Почему не цветут яблони на Марсе?

[mariang]

Интересная статья в ЖЖ: sanches.livejournal.com/894575.html?utm_source=...

Об убитой мечте и смерти космонавтики.

Полвека назад, в разгар космической гонки, звездное будущее человечества ни у кого не вызывало сомнений. Рекорд следовал за рекордом, достижение за достижением, - первый спутник; первый человек в космосе; первый групповой полет; первая жесткая, а после мягкая посадка на Луну; первая фотография ее обратной стороны; первые аппараты, достигшие Венеры и Марса; первая стыковка... На носу были полет человека на Луну, создание орбитальных станций, а после — Марс, Венера, астероиды и спутники Юпитера, орбитальные обсерватории и целые города на орбите; лунные базы. Представления тех лет о ближайшем будущем очень наглядно отражены в тогдашних фильмах, - советских «Планета бурь» и «Мечте навстречу», американском «2001: Космическая одиссея». Оригиналу, который заикнулся бы, что через полвека после всего этого вокруг нашего шарика будет болтаться единственная скорлупка с тремя хомосапиенсами, изредка принимающими столь же немногочисленных гостей, и этим присутствие людей в космосе ограничится, а разговоры про пилотируемый полет на марс так и останутся неопределенными разговорами, - рассмеялись бы в лицо. И у разочарованных романтиков космоса, которые, опоздав к эпохе бури и натиска, постят сегодня в соцсетях плакаты «Прости нас, Юра!», - несомненно, есть все основания для грусти.

Так кто и как убил космическую мечту? А может, она была всего лишь несбыточным фантомом?

На второй вопрос сразу можно ответить отрицательно. Да, - от балета, исполняемого в фильме Стенли Кубрика космическими кораблями под музыку Штрауса, до сих пор захватывает дух, - но тогда вся эта картина совершенно не воспринималась фантастикой. Сценарий фильма, действие которого происходит в 2001-м году, Кубрик и Кларк начали писать в 1964-м (одноименный роман появился позже), - за 37 лет до описываемых в нем событий. И ориентировались они при этом на то, что видели собственными глазами за предшествовавшие годы.

Как выглядел мир 37-ю годами до того, в 1927-м? Типичный самолет того времени представлял собой двухместную открытую «этажерку» из фанеры и перкаля, а на дорогу из Европы в Америку уходило несколько дней на борту дымящего трубами парохода. А к моменту написания сценария огромные цельнометаллические реактивные авиалайнеры доставляли пассажиров из Старого Света в Новый за несколько часов, и стюардессы в элегантной униформе развозили напитки по рядам обтянутых кожей кресел, - тут дистанция как раз такого же примерно размера, как между первыми пилотируемыми космическими капсулами и теми кораблями, что показаны в фильме Кубрика. Собственно, техническая осуществимость всего этого в наше время не вызывает ни малейшего сомнения, - полетевшие в 80-х «Шаттлы» и «Буран» были шагами именно в данном направлении. Однако оба этих проекта к сегодняшнему дню закрыты за невостребованностью.

Так может, все эти огромные космические корабли, орбитальные города и лунные базы являлись фантастикой в другом смысле, - потому, что на деле никому не были нужны? Опять нет, - именно тогда они были совершеннейшей необходимостью, и все эти сюжеты, как ни смешно, были очень и очень хорошо обоснованы.

Новые знания о других планетах и флаги, водруженные на их поверхности, - это, конечно, хорошо, однако в реальности люди отправились в космос за «горами хлеба и безднами могущества», которые обещал им К.Э.Циолковский. Чего ожидало человечество от его освоения (военные варианты применения оставим в стороне, - поговорим о сугубо мирном, коммерческом использовании)?

