Знание-сила, 2008 № 01 (967)

Казалось бы, совсем недавно отгремели фанфары по поводу полувекового юбилея космической эры. На какое-то время воспоминания о славной героико-романтической эпохе первых спутников заслонили происходившие тогда же события, о которых, правда, мало кому в ту пору было известно, как-то о военной составляющей в завоевании околоземного пространства, и несколько отодвинули обсуждение проблем современной космонавтики, накопившиеся за те же пятьдесят лет. Что ж, это не менее важные темы нашей рубрики, и именно им она сегодня будет посвящена.

Александр Голяндин

Марс и Луна: дубль первый

Мы уже не раз писали о грандиозных планах освоения Луны и заселения Марса. Как ни странно, на заре космонавтики эти планы еще более поражали воображение. Казалось, их творцы не знали преград.

Для них полет на Марс был чем-то вроде трансатлантического перелета.

Они хотели оперировать десятками ракет, сотнями ракет, целой армией космонавтов... Так, для пионера ракетостроения, выдающегося немецкого и американского конструктора Вернера фон Брауна, его триумф — «Лунная программа», увенчавшаяся в 1969-1972 годах серией экспедиций на Луну, — казался лишь бледным отсветом его же фантазий, ради воплощения которых он готов был заключить сделку даже с дьяволом.

В комментариях к памятной речи Буша, возвестившего в 2004 году о намерении вновь покорить Луну (см. «З-С», №8/2005, №10/2007), говорилось, что, возможно, еще одной целью программы станет создание на Луне постоянной американской военной базы.

Эта идея тоже не нова. Уже на заре космонавтики США и Советский Союз строили планы использования космоса в военных целях. Так, американские власти намеревались разместить на Луне — вне пределов досягаемости возможного противника — атомное оружие.

Темные то были времена, конец 1950-х годов. Космос еще никак не покорялся первооткрывателям. На Земле вовсю шло соперничество за право первым надеть скафандр космонавта. Споры раздирали и верхушку военных. Какое оружие лучше всего использовать в космосе? Кто будет отдавать приказы на Луне?

Так, командование сухопутных частей считало, что Луна станет плацдармом пехотинцев. Ни ВВС, ни ВМФ США не вправе претендовать на использование космической военной базы. «На Луне нет ни воды, ни атмосферы, поэтому там нечего делать морякам, да и летчикам тоже не о чем спорить», — вспоминает популярные тогда аргументы профессор космической техники Херман Келле, в то время помощник Вернера фон Брауна.

По словам Келле, в серой лунной пыли «американские военные намеревались использовать опыт строительства станций в снегах близ Северного и Южного полюсов Земли». Тогда, еще до создания НАСА, «они надеялись отхватить себе порядочный кусок пирога». В головах экспертов созрел неотразимый план: проект «Horizon», строительство постоянно действующей, обитаемой военной базы на Луне.

К этому времени американцы уже доставили на орбиту свой первый спутник «Эксплорер-1», уступив, правда, пальму первенства Советскому Союзу. Тогдашние руководители американской космонавтики должны были спешить: в СССР готовились встретить полувековой юбилей Великой Октябрьской революции в самом неожиданном месте: на Луне.

Поэтому первую высадку на Луну американцы первоначально наметили уже на весну 1965 года, а в конце 1966 года — наперекор всем коммунистическим торжествам — на Луне начнет действовать американская база, на которой будет проживать двенадцать человек. Эта база «станет наводить ужас» на потенциальных противников США, ведь тот же Советский Союз попросту не сумеет уничтожить размещенное там оружие возмездия, то бишь атомное оружие. Использовать Луну как главный арсенал армии США — весьма неожиданная мысль.

Проект «Горизонт» разительно отличался от принятой впоследствии программы «Аполлон», которая увенчалась подлинным покорением Луны. Авторы проекта решительно брались за дело, не мелочась в фантазиях в ту пору, когда один виток вокруг Земли в космической ракете казался верхом достижений космонавтики. Итак, согласно этому проекту, на околоземной орбите создается пилотируемая станция (создатели современной МКС могли бы лишь позавидовать тогдашней легкости в планах и делах). Эта станция превратится в «орбитальную бензоколонку», где корабли, следующие к Луне, будут запасаться топливом. В подобной схеме есть логика, которой конструкторы были бы рады следовать и теперь. Сама возможность заправиться топливом на орбите предполагает, что на борт ракеты можно будет взять гораздо больше грузов, раз уж не надо загружать излишки топлива до старта.

