Конспект
Семьдесят миллионов долларов за неделю на МКС. Каждая ракета — одноразовая, как бумажный стаканчик, только стоит как небоскрёб. Космонавтика в её нынешнем виде — роскошь, доступная горстке государств и горстке миллиардеров. Но что, если полёт на Луну когда-нибудь будет стоить столько же, сколько авиабилет на Камчатку? Звучит безумно, но ведь и авиация когда-то была безумно дорогой. Дирижабли казались вершиной прогресса — а потом исчезли, как динозавры. Техника меняется непредсказуемо, и с ракетами будет такая же история.
Глухой учитель из Калуги, придумавший космонавтику
В 1933 году самая мощная ракета в мире выглядела так, что сегодня школьники делают подобные во дворцах пионеров. Прошло меньше десяти лет — и немецкие инженеры под руководством Вернера фон Брауна создали настоящую космическую ракету Фау-2, которая уже вылетала за пределы атмосферы. Но ключевая идея, позволившая вообще добраться до космоса, родилась не в лаборатории и не на военном заводе. Она родилась в голове почти полностью глухого школьного учителя из провинциальной Калуги.
Константин Циолковский рассчитал параметры ракет и предложил концепцию, без которой космонавтика невозможна: многоступенчатая ракета. Люди с хорошим техническим образованием доказывали, что ракета не преодолеет земное притяжение. Циолковский нашёл выход: ракета должна быть не одна, а несколько, поставленных друг на друга. Всё лишнее — сбрасывать. Принцип тот же, что у туристов, штурмующих Эльбрус: съел тушёнку — выбросил банку, чтобы не тащить лишний вес. Так работают все современные ракеты: ступень отработала топливо — её отбрасывают, и оставшаяся часть летит всё выше и выше.
От Гагарина до тупика: почему космонавтика забуксовала
Темп первых лет космической эры поражает. Октябрь 1957-го — первый спутник, маленький шарик на орбите. Январь 1959-го — аппарат уже летит к Луне. Промахнулся, правда, — тогда не умели управлять полётом, просто «кидали», как баскетбольный мяч. Но журналисты блестяще вывернули ситуацию: раз аппарат вышел на орбиту вокруг Солнца, значит, это первая искусственная планета! Назвали «Мечта» — и никого не обманули. В том же 1959-м второй аппарат попал по Луне, а третий облетел её и сфотографировал обратную сторону — на целлулоидную плёнку, которую проявляли и закрепляли прямо на борту, без единого компьютера, с помощью примитивных часовых механизмов.
А потом — Гагарин, лунная программа «Аполлон», орбитальные станции. Если построить график максимальной скорости перемещения человека по годам, получится почти горизонтальная линия, потом резкий взлёт — Гагарин, ещё один рывок — полёт к Луне в 1968-м, и дальше — горизонтальная прямая, которая тянется уже полвека. Одиннадцать с половиной километров в секунду — этого достаточно, чтобы улететь куда угодно. Скорости хватает. Не хватает денег.
В начале 1980-х американский инженер опубликовал прогноз: население космоса будет стремительно расти, СССР будет наращивать присутствие, американцы — догонять. На деле же за всю историю на орбите одновременно находилось максимум девятнадцать человек — и то буквально на сутки, при смене экипажей. Причина проста: ракета — одноразовый транспорт. Покупать новый автомобиль каждый день — долго ли хватит ресурсов?
Частники против государств: революция Маска и кубсаты
Шаттл и «Буран» казались будущим космонавтики — гигантские грузовики, способные выводить на орбиту тонны полезной нагрузки. Советский вариант был даже универсальнее американского: ракета «Энергия» могла летать и с ракетопланом, и с любым другим грузом. Но «Буран» слетал дважды — и советская экономика рухнула. Можно сказать, этот проект ускорил падение СССР: на него работало полстраны. И сегодня к подобным монстрам никто не возвращается, потому что спутники стали невероятно маленькими. Полноценный спутник-кубсат умещается в ладони — десять на десять на десять сантиметров, объём в один литр. Их запускают как горох. Летать на «Буране» за хлебом в магазин — бессмысленная трата.
