораблей.

Характеристики и планетного, и орбитального кораблей, а соответственно и разгонной ракеты в значительной степени определяются выбором параметров базовой орбиты спутника Марса (на которой после спуска планетного корабля остается орбитальный корабль) и способом выхода на эту орбиту марсианского комплекса. В качестве базовой орбиты можно выбрать, например, марсостационарную орбиту, находясь на которой спутник Марса будет висеть неподвижно над поверхностью Марса. Но при использовании этой орбиты затраты на выход и на сход с этой орбиты неоправданно велики: около 9 километров в секунду. Другим вариантом базовой орбиты могла бы быть сильно вытянутая эллиптическая орбита. Она может быть выгодна с точки зрения энергетических трат, но неудобна тем, что при ее использовании появятся неприятные ограничения по датам старта с этой орбиты к Земле. Наиболее удобной сегодня представляется круговая орбита с высотой порядка 300 километров. Эта орбита хороша еще и тем, что при выходе марсианского комплекса на нее можно обойтись малыми затратами топлива, если использовать торможение комплекса в атмосфере Марса.

Выбор базовой орбиты определяет схему конструкции и основные параметры планетного корабля. На планетном корабле целесообразно иметь две двигательных установки. Одна на посадочном устройстве (для схода с орбиты и посадки), другая — на взлетной ступени (для выведения на орбиту экипажа планетной экспедиции при ее возвращении на орбитальный корабль, сближения и стыковки с орбитальным кораблем).

Условия работы, большое количество включений двигателей определяют компоненты топлива: высококипящие, самовоспламеняющиеся, а следовательно, и токсичные. Токсичность компонентов — большой недостаток. Тем более что использование их приводит к выходу космонавтов на поверхность, «политую» ими. Да и есть в этом что-то нелогичное и непорядочное: являются люди на чужую планету, где они ищут жизнь, и начинают с того, что отравляют район посадки и предполагаемые живые организмы, которые они ищут в этом районе. Прагматические соображения подталкивают к надежным и удобным для применения токсичным компонентам, да и репутация людей у «марсиан» давно уже испорчена: ведь все опускавшиеся на поверхность Марса автоматы использовали такие же компоненты. Но неплохо бы поискать и нетоксичную пару высококипящих (то есть находящихся в жидком состоянии при нормальной температуре), самовоспламеняющихся (для обеспечения надежности работы двигателей, включающихся десятки, сотни и тысячи раз), достаточно стабильных ударостойких компонентов. В принципе есть пара компонентов, близкая по характеристикам к идеалу, определяемому этими противоречивыми требованиями: концентрированная перекись водорода и какое-нибудь нетоксичное углеводородное горючее с присадками, обеспечивающими самовоспламенение с перекисью водорода. При этом надо еще найти присадки к перекиси водорода (флегматизаторы), которые повышали бы ее стабильность.

На посадочном устройстве должны располагаться лабораторный и жилой отсек, оборудование, необходимое во время спуска и работы планетной части экспедиции на поверхности Марса, но ненужное при возвращении с поверхности на орбитальный корабль: это лобовой аэродинамический щит, используемый на основном участке торможения в атмосфере Марса, сбрасываемый после введения парашютной системы; парашютная система; лабораторный отсек для внутрикорабельных работ на поверхности; генераторы электроэнергии (скорее всего, изотопные); системы управления, связи, терморегулирования, включая подогреватели (скорее всего, опять же изотопные), необходимые во время марсианских ночей (да и марсианских дней тоже); оборудование и запасы систем жизнедеятельности (пища, кислород и вода); шлюз и скафандры для выходов из корабля; марсоход, позволяющий совершать достаточно далекие и длительные экспедиции по поверхности Марса, со своими системами электропитания, жизнедеятельности, связи, управления, трансмиссией, системой терморегулирования; исследовательское оборудование (атмосферные зонды, буровые установки, анализаторы, термостаты).

Тут возникает проблема объема лабораторного и жилого отсеков: ведь экспедиции придется работать на поверхности Марса от нескольких месяцев до полутора лет. Это означает, что нужно будет иметь десятки кубометров объема и отдельные каюты.

