…к звездам!Тим Кросс
Исследования космоса уже не будут столь яркими и захватывающими.
Космические исследования – излюбленный стереотип газетчиков, наполненный историями о футуристических высоких технологиях. Это направление науки вызывает огромное количество эмоций, но только не ностальгию. В 2011 г. в этой области науки отмечалось несколько памятных годовщин – 50-летие первого полета человека в космос, которым стал Юрий Гагарин, также полувековой юбилей американской программы «Аполлон». В этом же году состоялся последний полет космического челнока (шаттла). Все эти события повлекли за собой воспоминания о славных деньках и «ракетчиках со стальными взглядами», осветивших путь в прекрасное далеко.
На рассвете космической эры покорение человечеством каждого очередного рубежа казалось делом само собой разумеющимся. Ученые обещали создать космические станции, которые смогут проводить доселе невиданные исследования. Космические фабрики обещали революцию в производстве, выпуская диковинные материалы, изготовление которых возможно лишь в условиях невесомости. Ожидалось, что лунные миссии увенчаются сооружением космических баз, позволявших реализовать куда более амбициозные планы – пилотируемые полеты на Марс и Венеру.
Однако не всем будущее представлялось таким же радужным. Генералов по обе стороны фронта холодной войны волновали стратегические возможности космоса, например запуск на орбиту ядерного оружия. Стратегическая оборонная инициатива (насмешливо названная ее критиками программой «звездных войн») предлагала защитить США от ядерной угрозы с помощью спутников с лазерными установками, призванными уничтожать боеголовки противника.
Разумеется, бо2льшая часть предсказаний так и не воплотилась в жизнь. Космическая индустрия не подарила нам футуристической утопии, а реальность может показаться блеклой в сравнении с блистательными прогнозами минувших десятилетий. Впрочем, об этом не стоит особенно тосковать. Космическая эра наступила, но просто не в том виде, который ей предсказывали пророки-энтузиасты. Рыночная стоимость орды спутников, наблюдающих за планетой, в 2009 г. оценивалась в 160,9 млрд долларов. По сравнению с предыдущим годом эта цифра выросла на 11 %, несмотря на кризисную экономическую ситуацию в большинстве развитых стран. Отдельные направления космической отрасли развиваются достаточно динамично – по данным одного отчета, рынок навигационных услуг, базирующийся преимущественно на системе позиционирования GPS, растет на 20 % в год и к 2013 г. его объем достигнет 75 млрд долларов.
Спутниковая связь управляет телефонными звонками, телевизионными каналами и интернет-трафиком по всему миру. Армии, в частности американская, по-прежнему считают космос «четвертым полем боя», хотя сейчас уделяют больше внимания космической разведке, сбору информации и системам навигации, нежели орбитальным бомбардировщикам, призванным испепелить врага.
Другие спутники наблюдают за Землей с более мирными целями, отслеживая все, начиная от изменений погоды и климата в целом и заканчивая плодородием почв и скоростью вырубки лесов. Общедоступные фотографии, сделанные со спутников, позволяют будущим домовладельцам прогуливаться по интересующим их районам, не вставая с диванов, а торговцам нефтью – наблюдать за деятельностью на секретных месторождениях Саудовской Аравии. Научные космические станции, вроде космического телескопа «Хаббл», совершили фундаментальные открытия, касающиеся природы Вселенной. Несмотря на то что на орбиту так и не вывели огромные заводы, Международная космическая станция (МКС) уже больше десяти лет обеспечивает постоянное присутствие человека в космосе.
Прошло полвека с тех пор, как в 1969 г. люди ступили на поверхность Луны, а отношение к освоению космоса все еще определяют славные советские и американские космические программы (см. рис. 17.1). Космическая гонка стала детищем своего времени – паранойи, связанной с холодной войной, развитием военных технологий и баллистических ракет, борьбой не на жизнь, а на смерть между двумя экономическими и политическими системами. Ничего подобного сегодня нет, и это создает проблемы для поклонников пилотируемых космических исследований. При отсутствии идеологических оппонентов в ближайшие десятилетия у государств не будет достаточной мотивации тратить огромные деньги и рисковать, посылая людей к звездам. А вот ближе к дому есть на чем заработать, и окрестности нашей планеты будут и дальше заполняться новыми спутниками, предлагающими новые услуги землянам.
Космос – это еще и мечта астрономов. Без помех, создаваемых атмосферой, телескопы видят на миллиарды световых лет дальше – на миллиарды лет назад в прошлое, собирая информацию, необходимую для научных исследований. Во Вселенной существует огромное количество планет, и если у нас появится возможность изучать их напрямую, то велики шансы, что мы сможем найти среди них хотя бы одну обитаемую.