По расчетам Келле, для строительства самого дальнего «оплота свободы и демократии» — военно-лунной базы — потребуется доставить в космос 245 тонн груза. Для этого нужно более двухсот раз отправить в полет грузовые ракеты типа «Сатурн». База будет расположена, разумеется, под поверхностью Луны, чтобы защититься не только от резких перепадов температуры, но и от смертоносного космического излучения. Ядерные реакторы, размещенные во мраке лунной ночи, принесут на Луну свет. Найдется применение и пустым топливным бакам. Они превратятся в жилища и рабочие кабинеты астронавтов.

Однако на деле все оказалось иначе. «Президент Эйзенхауэр был настроен очень критично по отношению к тем, кого он причислял к военно-промышленному комплексу, — вспоминает Келле. — Космонавтика была для него, скорее, научным проектом». Поэтому завоевание космоса надо было передать в руки гражданских специалистов. Это «завоевание» должно быть мирным.

После этого решительного поворота в верхах американской администрации свой резкий маневр совершил и Келле. Вместе с командой Вернера фон Брауна он перешел под крыло НАСА. Разработка ракет типа «Сатурн», намеченная Келле по месту прежней службы, теперь также становилась прерогативой НАСА. Для этого космического ведомства настали «золотые времена», вспоминает Келле. «За короткое время численность команды Брауна увеличилась с двух до восьми тысяч человек. К тому же Браун был напрямую связан с шефом НАСА, а тот подчинялся лишь президенту».

Зато проект создания лунной базы, требовавший огромного напряжения сил, был благополучно забыт. Решено было ограничиться лишь отправкой людей на Луну — тем более что в подготовке этой экспедиции в НАСА могли использовать наработки американских военных. Проект «Горизонт» превратился в программу «Аполлон». Впрочем, сам Келле вскоре вернулся в Европу, в Западный Берлин, где возглавил университетскую кафедру.

В годы зарождения космонавтики перед человечеством, казалось, уже не осталось преград. Все возможно: построить город на орбите, возвести военную базу на Луне, совершить путешествие на далекую звезду. Вернер фон Браун, например, мечтал о покорении Марса. Если бы его планы сбылись, люди ступили бы на Красную планету еще в начале восьмидесятых годов прошлого века.

Вернер фон Браун с детства читал истории о «таинственном Марсе». Обаяние этих романтических легенд определило выбор его цели жизни. Он начал строить аппараты, способные отправиться в космос — туда, в волнующую даль, населенную невиданными на Земле существами.

В годы Второй мировой войны молодой ученый, защитивший диссертацию, посвященную вопросам ракетной физики, стал техническим директором проекта V-2 — секретной нацистской программы «оружия возмездия», осуществлявшейся в Пенемюнде. Впоследствии недавний творец секретного нацистского оружия стал главным ракетным конструктором НАСА, а в 1970 году — заместителем директора космического ведомства США. Как видно из сего послужного списка, военное прошлое не поставило крест на карьере честолюбивого инженера: в конце Второй мировой войны американцы значительно отставали от Германии в области ракетостроения и проблему отставания решили просто — взяли на службу ведущих немецких специалистов в этой области. Всего через полтора десятилетия после «призыва на американскую службу» бывших светил нацистской науки и техники США стали космической державой.

В эпоху Холодной войны у Вернера фон Брауна было больше времени на мечты и раздумья. Так родился его план покорения Марса. Десять космических кораблей должны были проторить путь к Красной планете. В предстоявшей экспедиции Браун во всем хотел полагаться лишь на астронавтов и не скрывал своего скепсиса в отношении автоматических зондов. «Человек — это лучший компьютер на борту космического корабля, — говорил он с апломбом, — и, в принципе, он единственный компьютер, массовое производство которого можно наладить без особой на то подготовки». В покорении Марса должны были участвовать 70 человек.

Плацдармом для экспедиции стала бы околоземная орбита. По расчетам Брауна, потребовалось бы примерно 950 рейсов транспортных кораблей, чтобы прямо на орбите смонтировать эскадрилью пилотируемых аппаратов, которые повезут армию наемников к Марсу. Когда после многих месяцев флотилия достигнет Красной планеты, три крылатые ракеты высадят десант на поверхность Марса. Почти год астронавты будут исследовать планету, а затем отправятся в обратный путь. Всего же, как полагал Браун, экспедиция продлится почти три года.