Сколько человек должно высаживаться на поверхность Марса? Естественно было бы в районе посадки и на марсоходе вести работы параллельно. Тогда экипаж экспедиционного корабля должен состоять из четырех человек (в каждой команде по два человека — для дублирования друг друга). Если стремиться к минимуму, то можно ограничиться двумя космонавтами, которые могли бы и работать на месте посадки, и совершать поездки на марсоходе. Последний вариант кажется не очень убедительным: лететь за тридевять земель и ограничиться минимальной деятельностью!? Да и безопасность такого варианта вызывает сомнения. Но возможен компромисс: иметь не один, а два марсианских экспедиционных корабля один с большим лабораторным отсеком для работ в районе посадки и другой с марсоходом.

Допустим, экспедиционный корабль стартует с поверхности Марса без посадочного устройства. При этом в его состав, помимо взлетной ракетной системы, должны входить кабина, аппаратура управления, навигации и сближения, аппаратура связи, телеметрических измерений, системы терморегулирования, электропитания (скорее всего, на химических источниках тока: время автономного полета без посадочного устройства мало), средства обеспечения жизнедеятельности экипажа (на запасах — по той же причине), стыковочное устройство.

Проблема связи планетного корабля с орбитальным может оказаться сложной из-за вращения Марса относительно плоскости орбиты орбитального корабля, так как они будут находится в прямой видимости друг друга не чаще одного-двух раз в сутки (если только плоскость базовой орбиты не близка к плоскости экватора). Связь между орбитальным и планетным кораблями, в лучшем случае только раз в сутки, едва ли можно будет признать удовлетворительной. Дело представляется еще более сложным, если вспомнить о необходимости связи между планетным кораблем и марсоходом после того, как марсоход уедет за горизонт от планетного корабля. Проблема могла бы быть решена, если оставить орбитальный корабль на марсостационарной орбите. Такая орбита должна быть в плоскости марсианского экватора на высоте порядка 17 тысяч километров над поверхностью Марса. При этом орбитальный корабль висел бы неподвижно над поверхностью Марса, и его положение на такой марсостационарной орбите можно было бы выбрать над точкой высадки планетной экспедиции. Тогда естественным образом обеспечивалась бы непрерывная связь орбитального корабля с планетным кораблем и с марсоходом.

Объем кабины экспедиционного корабля может быть для двух человек достаточно малым — порядка 3–4 кубических метров.

Проработки конструктивной схемы, характеристик оборудования, двигательных установок позволяют оценить массу планетного корабля (включая топливо) с экипажем из двух человек в пределах 50 тонн.

Для орбитального корабля и связанных с ним проблем коррекций траектории полета к Марсу и выведения с орбиты спутника Марса на траекторию полета к Земле такой определенности, как для планетного, нет.

Можно предложить два варианта решения задач выведения экспедиции на траекторию полета к Марсу и возвращения к Земле: использование электрореактивных и жидкостных реактивных двигателей.

Главное преимущество использования электрореактивных двигателей состоит в том, что оно позволяет на основных участках полета сократить в несколько раз расход топлива. Именно поэтому, когда вечерами, еще в период разработки «Востоков», мы размышляли над конструкцией и схемой кораблей марсианской экспедиции, то выбрали электрореактивные двигатели как основные. Кому первому пришла в голову мысль об использовании этих двигателей, вспомнить, наверное, сейчас уже и невозможно. Точно помню, что не мне. Возможно, кому-то из нашей группы, а может быть, из группы Максимова (они рассматривали корабль для пролета мимо Марса с использованием электрореактивных двигателей, правда, зачем пролетать мимо Марса — загадка еще более сложная, чем загадка необходимости экспедиции на Марс) попалась на глаза статья из какого-то журнала о целесообразности использования электрореактивных двигателей для межпланетных полетов. А дальше, скорее всего, идея распространилась и нашла своих сторонников и у нас.

С этих любительских проработок и оценок в нашем КБ начались работы над электрореактивными двигателями (ЭРД), которые продолжались едва ли не три десятка лет. Но наша тогдашняя проработка была совершенно несерьезной, и ориентация на электрореактивные двигатели для марсианской экспедиции была необоснованной. Но и в более позднем проекте марсианской экспедиции, который разрабатывался у нас в конце шестидесятых годов, было принято решение о выборе ЭРД для орбитального корабля. Надо сказать, что и это решение не было по-настоящему обоснованно. При использовании ЭРД придется на борту корабля сооружать электростанцию, масса которой даже при почти идеально легкой конструкции составила бы примерно половину массы орбитального корабля. Чтобы масса бортовой электростанции была не больше половины массы корабля, пришлось бы уменьшать тягу двигателя, что повлекло бы за собой увеличение времени полета экспедиции и времени воздействия галактического космического излучения, для защиты от которого на корабле пришлось бы устанавливать радиационное убежище с большой паразитной массой и с весьма ограниченным пространством для экипажа. Кроме того, отсюда вытекает проблема ресурса двигателей и затрат времени на его создание и отработку.