Повторение космической гонки
Поклонники героического пути освоения космоса, в котором смелые астронавты отправляются на другие планеты, всегда были оптимистами. Иногда тоска по прошлому приправляется ожиданием начала новой космической гонки XXI в., с Китаем или Индией в роли конкурентов. Президент Барак Обама подпитал такого рода слухи в 2011 г. своим обращением о положении дел в стране, когда сказал, что восхождение этих наций – это «момент спутника» наших дней. Слова Обамы отсылали ко временам запуска Советским Союзом первого искусственного спутника Земли в 1957 г. Это событие произошло в самый разгар холодной войны, и спутник виделся тогда Америке катастрофой, признаком того, что коммунисты оставили ее далеко позади.
Рис. 17.1. Миссия выполнима
Пилотируемые космические полеты
Источники: www.braeunig.us; НАСА; Национальная ассоциация преподавателей наук о Земле
Если присмотреться, то можно разглядеть параллели между днем сегодняшним и шестидесятыми годами прошлого века: Индия и Китай выглядят уверенными в себе, динамично развиваются. США пребывают в сомнениях, плохо функционирующая экономика тянет ее к земле. Уход на покой шаттлов в 2011 г. впервые за 30 лет оставляет Америку без возможности самостоятельно отправлять в космос астронавтов. Страна вынуждена арендовать спальные места на российских кораблях, чтобы добраться до МКС. Из всех потенциальных конкурентов США быстрее всех развивается Китай. В 2003 г. он стал третьей державой, запустившей человека на орбиту в корабле, построенном самостоятельно (представителей остальных стран обычно «подвозили» до космоса на российских или американских кораблях). Ян Ливэй, тогда еще подполковник китайской армии, провел на орбите 21 час и приземлился в степи Внутренней Монголии.
Две следующие миссии отправили на орбиту еще пятерых китайских «тайконавтов». Однако амбиции Китая простираются куда шире. Помимо множества запусков спутников, в том числе коммерческих, при помощи ракет семейства «Великий поход», планы Китая включают и создание собственной космической станции. Два ее тестовых модуля уже успешно состыковались в ноябре 2011 г. Беспилотная миссия на Луну запланирована на 2017 г. В ходе ее планируется взять образцы лунного грунта и доставить их на Землю. А на 2025 г. запланировано отправить к Луне пилотируемый корабль (см. табл. 17.1).
Амбиции Китая не стоит переоценивать. Его ракетостроительные мощности еще недотягивают до российских. США же даже без шаттлов тратит на пилотируемые полеты гораздо больше любой другой страны и продолжит делать это в ближайшем будущем. Очевидно, что появление тайконавта на Луне обозначит статус Китая как начинающей космической сверхдержавы. Несмотря на демонстрацию своей технологической компетенции, эта программа не произведет такого же впечатления, как американская программа «Аполлон», в тени которой останутся все космическими путешествия будущего. Даже если китайская миссия и попадет на Луну вовремя (а это далеко не факт), она окажется там спустя полвека после ухода с ее поверхности американцев. Разумеется, пресса уделит этому событию немало внимания. Будет предостаточно и высокопарных речей, но американцы навсегда останутся в учебниках истории людьми, ступившими на Луну первыми.
Ощущение, что возвращение на Луну окажется лишь повтором былых достижений, одна из причин, по которой США отменили в 2010 г. собственные лунные миссии. Это же ощущение может повлиять и на планы Китая. Чтобы действительно оставить след в истории, нужно смотреть вперед. НАСА планирует отправить астронавтов к астероидам, но, несмотря на стремление ученых к новым знаниям, сложно черпать вдохновение из приземления на летающий булыжник. Ради вдохновения стоит слетать на Марс – Эльдорадо пилотируемых полетов. Подобные планы разрабатывались уже десятилетиями, и после триумфальных высадок на Луну многие в НАСА считали, что следующим станет Марс.
Табл. 17.1. Шагая смело
Прошлое…
1961 Юрий Гагарин становится первым человеком в космосе
1969 Нил Армстронг и Базз Олдрин высаживаются на Луну
1971 Первая космическая станция «Салют» выходит на орбиту
1981 Космический челнок совершает первый полет
1990 Запущен космический телескоп «Хаббл»
2001 Деннис Тито становится первым космическим туристом
2004 SpaceShipOne совершает первый частный суборбитальный полет
2011 Последняя миссия шаттла
…и будущее?
