Коли ми полетимо на Марс та Венеру? Колонізація Сонячної системи

Порівнювати Антарктиду з Місяцем – згубна справа. І зовсім не тому, що Місяць дуже далекий і там зовсім немає повітря. Пов’язані з цим труднощі вважалися переборними ще півстоліття тому. Просто більшість досліджень біля Південного полюса має прикладне, а в деяких випадках навіть стратегічне значення. Місяць поки що представляє суто академічний інтерес. І він настільки малий, що в середині 70-х років минулого століття в її дослідженнях настала тривала перерва. Розглядаючи в надчіткі телескопи поверхню найближчого до нас небесного тіла, астрономи не знаходили там зовсім нічого цікавого.

Не менш важлива і різниця у характері наукової роботи. В Антарктиці досліджують насамперед процеси, що протікають у льодовому панцирі, атмосфері та магнітосфері. Вивчення процесу передбачає регулярні виміри, а цього потрібні постійні бази. На Місяці взагалі нічого не відбувається. Шар реголіту, що спікся під впливом жорстких випромінювань космічного пилу, росте надто повільно, щоб спостерігати його в реальному часі.

Проте в історії освоєння Місяця та Антарктиди є явні паралелі. Після «престижного» етапу, коли Південний полюс розглядався лише як точка, в яку за будь-яку ціну необхідно встромити держак прапора, до Антарктики надовго втратили інтерес. Потім настала фаза перших наукових експедицій, які зробили несподівані та гучні відкриття: виявилося, що під льодом по звивистих тунелях течуть річки, а в глибині континенту є таємничі кам’яні оази…

І Місяць, зігравши роль призу у змаганні великих держав, пережив десятиліття забуття. Але вже в XXI столітті, коли за першим, вкрай поверховим етапом вивчення був другий, більш продуманий, разючі відкриття не змусили себе чекати. Виявилося, що на супутнику Землі у недоступних сонячним променям приполярних кратерах є вода! Причому давня, ще входила до складу протопланетного диска, з якого утворилася Земля. Така вода, крім того, що вона має величезну історичну цінність, може багато розповісти про склад первинних океанів нашої планети.

Полярні кратери, температура в яких завжди залишається близькою до абсолютного нуля, можуть виявитися ще й ідеальним місцем для розміщення інфрачервоного телескопа, здатного “бачити” дуже холодні та майже не освітлені космічні тіла на межі Сонячної системи. Ось і відповідь на запитання, навіщо нам потрібна база на Місяці!

Технології не стоять на місці, і якщо в 1960-х для відправлення астронавтів на Місяць була потрібна ракета масою майже 3000 тонн, то тепер можна обійтися ракетами в півтора рази легше. Сьогодні можливий швидший, дешевший і безпечніший «прямий» переліт — без поділу та подальшого стикування на місячній орбіті посадкового та модулів, що повертається, як робилося в рамках програми «Аполлон». І важких ракет знадобиться зовсім небагато: база не повинна бути масштабнішою спорудою, ніж давно і плідно працююча на орбіті МКС. Починати на Місяці капітальне будівництво недоцільно. Пристрій форпосту буде модульним, як у орбітальної станції, — з тією різницею, що стикувати модулі потреби немає.

Якщо обмежитися відпрацьованими у 1980-х роках 2000-тонними РН, то після посадки на Місяць кожен модуль матиме масу близько 20 тонн. Шоста її частина припаде на опори, двигуни та спустошені під час гальмування паливні баки. Залишаться 17 тонн корисного навантаження – цілком вистачить на двомісний корабель із достатнім для повернення на Землю запасом пального. У тісних пілотованих модулях персонал прибуватиме на Місяць і залишатиме його. А жити і працювати космонавти зможуть щодо комфортних житлових модулів, за обсягом (80–100 кубометрів) порівнянних із першими радянськими орбітальними станціями «Салют».

Крім одного-двох житлових модулів, базі знадобиться ще й енергетичний модуль — з ядерним реактором. Сонячні батареї марні на дні полярного кратера. Садити цей модуль, звичайно ж, краще подалі від інших і за якоюсь природною перешкодою.

Можливо, потрібен буде спеціальний інтеграційний модуль з котушками проводів, якими електроенергія передаватиметься від реактора до інших модулів бази, до яких обов’язково увійдуть інфрачервоний телескоп і бурова установка. Адже лід має залягати під шаром реголіту завтовшки від одного до восьми метрів. Потрібні ще вантажні модулі для доставки запасів і техніки і як мінімум один міжпланетний рефрижератор для відправлення льоду на Землю.

Ціною чотирьох-шостіх пусків важких РН на рік діяльність бази можна буде підтримувати кілька років. Потім у реакторі вигорить уран, телескоп застаріє, а механізм бурової установки безнадійно заклинить зім’ятим тюбиком з-під борщу. Звичайно, можна доставити із Землі іншу… тільки навіщо? Початкова програма досліджень, напевно, буде виконана, а якщо з’являться нові ідеї, то й базу розумніше створити нову — там, де нерозкритих поки що таємниць більше, а сміття, відповідно, менше.

Зараз, коли можливості автоматики стрімко зростають, майбутнє космонавтики, що пілотується, викликає питання. Проте в найближчій перспективі польоти з екіпажем залишаться економічно виправданими. На орбіті космонавти виконують функції налагоджувачів, ремонтників та лаборантів. Регулярне технічне обслуговування приладів, можливість налаштування, усунення несправностей та багаторазового використання одного пристрою у різних схемах дозволяють зробити експлуатацію обладнання більш ефективним.