И тут случилось то, чего никто не ожидал: родилась частная космонавтика. Гениальный инженер Барт Рутан создал гибрид самолёта и ракеты — самолёт выносит ракету в стратосферу, та стартует наверх, и пассажир на несколько минут оказывается выше ста километров. Стоимость — четыреста тысяч долларов. Не семьдесят миллионов, а четыреста тысяч. Безос пошёл другим путём — баллистическая многоразовая ракета. А Илон Маск замахнулся на большее: Falcon Heavy — самая мощная и самая дешевая ракета в пересчёте на килограмм груза, многоразовая, чего нет ни у китайцев, ни у «Роскосмоса», ни у NASA как государственной структуры.
Цифры впечатляют. Стоимость доставки килограмма груза в космос упала с миллиона долларов до полутора тысяч. И это ещё не предел — когда у Маска появятся серьёзные конкуренты, цена пойдёт вниз ещё быстрее. Его Starship — ракета из нержавеющей стали вместо привычного алюминия, многоразовая, садящаяся прямо в «руки» стартовой башни, которая ловит её, заправляет и отправляет снова. Одиннадцать испытательных полётов, каждый раз лучше предыдущего. Двигатели-рапторы работают на метане — и это не случайный выбор: на Марсе метан можно синтезировать из углекислого газа атмосферы и воды, которая лежит подо льдом.
Луна: пещеры, лёд и китайские автомобили
В 2013 году Китай с первой попытки посадил аппарат на Луну. Маленький луноходик съехал, проехал тридцать метров и сломался. Шутили: «Ну что ты хочешь — китайский автомобиль». Прошло шесть лет — китайцы посадили аппарат на обратную стороне Луны, куда до них не добирался никто. Для этого пришлось сначала вывести спутник-ретранслятор — ведь с Земли обратную сторону не видно и связаться с аппаратом напрямую невозможно. Новый луноходик съехал — и ездил, и ездил, и исследовал. И тогда зазвучало уже иначе: «Видишь, на Луне китайские автомобили работают — может, и на Земле стоит покупать?» Лучшей рекламы национальной инженерии не придумаешь.
Жить на Луне — задача нетривиальная. Красивые алюминиевые купола архитекторов не спасают от радиации: тонкий металл для космических лучей прозрачен. Засыпать домик двумя-тремя метрами лунного грунта — вариант, но доставить экскаватор на Луну стоит сумасшедших денег (литр воды на МКС обходится в двадцать пять тысяч долларов, а тут — целый экскаватор). Выход нашли астрономы: на Луне есть пещеры. На орбитальных снимках видны входы в них. Расчёты показывают, что температура внутри — плюс семнадцать градусов: солнечный свет проникает через вертикальный вход, нагревает стены, и инфракрасное излучение распределяется по горизонтальным проходам. Осталось исследовать эти пещеры изнутри — но для этого нужны роботы-спелеологи, которых пока не существует.
А ещё Луна — идеальный космодром. Ньютон завещал разгоняться вдоль поверхности, но на Земле это невозможно: атмосфера сожжёт корабль, как метеор. На Луне атмосферы нет. Горизонтальный электромагнитный разгон, питаемый солнечной энергией, — и ракета уходит в космос почти бесплатно. Когда на Луне наладят производство, она станет воротами в Солнечную систему.
Космический лифт за тридцать пять тысяч рублей
Геостационарный спутник висит над одной точкой Земли на высоте сорока тысяч километров — он вращается синхронно с планетой. А что, если сбросить с него канат, закрепить внизу и пустить по нему лифт? Никаких реактивных двигателей — просто электромотор, как в обычном подъёмнике. Расчёт прост и красив: человек весом восемьдесят килограммов с двадцатикилограммовым чемоданом, электричество по московским тарифам — семь рублей за киловатт-час. Итого: тридцать пять тысяч рублей. Цена авиабилета Москва — Камчатка. В тысячи раз дешевле любой ракеты.
Идею космического лифта первым высказал опять Циолковский, а технический проект разработал в 1961 году ленинградский инженер Арцуханов. Проблема одна: из чего сделать канат длиной сорок тысяч километров, который выдержит собственный вес? Ни сталь, ни синтетика, ни любое известное волокно на это не способны. Но углеродные нанотрубки — могут. Пока их делают только маленькими, но японская строительная компания «Обаяши Корпорейшн» обещает к 2050 году запустить космический лифт в опытную эксплуатацию. А если питать его моторы не из розетки, а от солнечных панелей — билет станет ещё дешевле.