2013 Virgin Galactic начинает туристические суборбитальные полеты
2014 SpaceX совершает первый пилотируемый орбитальный полет
2017 Запуск телескопа «Джеймс Вебб», замены «Хабблу»
2020 МКС прекращает свою деятельность
2025 Китайская пилотируемая миссия на Луну
2035 Пилотируемая американская миссия на Марс
Действительно ли это произойдет в середине нынешнего столетия? Астронавты, путешествующие на Марс, вынуждены будут провести в космических кораблях шесть месяцев (а не три дня, как те, кто летит на Луну). По дороге их могут убить космические лучи, вспышки на Солнце. По прибытии они окажутся от нас так далеко, что сообщения с Земли будут идти до них десятки минут. Возвращение обратно займет столько же времени, и это значит, что астронавтам придется стать гораздо более самостоятельными и не рассчитывать на помощь экспертов на Земле.
Полет человека в космос всегда считался чем-то бо2льшим, чем простым учетом издержек. Когда администрация Никсона сворачивала миссии «Аполлона-16» и «Аполлона-17», один из тогдашних советников президента Каспар Уайнбергер сказал, что этот шаг подтверждает «набирающее силу подозрение в том, что наши лучшие годы остались позади и мы добровольно отдаем статус сверхдержавы». Высадка на Луну прибавила Америке и уверенности в себе и повысила ее репутацию в глазах всего мира. Любой, кто сомневается в психологической пользе подобных достижений, должен просто посмотреть на заголовки, которые появятся в газетах, если Китаю вдруг удастся обогнать США и первым высадиться на Марсе.
Разумеется, не все космические гонки станут мирными. Космос нужен и военным, ведь он позволяет им следить за противником, поддерживать связь между подразделениями и даже вести бомбы и солдат к цели, используя системы, подобные GPS. Конкуренция существует даже сейчас – Россия разрабатывает собственную систему ГЛОНАСС, то же самое делает и Евросоюз. Свои планы по разработке аналогичной системы имеет Китай. В 2007 г. китайская ракета уничтожила старый метеорологический спутник, завуалированно продемонстрировав США, что теперь Китай способен «убирать» чужие спутники с орбиты. Россия похвасталась похожими возможностями, а спустя несколько месяцев и США уничтожили один из своих спутников. Правительство сообщило, что это была вынужденная мера безопасности, поскольку спутник вот-вот должен был упасть на Землю. В эту историю поверили немногие.
Эти состязания продолжатся и в будущем. Появятся более передовые версии спутников-шпионов (уже ходят слухи о спутниках, не видимых радарами). В дальнейшем могут последовать и более существенные изменения. Америка тестирует экспериментальный космоплан, который, по сути, является роботизированной версией космического челнока. Никто не говорит, для чего он предназначен, оценки разнятся от разведки (избегая предсказуемости, отличающей орбитальные спутники) до бомбардировки с орбиты, давней мечты военных. Все это и многое другое ждет нас в будущем, если соперничество между существующими сверхдержавами и новичками перестанет быть доброжелательным. Но, вероятнее всего, в следующем десятилетии будущее космоса будет похоже на настоящее, где основную роль играют (как и в последние 50 лет) сбор информации и разведывательные миссии.
Ex astris, pecunia? (От звезд к деньгам?)
Еще одна мечта 1960-х гг. – невиданная по масштабам коммерциализация космоса. И вновь преувеличения. Мечты об орбитальных фабриках, занимающихся производством в невесомости, пошли прахом. Еще одна мечта поклонников научной фантастики – ретрансляция солнечной энергии с орбитальных спутников – оказалась слишком дорогим удовольствием, хотя, в принципе, ее возможно использовать для обеспечения отдаленных военных баз и научно-исследовательских центров. Небольшая, но достаточно шумная группа (в состав которой, предположительно, входит главной научный специалист по лунной программе Китая) мечтает о строительстве инфраструктуры для добычи с поверхности Луны гелия-3 (это вещество, образовывающееся в результате бомбардировки Луны космическими лучами, недоступно на Земле). Гелий-3 – потенциальный источник энергии для термоядерного синтеза. То, что даже спустя 50 лет мы понятия не имеем, как строятся реакторы для термоядерного синтеза, ничуть не умаляет энтузиазма этой научной группы.