Во-первых, речь идет о радио- и телевещании, а также космической связи. Даже высочайшая на тот момент в мире Останкинская телебашня, начавшая работу в 1967 г., покрывала своими передачами радиус всего в какие-то 120 км., оставляя неохваченными огромные пространства. Для дальней передачи телеграфных сообщений и телефонных разговоров по всему миру использовались сотни тысяч километров дорогого и металлоемкого медного кабеля, емкости которого постоянно не хватало, - а также десятки тысяч радиорелейных вышек-репитеров. Связь была дорогим удовольствием, - стоимость минуты международного телефонного разговора могла достигать нескольких долларов, - и все равно жители глухих поселков, корабли посреди океана и самолеты, пролетающие над пустынями, оставались отрезанными от внешнего мира даже в самых кризисных ситуациях. Радикально решить проблему можно было только при помощи спутников.

Телекоммуникационное оборудование тех времен, - частично ламповое, частично транзисторное, - компактностью не отличалось. Огромные аппаратные останкинского телецентра обеспечивали вещание всего-то четырех телевизионных и трех радиопрограмм, - масса необходимого для этого железа составляла десятки тонн. Компьютер того времени, - производительность которого сильно уступала любому современному смартфону, - занимал несколько залов, а то и целое здание. Покрытие теле- и радиовещанием всей территории планеты, организация доступной в планетарном масштабе телефонной связи потребовали бы вывода на орбиту уже десятков, если не тысяч тонн оборудования.

Все это «железо» потре​**яло огромную, по нынешним меркам, энергию. Чтобы обеспечить работу всех орбитальных телекоммуникационных станций, потребовались бы сотни квадратных километров солнечных батарей или десятки ядерных реакторов.

Даже самая надежная и качественная ламповая и транзисторная техника того времени периодически выходила из строя и требовала ремонта, который сводился к поиску и замене перегоревших элементов. При таком количестве оборудования обслуживанием этих нескольких десятков космических станций непрерывно должны были бы заниматься сотни людей. Но это еще не все.

Помимо связи, вторым приоритетным направлением было наблюдение Земли из космоса. В первую очередь речь шла о метеорологии, - автоматических метеостанций еще практически не было, и огромнейшие территории тундры и тайги, гор, пустынь и океанов были совершенно не охвачены метеорологической сетью. Решить проблему мог только взгляд из космоса. Это же касалось нужд картографии, поиска полезных ископаемых, выявления лесных пожаров, наводнений и других стихийных бедствий.

Хотя телевизионная техника и переживала в то время значительный прогресс, разрешающая способность тогдашних видиконов не позволяла получать картинку с достаточной степенью подробности. Первый снимок обратной стороны Луны, сделанный в 1959 г. советским аппаратом «Луна-3», был снят на фотопленку, проявленную после этого в полете, а после сосканированную уникальным оптико-механическим сканнером, что и позволило передать изображение на Землю по радио. Более того, даже космическая разведка осуществлялась при помощи традиционного фотографического процесса. Разведывательные спутники различных модификаций серии «Зенит» выводились на орбиту, в течение двух недель фотографировали интересующие участки земной поверхности, а после возвращались на Землю с отснятой пленкой, - таких запусков, начиная с 1962 г., было произведено более пятисот, причем последний из них состоялся аж в 1994 г.. Только после этого развитие микроэлектроники позволило перейти к передачи отснятых телевизионных изображений по радио, многократно снизив потребность в запусках.

Метеорологические спутники серии «Метеор» передавали на Землю телевизионную картинку, но ее детализация позволяла рассмотреть на снимках только самые крупные объекты вроде циклонов, имеющих диаметр сотни километров. Для детального и точного прогнозирования погоды этого было недостаточно.

Снимали земную поверхность и с борта пилотируемых орбитальных станций, - в частности, на «Салюте-6» для этого использовалась уникальная спектрозональная камера МКФ-6М, позволявшая различить множество невидимых глазу подробностей. Отснятые кассеты отправлялись на Землю с возвращавшимися экспедициями посещения, и от момента съемки до того, как снимки становились доступными для исследования, иногда проходили месяцы. А для срочных задач в число штатного оборудования «Салютов» входил бинокль, - хоть точность и информативность визуальных наблюдений и уступает фотографии, но быстро определить и сообщить на Землю координаты очага лесного пожара или болтающегося в океане авианосца — попросту не было.