При использовании электрореактивных двигателей отдельная разгонная ракета не понадобится, ее функция перейдет к орбитальному кораблю, который в этом случае будет представлять собой единое целое с двигательной установкой.

Самое важное преимущество использования электрореактивных двигателей: увеличение конечной массы корабля или массы марсианского планетного корабля слабо влияет на увеличение стартовой массы и, следовательно, на общее усложнение предприятия в процессе его разработки и создания.

Корабли с электрореактивными двигателями имеют и принципиальные недостатки: отсутствует опыт многолетней эксплуатации этих двигателей, нужна мощная энергоустановка на борту корабля, ресурс работы самих электрореактивных двигателей должен исчисляться тысячами часов.

Для стартовой массы комплекса порядка 300–400 тонн на борту корабля потребуется установить электростанцию мощностью 30–40 тысяч киловатт с массой около 150–200 тонн.

Использование ядерной электростанции на борту ко всем осложнениям прибавляет проблему радиационной защиты экипажа и оборудования корабля. Причем задача усложняется тем, что ее нужно решать не только во время полета комплекса в целом (когда отсеки экипажа и ядерный реактор неподвижны относительно друг друга и, следовательно, можно ограничиться теневой защитой), но и на участках, когда планетный корабль уходит от орбитального или приближается к нему.

Корабль с ядерной электростанцией и с электрореактивными двигателями можно представить в виде составных частей, последовательно располагающихся вдоль его продольной оси: ядерная энергоустановка (ЯЭУ), электрореактивные двигатели, ферма, соединяющая ЯЭУ с отсеками корабля, радиатор системы терморегулирования ЯЭУ, для отвода тепла, не использованного в преобразователях, которые преобразуют тепло, выделяемое в реакторе в электроэнергию (по размерам это самая большая часть корабля), рабочие и жилые отсеки орбитального корабля, спускаемый аппарат, используемый при возвращении на Землю, планетный корабль.

Такая схема для марсианской экспедиции имеет то преимущество, что комплекс вытянут вдоль продольной оси, центр масс находится в районе соединительной фермы и довольно близко к естественной может быть реализована искусственная сила тяжести в отсеках экипажа.

Проблемы, связанные с энергоустановкой, могут существенно измениться, если использовать не ядерную установку, а солнечные батареи. Солнечные батареи смогут конкурировать с ЯЭУ только в случае, если масса ферменных конструкций и самих солнечных элементов, приходящаяся на один киловатт получаемой электроэнергии, не будет превосходить 7–10 килограммов. Эта задача может быть решена, если будут созданы пленочные солнечные батареи, предназначенные для работы в космосе, устойчивые к ультрафиолетовому излучению Солнца. Такие пленочные солнечные батареи могут оказаться необходимыми для марсианской экспедиции, для орбитальных электростанций и заводов. Это вообще актуальная задача для современной техники.

К принципиальным недостаткам марсианской экспедиции с использованием ЭРД относятся необходимость доставки экипажа на корабль уже за радиационными поясами, увеличение времени полета на несколько месяцев (из-за малого ускорения при разгонах и торможениях) и, соответственно, роста массы радиационной защиты, а следовательно, и массы всего марсианского комплекса (очень возможно в несколько раз).

Для варианта марсианской экспедиции с использованием только реактивных двигателей на химическом топливе существенно важным является выбор самой оптимальной по энергетике схемы полета.

В качестве такой схемы можно предложить следующую последовательность операций.

Выведение на низкую околоземную монтажную орбиту кораблей экспедиции и стыковка их между собой.

Доставка на комплекс экипажа с помощью транспортного корабля.

Выведение на монтажную орбиту водородно-кислородных блоков разгонной ракеты, предназначенной только для выведения кораблей экспедиции на траекторию полета к Марсу.