Однако на космосе действительно можно будет заработать. В шестидесятые годы, когда Юрий Гагарин и Алан Шепард бороздили космическое пространство на видоизмененных баллистических ракетах, ракетостроение выглядело захватывающей новейшей технологией. В наши дни ежегодно проводятся дюжины пусков и существуют десятки различных моделей ракет. Знание перестало являться прерогативой государственных бюрократий типа НАСА (которая в любом случае полагалась на частных подрядчиков, особенно когда дело касалось инженерии). Уже существует конкурентный рынок организаций, занимающихся пусками ракет, хотя он и небольшой – на нем имеется всего несколько игроков вроде европейского космического консорциума Arianespace или совместного российско-американского предприятия International Launch Services (на этот рынок стремится выйти и Китай со своим семейством ракет «Великий поход»). Уже вырос и окреп спутниковый бизнес, позволяющий передавать телефонные разговоры, интернет-трафик и телетрансляции по всему миру. В эту деятельность тесно вовлечено американское правительство, контролирующее спутниковую систему GPS, которая уже произвела революцию во всех сферах жизни – от перевозки грузов до поездок обывателей в отпуск на машинах.
Бо2льшую часть своего существования астрономия тесно связана с физикой. Но биологам тоже найдется местечко под звездами. Открытие внеземных форм жизни станет, пожалуй, величайшим событием в истории науки.
Поиск жизни на других планетах – нелегкая задача, особенно если ее формы представляют собой довольно простых микробов, а не развитые инопланетные цивилизации. Вопрос, есть ли (была ли?) жизнь на Марсе, еще окончательно не решен, и это спустя три десятилетия после того, как на планету высадились первые роботы. В Солнечной системе существуют и другие планеты, которые могли бы быть населены, в том числе Европа, покрытый льдом спутник Юпитера. Существует гипотеза, что подо льдом находится океан, занимающий всю планету и сохраняющий тепло благодаря гравитационному взаимодействию с планетой. Еще один кандидат – спутник Сатурна под названием Титан. Данные, полученные в результате миссии «Кассини-Гюйгенс» в 2004 г., говорят о том, что в его атмосфере есть химические следы, подтверждающие (но не доказывающие) гипотезу о возможном существовании какой-то формы жизни в холодных метановых озерах, располагающихся на поверхности.
Разумеется, это всего лишь смелые предположения. Земля вполне может оказаться единственной обитаемой планетой в нашей Солнечной системе. Но с тех пор как астрономы узнали, что звезды – это другие солнца, они подозревали, что в Галактике существует и множество других планет. В последние годы мы смогли вычислить эти «экзопланеты». Космический телескоп НАСА «Кеплер» запущен в 2009 г. именно с целью их поиска и пока нашел следы существования как минимум 1200 экзопланет. Если экстраполировать эти данные, то можно предположить, что в Галактике планет – несчетное число. В одном только Млечном Пути может располагаться почти 50 млрд планет, разбросанных вокруг 100 млрд звезд. Если даже часть этих планет находится в «обитаемой зоне» звезды (то есть достаточно близко, чтобы вода оставалась жидкой, и достаточно далеко, чтобы она не кипела), это означает, что могут существовать миллионы планет, на которых есть жизнь.
Вместо того чтобы опираться на статистические аргументы о том, как часто могут встречаться инопланетяне, мы вскоре сможем проверить это на практике. Технологический прогресс сделает возможным анализ состава атмосфер и поможет обнаружить химические вещества, побочные продукты метаболизма. Изобилие планет вокруг и прогресс в создании телескопов означает, что если вы хотите удачно заключить пари, есть вероятность, что ставка на обнаружение внеземной жизни в следующие несколько десятилетий окажется удачной.
Американское правительство в скором времени превратится в одного из главных клиентов космической индустрии. Космическая стратегия президента Обамы, обнародованная в 2010 г., предполагает гораздо большее количество частных миссий. По мнению Обамы, это освободит НАСА от обязанности снабжать МКС. Уже через несколько лет запуск астронавтов с помощью частных компаний обойдется значительно дешевле, чем это стоит сейчас, силами самой НАСА. Некоторые компании получили от НАСА деньги за разработку своих вариантов космических аппаратов. Самой известной из них стала расположенная в Калифорнии компания SpaceX под управлением интернет-предпринимателя Элона Маска. В декабре 2010 г. она запустила на орбиту капсулу «Дракон», а затем успешно вернула ее на Землю. Вскоре ей предстоит визит с грузом на МКС[38] (вместе с конкурентом Orbital Sciences).