Чтобы оперативно обеспечить при тогдашнем уровне техники все потребности в наблюдении земной поверхности для метеорологии, картографии, геологоразведки и реагирования на чркезвычайные ситуации, космические станции необходимо было снабдить мощной оптикой, фотолабораториями, запасами пленок и реактивов, - а также людьми, которые фотографировали бы, проявляли отснятые материалы и тут же, на борту, изучали бы их при помощи микрофотометров, блинк-компараторов и прочих приборов, требующих участия человека.

Всяческие иные научные задачи, - будь то выращивание в невесомости разнообразных растений, получение сверхчистых материалов или наблюдение далеких звезд при помощи заатмосферного телескопа, - на тот момент также были невозможны без участия заметного числа людей.

Все эти люди, обслуживающие связную аппаратуру и занимающиеся другими исследованиями, требовали бы досточного пространства для жизни и работы, производительных систем жизнеобеспечения, запасов кислорода, воды и пищи, - а также врачей и инженеров, управляющих всем этим хозяйством. Сами станции, согласно основной на тот момент парадигме, должны были располагаться на достаточно высокой геостационарной орбите, чтобы постоянно «висеть» над одной и той же точкой земной поверхности, - это упростило бы наблюдения и, в особенности, связь. Масса каждой такой станции могла достигать, в итоге, многих тысяч тонн, заброска которых в космос была бы крайне энергоемким и дорогим удовольствием.

Решить эту проблему позволило бы частичное использование лунных ресурсов — кислорода, воды, металлов и других материалов. Хотя наличие на Луне пригодных для промышленной разработки месторождений и залежей льда на тот момент было всего лишь гипотезой, химический состав поверхностного слоя лунного грунта — реголита — был уже довольно хорошо известен. Получение из него, как минимум, кислорода для дыхания и кремния для солнечных батарей никакой принципиальной проблемы не представляло, - требовалось только достаточное количество энергии. А учитывая, что Луна лишена атмосферы и имеет силу тяжести вшестеро меньше земной, доставка материалов с нее на геостационарную орбиту обходилась бы дешевле, чем с Земли, - особенно если использовать для запуска не ракеты, а электромагнитную катапульту.

Но все это потребовало бы создания постоянных обитаемых лунных баз, - с геологоразведочными партиями, производственными комплексами и мощнейшими источниками энергии, - будь то огромные поля солнечных батарей или ядерные реакторы.

Формирование столь мощной и развитой космической инфраструктуры и последующее ее обслуживание потребовало бы разработки и серийного выпуска сверхтяжелых ракет-носителей, которые, благодаря массовому производству и хотя бы частичной многоразовости, стали бы довольно дешевым в пересчет на килограмм выводимой полезной нагрузки. А уж в ситуации, когда интенсивность космических полетов таких сверхтяжей была бы сравнима с активностью пассажирской и грузовой гражданской авиации, - выделить десяток-другой запусков уже имеющейся системы для отправки пилотируемой экспедиции к Марсу не оказалось бы неподъемно дорогим и технически неосуществимым удовольствием.

Собственно, некоторое время развитие космонавтики шло именно по этому пути. Предварительные работы над системой «Спейс Шаттл» начались в 1967 г., еще до первого пилотируемого полета по программе «Аполлон». И чем дальше, тем больше вырисовывающиеся контуры нового аппарата напоминали кадры из фильма Кубрика: огромный черно-белый футуристический космоплан, на фоне которого все предыдущие пилотируемые аппараты выглядели как мышь рядом с коровой.

С сегодняшних позиций весь проект выглядит совершенно шизофренически. Выведение на орбиту тяжелого спутника массой до 30 т. осуществлялось в грузовом отсеке челнока, стартовая масса которого с полезной нагрузкой составляла около 100 т.. Иначе говоря, примерно 2/3 забрасываемой в космос массы (а если выводимый спутник был легче, то эта доля, соответственно, была и больше) отправлялась на орбиту в виде тары, «упаковки», роль которой играл шаттл. Причем обойтись без этого было невозможно, - маршевые двигатели размещались на самом челноке, а огромный сигарообразный корпус, к которому тот крепился перед стартом, представлял собой всего лишь сбрасываемый внешний топливный бак. Вывести груз на орбиту иначе, чем в грузовом отсеке челнока, система в принципе не позволяла.