Стыковка их с кораблями экспедиции и заправка разгонной ракеты водородом и кислородом.

Старт к Марсу, с отбросом разгонной ракеты после окончания ее работы, с тем чтобы необходимая скорость ухода не превышала 3,5 километров в секунду.

Переход на сильно вытянутую эллиптическую орбиту спутника Марса, практически без расхода топлива, за счет торможения кораблей в атмосфере Марса. Во время движения в атмосфере корабль нужно будет защищать от нагрева теплозащитным экраном.

Отделение планетного корабля, его спуск, работа на Марсе, возвращение планетной части экспедиции на орбитальный корабль.

Отлет орбитального корабля с орбиты спутника Марса к Земле за счет использования маршевого двигателя объединенной двигательной установки орбитального корабля.

Переход экипажа в возвращаемый аппарат при подлете к Земле, отделение его от орбитального корабля, вход его в атмосферу Земли со второй космической скоростью и приземление.

В составе орбитального корабля представляется целесообразным иметь отсеки: управления, лабораторный, отдыха и приема пищи, физических упражнений и медицинского контроля, каюты членов экипажа, отсеки оборудования и радиационное убежище.

Необходимость радиационного убежища на орбитальном корабле объясняется тем, что после ухода корабля с низкой околоземной орбиты он выходит из-под защиты магнитного поля Земли, не пропускающего на высоту менее 300–400 километров потоки частиц с относительно малой энергией, выбрасываемых Солнцем во время вспышек, и галактическое космическое излучение (ГКИ), частицы которого отклоняются магнитным полем Земли и почти не достигают малых высот над ее поверхностью. Обычная тонкая оболочка герметичных отсеков корабля вне магнитного поля Земли уже недостаточна для защиты экипажа от радиационной опасности во время большей части одиннадцатилетнего цикла активности Солнца.

Оценки биофизика Евгения Ковалева, сделанные еще в семидесятых годах, показали, что при длительности марсианской экспедиции в три года и даже при осуществлении экспедиции в период наибольшей солнечной активности масса радиационной защиты должна составлять не 1 грамм на квадратный сантиметр, чего достаточно при полетах на низких орбитах, а 30–40 граммов на квадратный сантиметр (то есть 300–400 килограммов на квадратный метр!).

Чтобы уменьшить массу радиационного убежища, необходимо будет разместить его среди имеющегося оборудования, приборов, запасов пищи и воды. До отлета экспедиции с орбиты спутника Марса к Земле для радиационного убежища можно будет использовать и запасы топлива орбитального корабля, размещая его в цилиндрических баках относительно небольшого диаметра вокруг герметичных отсеков. При таком решении для радиационного убежища в основное время полета экспедиции дополнительных затрат массы почти не потребуется и практически весь объем герметичных отсеков можно сделать безопасным для радиации. Но после отлета к Земле объем, в котором придется жить экипажу экспедиции, придется сократить до минимального — с целью ограничения затрат массы на радиационное убежище.

Может появиться мысль о сокращении времени полета марсианской экспедиции для уменьшения затрат массы на радиационное убежище. Действительно, еще в конце шестидесятых годов В. К. Безвербым была предложена схема полета на Марс примерно с теми же, что и при обычной схеме, энергетическими затратами, но с длительностью экспедиции около двух лет. Однако если принять эту схему, то окажется, что время пребывания экспедиции на орбите спутника и на поверхности Марса сокращается до одного месяца. Это делает предприятие бессмысленным: затратить сотни миллиардов долларов, преодолеть колоссальное расстояние в космосе, и на исследование далекой планеты оставить меньше месяца? Для телевизионного шоу этого, может быть, и достаточно, но для разработчиков такая схема представляется похожей на предложение сыграть роль унтер-офицерской вдовы.

В связи с большой продолжительностью полета в системах обеспечения жизнедеятельности нужно будет использовать замкнутые системы по использованию кислорода и воды (с регенерацией углекислого газа, воды, как выделяемой экипажем в атмосферу при дыхании, так и технической, а также урины).