У лифта есть и бонус, о котором мало кто задумывается. Сегодня космические телескопы и спутники приходится складывать в невероятно сложные оригами, чтобы впихнуть под обтекатель ракеты. Телескоп «Джеймс Уэбб» — шедевр инженерного складывания. Но лифт движется медленно, ему не нужен обтекатель — можно поднимать конструкции в космос целиком, не складывая. Это радикально удешевляет всё, что мы отправляем наверх.
Паруса, бомбы и лазеры: как долететь до звёзд
Химические ракетные двигатели достигли идеала — лучше уже не придумаешь, надо менять само топливо. Ядерные реакторы эффективнее, но опасны: пять процентов ракет терпят аварию при запуске, и ядерный реактор, вернувшийся на Землю, — это Чернобыль на чью-то голову. «Роскосмос» предложил элегантный обходной путь: реактор вырабатывает электричество, а оно питает ионные двигатели, разгоняющие заряженные частицы до невероятных скоростей. Из химического двигателя газ вылетает со скоростью три километра в секунду, из электрического — тридцать. Десятикратный выигрыш в эффективности. Такие двигатели уже летают на небольших аппаратах, но для пилотируемых кораблей пока слабоваты.
А есть и совсем экзотические идеи. Солнечные паруса из тончайшей зеркальной плёнки — давление света толкает их вперёд. Уже летали пробные образцы. Выпускник физфака МГУ Слава Турышев, работающий в JPL, предлагает сначала лететь к Солнцу, разогнаться его мощным светом и умчаться с огромной скоростью куда нужно. Эстонские инженеры испытали другой метод — «парус» из заряженных проволочек, которые отталкивают протоны солнечного ветра. Маленький кубсат начал двигаться именно так, как предсказывали расчёты. А ещё есть проект ядерного звездолёта, где за кораблём предлагается взрывать атомные бомбы — каждый взрыв толкает его вперёд. Придумали это два человека, создававшие водородное оружие: Сахаров и его американский коллега. Можно было бы пустить на это все ядерные арсеналы мира — но кто же отдаст бомбы учёным?
Самый амбициозный проект — Breakthrough Starshot, профинансированный выпускником физфака МГУ, ставшим долларовым миллиардером, Юрием Мильнером. Сто миллионов долларов на создание микроскопического космического разведчика весом меньше грамма, привязанного к зеркальному парусу размером три на три метра. Луч лазера мощностью сто гигаватт за несколько минут разгоняет его до четверти скорости света. Микроробот уже практически создан. Но из чего сделать парус — загадка: он должен быть идеальным стопроцентным зеркалом, иначе поглощённая доля лазерного луча мгновенно его расплавит. Десять лет, отведённых на проект, истекают, парус не готов. Научный журнал Scientific American уже написал о «провале плана миллиардера». Но принципиальных запретов нет — есть только инженерные и финансовые проблемы, которые решаемы. Просто не за десять лет.
Гости из межзвёздного пространства
В 2017 году через Солнечную систему пролетел объект, не принадлежащий ей, — Оумуамуа, «первый вестник издалека» на языке гавайских аборигенов. Его заметили поздно, когда он уже пересёк орбиту Земли, и он быстро ушёл. Форма — то ли сигара, то ли диск, мы смотрели с ребра. Но самое странное: улетая от Солнца, он тормозил медленнее, чем должен был по расчётам. Как будто включил двигатели — но выхлопа не было видно. Если это был диск, давление солнечного света могло его подгонять — большая площадь, малая масса. Загадка не разгадана до сих пор.
В 2019-м прилетела межзвёздная комета Борисова — и открыл её не телескоп-робот, а сотрудник астрономического института МГУ Геннадий Борисов, на самодельном телескопе. Приятно, что человек может переиграть армию роботов в поиске уникального. А в 2024-м зафиксирован третий межзвёздный объект, летящий подозрительно точно в плоскости движения планет, проходящий рядом с ними. Американский астрофизик Ави Лёб уверен, что это корабль пришельцев. Большинство астрономов считают иначе. Но одно эти объекты доказывают точно: межзвёздные перелёты возможны. Кто-то или что-то — пусть даже камень — разгоняется до скоростей, при которых родная звезда уже не держит, и улетает к другим мирам. Мы уже тоже это умеем: пять наших аппаратов покинули Солнечную систему. Правда, до ближайших звёзд им лететь сотни тысяч лет. Но ведь и первая ракета 1933 года была размером со школьную поделку — а через двадцать шесть лет мы уже фотографировали обратную сторону Луны.