Однако с позиции тех времен все было естественно и логично. «Большой» вариант развития американской космической программы, позднее «зарубленной» президентом Никсоном из-за ее дороговизны, включал в себя создание большой орбитальной станции с экипажем до 50 человек, межорбитальных буксиров, окололунной орбитальной станции и постоянной базы на Луне, не говоря уже о большом числе спутников разнообразного назначения, - все в полном соответствии с тогдашним мейнстримом. Обслуживать все это хозяйство должны были шаттлы, которые должны были летать дважды в месяц. Расположенные на космоплане мощные маршевые двигатели позволили бы маневрировать в космосе и приближаться к любому спутнику, а главным достоинством являлся тот самый грузовой отсек, позволявший возвращать большие и тяжелые аппараты из космоса на Землю.

Электроника в то время была громоздкой, тяжелой, не слишком надежной и очень дорогой. Настолько дорогой, что слетать за неисправный спутником на орбиту, вернуть его на Землю, отремонтировать в заводских условиях, а после запустить снова получалось значительно дешевле, чем сделать новый. Помимо предназначенной в ремонт техники на Землю могли впоследствии доставляться полученные в невесомости новые материалы, товарные количества лунного грунта и прочие грузы. И с учетом этого кажущаяся шизофреничность проекта получает вполне разумное объяснение: выведя на орбиту новый спутник или модуль орбитальной станции, обратно челнок доже не должен был возвращаться порожняком, и это окупало бы все затраты. Отказ от отдельной ракеты-носителя и размещение маршевых двигателей на самом космоплане позволяло сделать одноразовый внешний топливный бак сравнительно дешевым. С учетом того, что боковые старовые ускорители со временем также предполагалось сделать многоразовыми, при регулярном транспортном сообщении стоимость выведения на низкую околоземную орбиту 1 кг полезной нагрузки надеялись снизить до фантастически низких $400 (в тогдашних, разумеется, ценах).

Созданный в СССР «Буран», первые работы над которым начались в 1972 г, при всем своем внешнем сходстве с «Шаттлом», концептуально был устроен совершенно иначе. Он также имел грузовой отсек для возвращения грузов из космоса на Землю, однако выводился на орбиту при помощи полноценной ракеты-носителя «Энергия». Которая, разумеется, была дороже по сравнению с американским топливным баком, - зато вместо «Бурана» могла, при необходимости, забросить на орбиту сразу 100 т, - против максимум 30 т у «Шаттла». В общем, до поры космонавтика развивалась именно так, как виделось Кубрику и Кларку.

Что же произошло дальше?

Пока в конструкторских бюро космической отрасли проектировали огромные многоразовые космолеты, прогресс в других областях тоже не стоял на месте. Именно на 70-е годы прошлого века приходится взрывное развитие электроники. Если на начало этого десятилетия большинство выпускаемых образцов собиралось на транзисторах, а многие и все еще на лампах, то к его завершению уже массово штамповались большие и сверхбольшие интегральные микросхемы и микропроцессоры, первый из которых появился еще в 1971 г.. Их производительность росла; размеры и энергопотребление падали; стоимость, в условиях масссового производства, стремительно снижалась. Аналоговая техника начинала вытесняться цифровой; первые 8-битные игровые телеприставки появились в 1976 г.; первые недорогие массовые персональные компьютеры — в 1977 г..

Мощные вычислительные машины, первоначально занимавшие большие залы и даже целые здания, уменьшились сперва до размеров одной комнаты, потом — шкафа, затем — небольшого ящика, и параллельно снижалось их энергопотребление. Телекоммуникационная аппаратура, для размещения которой в космосе в 60-х г.г. потребовалась бы огромная орбитальная станция с десятками человек обслуживающего персонала, уже к 80-м умещалась в спутнике размером и массой приблизительно с грузовик и питалась от сравнительно небольших и легких солнечных батарей. Для выведения его на орбиту не требовались сверхтяжелые носители, и работал он в полностью автоматическом режиме. При этом электроника стала достаточно надежной, чтобы без особых проблем проработать в космосе несколько лет, и достаточно дешевой, чтобы, в случае выхода спутника из строя, проще стало бы сделать и запустить на замену новый.