Покорение Марса обойдется недешево, это было ясно Брауну еще в 1952 году, хотя он и утверждал, что затраты будут соответствовать расходам «на небольшую боевую операцию на ограниченном театре военных действий».

В последующие годы Браун не раз возвращался к излюбленному замыслу, привнося все больше экономии в план покорения соседней планеты. Так, в докладной записке президенту Никсону, написанной после успешной высадки на Луну членов экипажа корабля «Аполлон-11», он уверял, что всего за шесть-семь рейсов модифицированная лунная ракета «Сатурн-5» доставит на околоземную орбиту все необходимое для монтажа космического корабля, на котором небольшой экипаж мог бы отправиться к Марсу. Нужно лишь оснастить ракету «Сатурн-5», писал Браун, «третьей ступенью, оборудованной атомным приводом». В этом случае уже в 1982 году первый астронавт ступит на поверхность Марса.

Ричард Никсон, обремененный огромными расходами на Вьетнамскую войну, отказался санкционировать этот проект. Прошла треть столетия, прежде чем один из преемников Никсона, Джордж Буш, в 2004 году, аккурат в канун избирательной кампании, предложил НАСА отправить до 2020 года новую экспедицию на Луну, а затем и покорить Марс. Возможно, уже в ближайшие десятилетия давняя мечта Вернера фон Брауна станет явью. И, можно надеяться, что эта мечта не унесет жизни тысяч и тысяч рабочих и мирных людей, как было в годы Второй мировой войны, когда другой секретный проект Брауна становился явью, насыщался плотью и кровью.

Олег Губин

Когда с неба сыплется мусор

Очередное сообщение, пришедшее с ленты новостей в один из осенних дней, напомнило о проблеме, которая существует в космонавтике со дня ее зарождения. «Падение российской ракеты-носителя «Протон», запуск которой осуществлялся с Байконура, не рассматривается казахстанскими властями как единичный случай... В «Протоне» на момент падения оставалось порядка 218 тонн 978 килограммов гептила — токсичного топлива. Вещество растворилось в воздухе, и пока неизвестно, в какую сторону направится ядовитое облако».

Подобные выбросы сотен тонн ядовитого топлива — не единичный случай. И даже если бы старт прошел успешно, все равно часть вредных веществ попала бы в атмосферу. Так, каждый раз после запуска ракеты с космодрома Байконур над некоторыми районами Сибири и Алтая падают ракетное топливо и обломки стартовых двигателей. Если ракеты «Союз» работают на сравнительно безвредной смеси керосина и жидкого кислорода, то ракеты «Протон» — на гептиле, вдыхание паров которого может вызвать заболевания крови, печени и нервной системы. Количество гептила, падающего на землю, исчисляется многими-многими тоннами, а площадь загрязненной территории составляет, по оценке независимых экспертов, порядка 100 миллионов гектаров. Между тем, по данным Всемирной организации здравоохранения, «гептил является веществом первого класса опасности и даже в малых дозах вызывает тяжелые отравления».

С дальнейшим развитием космо - навтики проблема загрязнения окружающей среды становится все острее. Ведь даже то, что долетает до околоземной орбиты (к счастью, это большинство спутников и ракет) не вечно, и, отслужив свое, тоже должно куда- то падать, угрожающе лавируя среди исправных космических аппаратов и сгорая «в плотных слоях атмосферы». Или не сгорая?

Во многих научно-фантастических романах и рассказах вновь, как кошмарный сон, возникает все тот же старый сюжет: ужас в глазах астронавтов, «какая-то глыба мчится на нас», отчаянные маневры, виртуозный пируэт корабля по мановению руки хладнокровного пилота и — о, чудо! — случайный космический снаряд, этакий «межпланетный айсберг», остался далеко позади. Но фантастический репертуар беллетристов скоро, пожалуй, пополнит реальную практику управления космическими кораблями — уж слишком много объектов кружит возле нашей планеты, и столкновения с этими «льдинками» далеко не так безобидны, как может показаться на первый взгляд. Речь идет именно о «льдинках» — не о крупных астероидах и кометах, которые ведь не пересекают околоземный «фарвакуум» кораблей и спутников. Речь идет о... следах нашего пребывания в космосе, о фрагментах конструкций космических аппаратов, которые давно вышли из строя, но все еще снуют вокруг Земли, угрожая действующим кораблям.