Чтобы представить характер марсианского комплекса при использовании жидкостных ракетных двигателей на орбитальном корабле можно привести результаты оценок массы основных составляющих. Масса планетного корабля, как и в предыдущем варианте, составит около 50 тонн. Масса орбитального корабля (заправленного) без возвращаемого аппарата — около 80 тонн. Масса возвращаемого аппарата — около 8 тонн. Масса разгонной ракеты — около 190 тонн. Общая масса комплекса перед стартом с низкой орбиты спутника Земли — около 300–400 тонн. Общая масса топлива, заправляемого в отдельные части комплекса, — около 250 тонн. Длина (при старте) примерно 40–50 метров.

Все это практически только качественные оценки. Они базируются на старых оценках изменений доз от ГКИ и от солнечных вспышек, на старых оценках необходимой массы радиационной защиты. Предполагалось, что марсианская экспедиция должна осуществиться в год максимальной активности Солнца, то есть когда оптимальная дата старта по энергетике совпадет с максимумом солнечной активности, иначе говоря, когда доза радиации от ГКИ в районе Марс — Земля снижается в два раза. Но доза радиации снижается, если активность Солнца достигает максимума (в одиннадцатилетнем цикле максимальная активность различна, и надо контролировать фактическую интенсивность ГКИ, причем в области пространства, расположенной ближе к Марсу, чем к Земле). Таким образом, к моменту реального планирования марсианской экспедиции требуется получить надежный экспериментальный материал по интенсивности ГКИ во время нескольких одиннадцатилетних периодов солнечной активности в районе Марс — Земля, а также произвести массовые оценки необходимой радиационной защиты в трехлетней экспедиции.

Если всерьез встанет вопрос об осуществлении марсианской экспедиции, то в самом начале работ придется решать еще одну проблему: проблему аварийного спасения. Длительный полет экспедиции вдали от Земли, без возможности оказания непосредственной помощи с Земли, диктует необходимостью полета не одного, а эскадры из двух-трех кораблей, которые могли бы оказывать помощь друг другу и в то же время не дублировали бы программы своих работ.

Наверное, когда-нибудь возникнет и задача полета людей к Венере. Из-за плотной атмосферы, в результате парникового эффекта давление близ поверхности Венеры составляет около 100 атмосфер, а температура около плюс 500 градусов по Цельсию. Вполне реален, однако, полет на орбиту вокруг Венеры и зондирование верхних слоев ее атмосферы аэродинамическими средствами.

Принципиально ничего невозможного нет и для полета человека к Юпитеру. Хотя он намного дальше, чем Марс и Венера, и лететь туда с обычной энергетикой около двух лет, а на возвращение потребуется лет пять. В отличие от пустынных поверхностей Луны, Марса и Венеры, напоминающих какие-то земные районы, Юпитер ни на что земное не похож. Скорее он напоминает погасшее Солнце. Думаю, что посадить корабль на эту планету никогда не удастся. Другое дело спутники этой планеты. Побывать на них как будто реально, но когда? Безусловно, эти задачи не представляются задачами сегодняшнего дня.

С идеями о полетах на другие планеты связаны и мысли, высказывавшиеся еще пионерами ракетной техники о космических поселениях. Причем расселение людей в космическом пространстве мотивировалось необходимостью.

Действительно, экологические проблемы, вставшие перед человечеством в XX веке, явились не только следствием безответственного расточительства природных ресурсов и безрассудного ведения промышленной и сельскохозяйственной деятельности, но и того, что Земля уже сегодня катастрофически перенаселена. По оценкам некоторых биологов для мирного сосуществования человека с природой необходимо было бы, чтобы население Земли не превышало 100–200 миллионов человек. А нас уже более 6 миллиардов, и народонаселение увеличивается.

Что нас ожидает?! Судьба саранчи, поедающей собственный дом? Как быть? Мысль о том, что космическая техника позволит решить проблему роста населения Земли, казалась мне в начале наших космических работ очевидной и одной из причин необходимости их развития. Приезжая на космодром на очередные запуски, я выступал перед местными инженерами с лекциями на тему «Зачем нужны полеты в космос» и пытался обосновывать их необходимостью решения проблемы перенаселения Земли. Позже, проведя для себя приблизительные расчеты стоимости космической эмиграции, и придя к мысли, что люди вряд ли захотят провести свою жизнь, по существу, в добровольной ссылке, я перестал выступать с такой аргументацией.

Мысли о возможности и необходимости создания космических колоний высказывал Циолковский еще в начале XX века.