Следующим этапом развития частных космических полетов станет космический туризм. По этой дороге пошла Россия. Корабли «Союз» уже отвезли нескольких человек на МКС. Стоимость полета составляет около 30 млн долларов. Компания с многообещающим названием Virgin Galactic под управлением бизнесмена Ричарда Брэнсона рассчитывает запускать свой космолет с самолета-разгонщика и отправлять туристов в суборбитальный полет – наподобие того, который совершил Шепард, первый американец в космосе. В следующие несколько лет компания надеется начать полеты и продавать места в космолете по невероятно высокой цене – за 200 тыс. долларов.
Если эту цену можно будет снизить за счет инновационных разработок, массового производства и повышения эффективности за счет увеличения числа рейсов, то может статься, что через несколько десятилетий космический туризм будет по средствам массе обеспеченных людей и полет за пределы атмосферы в XXI в. станет аналогом поездки на шикарный горнолыжный курорт.
Странно, но не все в индустрии частных космических полетов – твердолобые бизнесмены, чьи амбиции ограничиваются лишь зарабатыванием денег. Маск говорит, что он занимается этим бизнесом потому, что в конце концов человечеству ради выживания придется покинуть Землю. И только частный сектор, по его мнению, способен сделать космические полеты достаточно дешевыми и надежными и превратит мечты о пилотируемой миссии на Марс и колонизации других миров в реальность.
Ex astris, scientia
Те, кто считает пилотируемые полеты делом рискованным и дорогим, всегда полагают, что бюджеты космических агентств в первую очередь должны уходить на научные миссии. Люди тысячелетиями изучали ночное небо, но современная астрономия показала, как мало мы можем увидеть. В частности, та материя и энергия, которые мы наблюдаем и улавливаем при помощи телескопов, – это примерно 5 % от той, что имеется во Вселенной. Все остальное называется темной материей или темной энергией.
Начнем с темной материи. Считается, что она несет в себе примерно пятую часть всего, что есть во Вселенной. Сила притяжения, источаемая всей материей, видимой с Земли, не может объяснить движение огромных структур вроде галактик и их скоплений. Чтобы объяснить необъяснимое, ученые предположили, что в пустоте кроется большое количество невидимой материи (именно таким образом открыта планета Нептун, после того как странности на орбите Урана указали астрономам на возможное наличие еще одной планеты).
Темная материя, по мнению ученых, подразделяется на две категории. Первая – это космический мусор: коричневые карлики, планеты без солнц на конечной стадии своей эволюции, астероиды и тому подобные объекты, слишком тусклые, чтобы их можно было разглядеть с Земли. Но вторая категория, значительно бо2льшая по размерам, – это некие неизвестные массивные частицы, которые по каким-то причинам слабо взаимодействуют с обычной материей, – вимпы. Некоторые физики предполагают еще более захватывающую версию – «недостающей» материи вообще не существует, теория относительности Эйнштейна (одна из наиболее испытанных теорий в истории науки) неверна, а гравитация ведет себя странно в применении к межгалактическим дистанциям. Загадку пытаются разгадать с помощью наземных и космических экспериментов, но пока что природа темной материи сокрыта от нас. Тот, кому в конце концов удастся ее описать, наверняка получит Нобелевскую премию.
Темная энергия еще более таинственна. В 1999 г. данные о сверхновых (взрывающихся) звездах свидетельствовали о том, что скорость расширения Вселенной увеличивается. Это было удивительно, ведь гравитация должна со временем замедлить процесс, и тот факт, что расширение ускоряется, говорит о том, что где-то существует сила, достаточно мощная, чтобы преодолеть суммарную силу притяжения всех составляющих Вселенной.
Единственно возможное объяснение состояло в том, чтобы возродить космологическую константу: репульсивную силу, противоположную гравитации, введенную Эйнштейном, чтобы привести теорию относительности в соответствие с господствовавшей в то время гипотезой о том, что размер Вселенной постоянен. Эта сила могла бы подпитываться «вакуумной энергией»: прогноз квантовой механики гласит, что даже пустота содержит определенное количество энергии. Проблема в том, что количество вакуумной энергии, предсказываемое квантовой механикой, куда больше, чем то, что наблюдается при расширении Вселенной, – настолько больше, что Вселенная могла бы разорваться на куски еще миллиарды лет назад. Это неловкое (и огромное – около ста порядков) расхождение теории и наблюдений привело к тому, что некоторые физики, как и в случае с темной материей, пытаются на скорую руку «подклеить» существующие модели гравитации. Вот еще одна потенциальная Нобелевская премия XXI в., поджидающая первого, кто сможет разгадать загадку темной энергии.