ПЗС-матрицы, пришедшие в космическую технику намного раньше, чем в бытовые цифровые «мыльницы», постепенно позволили отказаться от химического фотографического процесса, - высококачественные изображения земной поверхности передавались теперь на Землю по радиоканалу вместо того, чтобы то и дело возить на орбиту и обратно кассеты с фотопленкой.

Целый ряд экспериментов и наблюдений — астрономических, биологических, технических, - стало возможно проводить без участия человека, на роботизированных установках. При этом обнаружилось, что пилотируемая орбитальная станция для многих из них — далеко не самое лучшее место. Перемещение людей внутри станции, работа вентиляторов и насосов систем терморегулирования и жизнеобеспечения создают вибрации и портят «качество невесомости», - изображения в телескопах размазываются от мелкого дрожания, а получаемые кристаллы и медицинские препараты оказываются далеко не так однородны, как хотелось бы. В результате многие исследования такого рода были перенесены на беспилотные спутники, где присутствие человека не является мешающим фактором. Потребность в присутствии человека на орбите резко упала, а масса выводимой полезной нагрузки — снизилась.

Вдобавок, космонавтика получила от развития электроники еще один удар, - на этот раз с Земли. Изначально спутниковая связь была наиболее дешевым способом коммуникаций на дальние расстояния. Исходя из этого прогнозировались и потребности в орбитальных связных группировках. Однако в 1977 г. компания «Сименс» построила для немецкого оператора «Дойче Телеком» первую в мире волоконно-оптическую линию связи. По мере удешевления оконечного оборудования и повышения производительности телекоммуникационного оборудования оптоволокно расползалось по планете все шире и шире. При этом если отправка сигнала через спутник связана с характерной задержкой, подчас критичной при передаче данных, а пропускная способность транспондеров жестко ограничена, то у оптоволоконных линий этих недостатков нет. В результате основной объем информации передается сегодня в мире по оптоволокну, а телекоммуникационные спутники чем дальше, тем больше становятся нишевым инструментом, который используется, когда надо связаться с кораблем, затерянным посреди океана, или транслировать телепередачи сразу на половину континента. Сегодня потребность в спутниках связи на много порядков ниже, чем предполагалось в 60-е.

В результате к тому моменту, когда первый шаттл «Колумбия» совершил в 1981 г. свой первый полет, он уже успел устареть чуть более, чем полностью, - как и вся программа космических челноков. Планировавшегося транспортного потока между Землей и космосом не получилось, - возить оттуда на Землю оказалось нечего. Ремонтировать на орбите, в общем-то, тоже, - при выходе из строя спутника проще и дешевле было запустить новый, причем, из-за небольшого веса и габаритов нагрузки сделать это при помощи легкой одноразовой ракеты-носителя. Едва ли не единственным исключением стал орбитальный ремонт космической обсерватории «Хаббл», главная ценность которой заключалась не в электронике, а в дорогостоящем главном зеркале телескопа. Практически все потребности объединенного человечества в пребывании человека в космосе уже четвертое десятилетие полностью покрываются единственной орбитальной станцией (сначала это был «Мир», а после — МКС), на борту которой постоянно присутствует три человека.

Огромные космические челноки использовались, в лучшем случае, как средство выведения новых модулей МКС, а то и просто в качестве «космического такси» для нескольких пассажиров, - а 60 с лишним тонн самого космического самолета гонялись при этом туда-обратно без особой пользы за счет американских налогоплательщиков, а обходилось это в астрономические деньги. Однако альтернативы не было, - помимо «Шаттла», другого пилотируемого корабля у США не осталось, а после закрытия этой программы — не осталось и вовсе никакого.