По подсчетам немецкого астронома Михаэля Освальда, «в настоящее время на околоземной орбите находится свыше 330 миллионов (!) объектов, созданных руками человека, если учитывать только объекты диаметром более одного миллиметра». В основном это — мусор: брошенные спутники, сгоревшие ракетные двигатели, потерянные инструменты, крышки и колпачки, всевозможные крепежные элементы — замки, скобы, болты, которые высвобождаются, например, при отделении ракетных ступеней, — шлаки, выброшенные из твердотопливных двигателей, и, прежде всего, множество обломков оставшихся после взрыва крупных объектов, скажем, отслуживших свое спутников или ракет. Размер подавляющего большинство «рукотворных объектов» не превышает одного сантиметра.

Причиной взрывов могут быть электрохимические реакции, протекающие в аккумуляторах спутников. Кроме того, порой взрываются и ракетные ступени, доставившие спутники на околоземную орбиту. Это случается, когда обветшают топливные баки и топливо неожиданно перемешается. Военные же спутники, спутники- шпионы, взрывают, как правило, намеренно. Место, где произошел взрыв, окутывают целые тучи обломков. Постепенно они обволакивают весь земной шар.

Все чаще мусор можно встретить на наиболее оживленных околоземных орбитах — в радиусе нескольких сотен километров от Земли, — а также на геостационарной орбите (ее радиус — 36 тысяч километров). Он представляет собой огромную опасность для искусственных спутников Земли, а также пилотируемых кораблей.

Система радиолокационных станций США ведет постоянное наблюдение примерно за одиннадцатью тысячами объектами, которые подпадают под определение «космический мусор». На низких околоземных орбитах ведется слежка за обломками диаметром от десяти сантиметров, а на геостационарной орбите — за объектами диаметром более метра, тогда как обломки меньших размеров там не удастся разглядеть. Все известные нам объекты, относящиеся к категории «мусора», занесены в каталог, который издает North American Aerospace Defense Command (NORAD), Североамериканский штаб противокосмической обороны.

Плотность распределения небольших объектов пока фиксируется лишь эпизодически, например, по размеру и числу вмятин на деталях спутников, доставленных на Землю. Так, после замены солнечного паруса, которым был оборудован Космический телескоп Хаббла (площадь паруса составляла 40 квадратных метров), на нем были обнаружены 174 дыры и несколько тысяч вмятин.

Полученные данные вводятся в специальные компьютерные программы, что позволяет моделировать поведение «неопознанных летающих объектов». Эти модели помогают оценить опасность столкновения спутников и космических кораблей с различными объектами, бороздящими просторы космоса.

Так, перед каждым стартом космического «челнока» приходилось с помощью подобных программ определять, какие из бросовых объектов, кружащих возле Земли, могли бы помешать успешному запуску корабля или выполнению им задания. И все равно после столкновений с этими «НЛО» уже несколько раз пришлось менять иллюминаторы космических «челноков», пострадавшие от соударения с крупицами, снующими на орбите. На Международной космической станции предусмотрены даже двойные стенки, защищающие жилой модуль станции от нежелательной поломки после столкновения с каким- нибудь пикирующим кронштейном и т.п.

Впрочем, от соударения с крупным объектом — и краха — не уберечься. Не помогут даже двойные стены. В космосе эти обломки летят раз в двадцать быстрее, чем пули.

Однако самую большую опасность для космических кораблей представляют собой осколки диаметром от одного до десяти сантиметров. Их в космосе примерно 600 тысяч. Отслеживать их перемещения не представляется возможным. Между тем крупица диаметром в сантиметр без труда пробьет наружную обшивку космического корабля. Если подобная крупица будет двигаться со скоростью около 10 километров в секунду относительно корабля, то при ударе о его поверхность выделится та же энергия, что и при взрыве ручной гранаты. Спутник же, вероятнее всего, разрушится после такой коллизии. Ну а деталь весом в 80 граммов причинит такие же разрушения, как и килограмм тротила.

Опасны соударения даже с пылинками. Так, в 1983 году частица лака длиной всего 0,2 миллиметра, врезавшись в иллюминатор шаттла, пробила вмятину глубиной 2,4 миллиметра. Будь она потяжелее, проломила бы стекло насквозь. Сущий кошмар! Кабина пилотируемого корабля находится под давлением, поэтому крохотная трещина, появись она, мгновенно расползется по обшивке — подобно тому, как расстегивается молния на одежде.

Кто виноват в возможных бедах? В июле 1996 года французский спутник-разведчик «Cerise» столкнулся с неким металлическим предметом. От удара отлетела шестиметровая мачта стабилизатора. Потеряв управление, спутник стал бесцельно кружить по космическому пространству. Пользы от него уже не было.