Одно из наиболее ярких предложений по космическим поселениям принадлежит американскому физику Джерарду О’Нилу. Он разработал его с группой энтузиастов из Принстонского университета. О’Нил предложил несколько типов космических поселений — с населением от 10 тысяч человек до 20 миллионов. В последнем случае поселение должно было бы представлять собой два параллельных цилиндра, соединенных рамой, каждый из которых имеет диаметр 6,4 километра и длину 12 километров. Каждый цилиндр вращается вокруг своей оси со скоростью 0,53 оборота в минуту, что приводит к появлению на внутренней поверхности цилиндров, где обитают жители поселения центробежного ускорения, равного нормальному ускорению силы тяжести на поверхности Земли.

Цилиндры вращаются в противоположных направлениях для компенсации их кинетического момента, с тем чтобы он не мешал ориентировать поселение. Оси цилиндров ориентируются на Солнце. Часть стенок (примерно половина) прозрачна, и косо поставленные цилиндрические зеркала направляют свет от Солнца внутрь цилиндров. Длина зеркал равна длине цилиндра, а ширина соответствует ширине окон. Энергоснабжение поселения осуществляется с помощью тепловых электростанций, получающих энергию от Солнца с помощью двух параболических зеркал, расположенных на концах цилиндров, противоположных направлению на Солнце. На торцах цилиндров со стороны Солнца имеются причалы для кораблей.

Внутри цилиндров — нормальная земная атмосфера. На внутренней поверхности проложены основные транспортные магистрали, жилые помещения, заводы, общественные здания, магазины, здания с оборудованием, обеспечивающим функционирование поселения. Все это размещается как бы под единой холмистой крышей (крыша со стороны оси цилиндра: для жителей верх — ось цилиндра). Крыша покрыта грунтом, на котором растут деревья, трава, ведутся сельскохозяйственные работы, проложены прогулочные дороги, размещены пруды и озера. Одним словом, над жилыми и производственными помещениями воспроизводится земной ландшафт. В поселении осуществляется замкнутый кругооборот жизненного цикла с использованием как биологических, так и химико-механических методов. Строительные материалы, сырье, азот, углерод, водород доставляются с Земли, Луны или астероидов. Плотность населения составляет порядка 40 000 человек на квадратный километр, что примерно в четыре раза больше плотности населения в Москве! Иначе говоря, каждый цилиндр такого поселения — это город типа Нью-Йорка или Москвы с населением 10 миллионов каждый, но практически все жилые и производственные здания убраны под поверхность «земли».

Масса поселения может составить порядка 10 миллиардов тонн. Эта грандиозная величина сразу ставит вопрос: откуда взять такое количество строительных материалов? Авторы предлагают брать материал с Луны. Это предложение в какой-то степени связано с предлагаемым местом для поселения. Космические города предлагается разместить в четвертой или пятой точках Лагранжа системы Земля — Луна, расположенных на орбите Луны на равном расстоянии от Земли и от Луны. Французский математик Лагранж еще в XVIII веке показал, что тело, помещенное в одну из этих точек, будет сохранять устойчивое положение в системе Земля — Луна. Эта особенность точек Лагранжа может, по мысли авторов, несколько облегчить доставку материалов с Луны к месту строительства.

Добыча, доставка и переработка материалов представляется авторами следующим образом. На Луне создается горнодобывающая и горно-обогатительная промышленность с высоким уровнем автоматизации. Добытая полезная порода перерабатывается до нужной кондиции и засыпается в стандартные ковши. Ковши поступают на электромагнитную катапульту. Поскольку на Луне нет атмосферы, то весь разгон происходит на поверхности Луны. Линейный синхронный электрический двигатель (который и является катапультой) разгоняет ковши с породой до нужной скорости (более двух километров в секунду!), а затем переключается в режим торможения. В сторону движения ковш открыт, и поэтому при переходе двигателя в режим торможения подготовленная порода вылетает в направлении разгона. Направление и скорость подбираются таким образом, чтобы порода прилетела во вторую точку Лагранжа (расположенную по линии Земля — Луна со стороны, противоположной Земле). Там ее собирают перехватчики и на грузовых кораблях доставляют к месту строительства. На Луне же двигатель тормозит ковши до практически нулевой скорости, они направляются за очередным грузом и приступают к очередному циклу разгона.