В СССР, к счастью, программа «Энергия — Буран» развивалась параллельно с использованием «Союзов», отказываться от которых никто не спешил. Это позволило России не прерывать программу пилотируемых полетов после ее закрытия и даже неплохо заработать на космическом извозе. Однако расхожая точка зрения, будто «Буран» был убит в результате разрухи и бардака начала 90-х, имеет мало общего с реальностью. Эта программа все равно неизбежно была бы закрыта. Для сверхтяжелых носителей масштаба «Энергии» и огромных космических челноков в результате развития электроники просто не осталось задач.

А что же с экспедицией к Марсу, базами на Луне и городами на орбите? Разговоры об этом ведутся не первое десятилетие, и не первое же десятилетие так и остаются разговорами, а сроки все сдвигаются и сдвигаются. Судя по всему, будут сдвигаться и дальше.

Практической необходимости в таких проектах сегодня нет, - необходимые исследования с успехом проводятся небольшими и недорогими автоматическими аппаратами, отлично справляющимися с теми задачами, решение которых в 60-х г.г. было совершенно невозможно без участия человека. Если бы развитие космонавтики продолжалось по тому пути, с которого оно свернуло в 70-е — 80-е, то отправить людей к Марсу было бы несложно пусть даже в порядке «попутного развлечения», - необходимые для этого сверхтяжелые ракеты и космические модули выпускались бы серийно и стоили бы совсем недорого. Однако чтобы реализовать марсианский проект сегодня, практически всю необходимую для этого технику пришлось бы разрабатывать с нуля, причем специально для полета к Марсу, а больше ни для чего она все равно бы не пригодилась. Нельзя исключать, что какая-то из сверхдержав — самостоятельно или объединившись с другими — пойдет на подобные траты из политических соображений. Однако на фоне стремительно развивающегося общемирового кризиса это выглядит довольно сомнительным. Скорее всего, ни пилотируемой экспедиции на марс, ни баз на Луне мы в ближайшие десятилетия так и не увидим.

Если конечно, не появится какой-либо реальной, экономически рентабельной задачи, требующей создания и массовой эксплуатации недорогих серийных сверхтяжелых носителей и прочих элементов создания разветвленной обитаемой космической инфраструктуры.

Таких задач в обозримом будущем может возникнуть только две.

Если, наконец, удастся получить устойчивую самоподдерживающуюся реакцию термоядерного синтеза, - а это коренным образом решило бы проблему человечества в энергии, - возникнет проблема топлива для ермоядерных реакторов. В этом случае может оказаться вполне рентабельной и даже, возможно, сверхприбыльной промышленная добыча Гелия-3 из лунного реголита и его доставка на Землю. Такой проект неизбежно потребует и создания сверхтяжелых ракет, и постройки баз на Луне, и организации регулярного транспортного сообщения с ними.

Другой вариант — обнаружение астрономами крупного астероида, который в обозримом будущем должен будет столкнуться с Землей. Тогда человечество столкнется с крайне нетривиальной задачей изменения орбиты другого небесного тела, а после — создания постоянно действующей системы защиты, - для чего, опять-таки, будут необходимы «сверхтяжи» и все остальное.

А пока не произошло ни того, ни другого, - все будет продолжаться более или менее так же, как и сейчас. Причем нельзя сказать, чтобы сейчас дела обстояли плохо, - такой уровень проникновения космонавтики в повседневную жизнь в 60-е годы не мог присниться даже самым смелым фантастам. Съемочные группы производят включение в прямой эфир через спутник даже в том случае, если находятся на соседней улице от своей телестудии, - так проще и дешевле. Спутниковые тарелки можно увидеть на дачных «скворечниках» и полуразвалившихся избушках в самой глубокой провинции. Подробнейшие спутниковые карты есть практически в любом смартфоне, да еще и с возможностью высокоточной спутниковой же навигации, и благодаря спутникам миллионы автомобилистов постоянно получают информацию о дорожных пробках.

Вот только мечта о следах подошв на марсианской поверхности в обозримом будущем, увы, так и останется всего лишь мечтою. И на вопрос, кто ее убил, существует четкий и однозначный ответ, - ее убил закон Мура.