Случай этот любопытен тем, что впервые удалось понять, откуда взялся «космический снаряд». Это был уцелевший обломок ракеты «Ариан». В 1986 году конечная ступень этой европейской ракеты разломилась на сотни обломков.

Теперь, когда причина поломки была ясна, начались юридические споры. Кто несет ответственность за инцидент? Кому платить по счетам? Требовать возмещения ущерба может лишь государство, запустившее спутник в космос. Но удовлетворить иск практически невозможно. Кто виноват? По крайней мере, ни одна страна не располагает суверенным правом на ту или иную часть околоземной орбиты. Да и никто пока не спешит создавать космическую полицию, которая раздавала бы уведомления нарушителям.

«Каталог небесного мусора» постоянно обновляют. Из него вычеркивают объекты, которые непременно упадут на Землю. Любые тела, приблизившиеся к нашей планете, уже не способны справиться с силой земного притяжения. Критическое расстояние не превышает четырехсот километров. Со временем космический мусор постепенно переходит на все более низкие орбиты и исчезает. Попав в плотные слои атмосферы, он сгорает, оставляя лишь пепел. На наши головы ежегодно падают сотни тысяч тонн космического пепла, а мы и не замечаем этого.

Но сколько раз случалось, что массивные глыбы, прилетавшие с орбиты, выдерживали сверхвысокие температуры и миновали воздушную оболочку нашей планеты, защищавшую ее словно щит! Сквозь этот «дырявый щит» на Землю уже низверглись тысячи и тысячи обломков. Только при падении американской космической станции «Скайлэб» в июле 1979 года на нас просыпалось 20 тонн металла.

Из космоса прилетают даже радиоактивные снаряды. Однажды, например, упал миниатюрный ядерный реактор российского спутника «Космос-954». Перед запуском в него загрузили сто килограммов обогащенного урана-235. Это чуть меньше той критической массы, что нужна для создания атомной бомбы. И вот в 1978 году спутник «вошел в штопор». Смертоносный объект, отправленный в космос, свалился на Канаду. Общая площадь, на которой рассыпались обломки, составила десятки тысяч квадратных километров. Среди этих «деталей и штуковин» имелся и радиоактивный блок емкостью 25 литров.

Если на очень низких орбитах мусор все же сгорает в течение нескольких недель или месяцев, то на орбитах радиусом более 800 километров он пробудет еще несколько столетий или даже тысячелетий. И уж совсем плохи дела на геостационарной орбите. Там трение не играет никакой роли, поскольку нет атмосферы. Объекты, попавшие туда, будут оставаться там вечно, если их не переместить на другую орбиту.

Однако для того, чтобы спутник по окончании срока службы мог перейти на другую орбиту, он должен располагать необходимым количеством топлива, которое следует сэкономить. Как правило, запас топлива строго ограничен. Его используют для стабилизации положения спутника на орбите. Для перевода его на другую орбиту потребуется примерно такое же количество топлива, какое он обычно расходует за полгода-год пребывания на рабочей орбите. В пересчете это означает, что срок его эксплуатации сокращается примерно на 7%, и общие потери исчисляются десятками миллионов долларов. Многие спутники попросту нельзя эвакуировать на отведенную им запасную орбиту, поскольку им не хватит топлива для подобного маневра. Они переходят на эллиптическую орбиту, которая, тем не менее, пересекает геостационарную орбиту, а значит, они по-прежнему представляют опасность для других аппаратов.

Картина вырисовывается мрачная. Если число объектов на околоземной орбите продолжит расти в тех же пропорциях, что и прежде, это может привести к трагической «цепной реакции». После взрывов отработанных ракетных ступеней и спутников количество обломков стремительно растет. Соответственно будет расти и вероятность их столкновений с крупными объектами, и значит, все больше будет космического мусора. Число соударений начнет увеличиваться по экспоненте. Град этой космической «шрапнели» изрешетит любой космический аппарат, превратит его в гору мусора. В конце концов, через несколько десятилетий, космос станет «непроходимым»: опасность столкновений с мусором будет так велика, что это может парализовать дальнейшее развитие космонавтики. Чтобы избежать неожиданного коллапса, нужно очистить околоземное пространство от мусора, и начать работы следует с геостационарной орбиты, где располагаются телекоммуникационные, метеорологические и научно-исследовательские спутники.