Если исходить из того, что срок строительства одного поселения — 10 лет, то с Луны за год нужно отправлять около одного миллиарда тонн обработанной породы (30 тонн в секунду, при непрерывном выбросе!). А если решать таким образом задачу перенаселения Земли, стабилизировав его непрерывной эмиграцией в космос, то при приросте населения в 50 миллионов человек в год потребуется отправлять с Луны около 40 миллиардов тонн в год (и, соответственно, 1300 тонн в секунду!). Но это существенно больше, чем все добываемые полезные ископаемые на Земле сейчас.

В районе строительства, в вакууме, должны быть созданы склады для сырья, для полуфабрикатов, для готовой продукции, горно-обогатительные и металлургические заводы и прочее. Производительность этой промышленной страны в космосе (всего лишь только для того, чтобы своевременно вводить в строй жилье для растущего человечества) должна будет составлять примерно 30–40 миллиардов тонн продукции в год: это почти столько, сколько может перерабатывать и производить промышленность всей Земли.

Другое предложение — «Стэнфордский тор» (разработанный в Стэнфордском университете) предлагает строительство космических поселений в виде торов (тор — что-то вроде бублика) диаметром 1,6 километра, при диаметре поперечного сечения порядка 150 метров. Одно такое поселение, предназначенное для жизни 10 000 человек, практически представляет собой плотно застроенный город в виде одной замкнутой улицы со сплошной стеной домов и зданий по обе ее стороны. Тор вращается вокруг своей оси симметрии для обеспечения силы тяжести для его жителей. Парящее над тором зеркало (с диаметром, равным примерно диаметру тора) отражает лучи Солнца на кольцевое зеркало, вращающееся вместе с тором, которое и направляет их через кольцевые окна внутрь тора. Вдоль оси тора размещаются оборудование, причалы и производство. Давление воздуха в торе 0,5 атмосферы при нормальном для Земли парциальном давлении кислорода.

За счет относительно меньших размеров по высоте и по ширине обитаемого пространства расход массы конструкции в этом проекте примерно на порядок меньше, чем в проекте О’Нила, но зато и на порядок меньше приходящийся на одного человека объем.

Но даже и в этом варианте легко просматривается, что создание космических поселений не может быть путем решения проблемы перенаселенности Земли. В принципе такие грандиозные работы можно было бы себе представить, если бы человечество обзавелось специально созданными для жизни и работы в космосе вполне разумными (и постоянно желающими работать!) существами-роботами в достаточно большом количестве, которые могли бы сами проектировать и осуществлять все что угодно и где угодно (как джинны) и в тоже время послушно выполняли бы задания землян.

Но даже если предположить, что такие поселения построены, захотят ли люди жить в банке, пусть даже диаметром 150 метров? Чем они будут заниматься? Что производить? Нормальный человек — это не только человек разумный, но и человек работающий! Тут масса вопросов для психологов. Можно даже придумать какую-нибудь «баночную» веру, но вряд ли она сможет просуществовать вечность?

А нельзя ли предложить что-нибудь более рациональное, чем строительство колоний в космосе? Не может ли Луна стать местом эмиграции избыточного населения Земли? Площадь поверхности Луны примерно 40 миллионов квадратных километров, и если на ее поверхности построить город с плотностью населения Москвы, то можно было бы поселить в нем сто миллиардов человек, тем самым на несколько столетий отодвинув жилищный кризис на Земле. Если при этом всю поверхность Луны покрыть солнечными батареями, то на каждого жителя лунной колонии придется около 10 киловатт, что сегодня представляется достаточным.

Конечно, это более доступный способ расселения людей вне Земли, чем поселения О’Нила. Но принципиальная проблема остается. Ведь на Луне нет атмосферы, и людям пришлось бы всю жизнь жить в герметичных подземных (вернее подлунных) помещениях. Не думаю, чтобы люди захотели эмигрировать с солнечной Земли в лунные бункеры. Так что и Луна не подходит для решения проблемы роста народонаселения Земли. Скорее можно вообразить космические поселения для туристов.

Сегодня я думаю, что проблему перенаселенности Земли возможно решить только добровольным ограничением рождаемости, стабилизацией населения Земли. Это способен понять каждый человек. Людям ничего не остается, как смириться с таким ограничением и принять его как моральную (но не юридическую!) норму.