Друга причина відправляти людину в космос пов’язана зі швидкістю зв’язку. Затримка сигналу між Землею та Місяцем – менше двох секунд. Але й це дуже ускладнювало керування місяцеходами. До Марса навіть у момент максимального зближення світло триває три хвилини. Крім того, потужність передавача міжпланетної станції не може бути великою. Сигнал слабкий і тоне в шумах, що приходить з космічної відстані. Його відновлення і розшифровка вимагають колосальних обчислювальних потужностей і займають багато часу. А оператор, що знаходиться поблизу, зможе за допомогою дрона обстежити велику територію і переглядати приходить з камер автомата «картинку» в реальному часі. Фокусуючи апаратуру на цікавих деталях, людина збере у 10 чи навіть у 100 разів більше інформації, ніж робот.

Пілотована експедиція на Марс має сенс. Але спершу потрібно створити електроядерний (плазмовий) двигун, розробки якого зараз ведуться до і США.

За наявності реактора потужністю 4 мегават можна доставити на Марс трьох осіб за 140 діб на кораблі масою близько 150 тонн. На запаси та корисне навантаження прийде 20–25 тонн, а на гелій, який служитиме робочим тілом двигуна, всього 40 тонн. Витрачаючи по 140 кілограмів газу на день, плазмоліт зможе рухатися з крихітним, але постійним прискоренням. Причому збільшувати швидкість, скорочуючи загальну масу корабля або підвищуючи потужність двигуна, немає сенсу. Оптимальна з точки зору небесної механіки тривалість місії – 14 місяців – залишиться незмінною.

Корабель масою 150 тонн можна повністю підготувати до польоту на Землі і вивести на орбіту вже з екіпажем на борту. Але це навряд чи виправдано, оскільки розрахований на 10 або 20 років експлуатації (реактор буде потрібно періодично обслуговувати) апарат повинен бути пристосований саме до заправки та навантаження в космосі.

Через сильнішу гравітацію та наявність атмосфери злетіти з Марса значно складніше, ніж з Місяця. Але якщо місячний пілотований модуль попрямує відразу на Землю, то марсіанському достатньо вийти на низьку орбіту, де його підбере корабель. З урахуванням цього можна створити посадковий модуль масою не більше 25 тонн — отже, доставка людини на Марс цілком здійсненна. Хоча програму досліджень доведеться скоротити до мінімуму: посадка, виголошення історичних реплік, встановлення прапора, фотосесія, збирання каменів на згадку та поспішний відліт. Чи варто будувати електроядерний крейсер тільки для цього.

Як мінімум перша експедиція (а єдиний плазмоліт дозволить відправити не менше п’яти) має полетіти не на Марс, а до Марса. Корисне навантаження при цьому складе касета з орбітальними апаратами, що спускаються. Супутники займуться розвідкою, визначаючи точки, куди варто висадити марсоходи і потім відправляться мініатюрні човники — для підйому на орбіту капсул із зібраними зразками грунту.

Оскільки екіпаж із трьох людей зможе ефективно управляти великою кількістю дронов, після першої експедиції в околомарсианском просторі залишиться скільки-то невикористаних апаратів. Задіяти їх, нехай і з меншим ефектом, можна буде і з Землі. Якщо стратегічною метою залишиться саме висадка людини, у наступних місіях корисне навантаження становитиме спочатку модуль, а потім вантажний — з запасами та обладнанням. І лише в останню чергу на орбіту Марса буде доставлено посадковий апарат.

Попередня розвідка дронами, керованими з орбіти, і створення тимчасової бази щонайменше з двох службових модулів дозволять зробити висадку там, де знайдеться щось цікаве й потребує особливої акуратності щодо. Виконувати тонкі маніпуляції киркою та лопатою, надто відповідальні для того, щоб доручити їх роботам, космонавти зможуть протягом кількох тижнів.

Головним недоліком плазмового двигуна, мабуть, виявиться його марність для чогось, крім досліджень Марса. Можна ще злітати до Венери, навіть до Меркурія, якщо кондиціонери дозволять, але Юпітер вже надто далеко. Експедиція триватиме близько чотирьох років і вимагатиме величезних витрат.

На земній орбіті до корабля доведеться стикувати додаткові баки з гелієм та ядерні прискорювачі для розгону. Та й самих кораблів знадобиться щонайменше два: перший доставить екіпаж на місце, другий, заздалегідь відправлений до краю гравітаційної ями Юпітера, евакуює експедицію. А якщо ставити перед місією серйозні дослідницькі цілі — вивчення атмосфери Юпітера з низькою орбіти та отримання зразків льоду з Європи та Ганімеда, потрібно ще й третій корабель: транспортер автоматичних станцій.

Передумови докладного дослідження, та був і колонізації всієї Сонячної системи з’являться лише після розробки термоядерного двигуна. Його поява очікується лише через 50–100 років: поки що є ціла низка нерозв’язних перешкод для створення цього пристрою. Але коли їх подолають, обладнаний ТЯД космоліт вже повністю відповідатиме очікуванням нинішніх фантастів. Виключаючи хіба що гіперпросторові стрибки та наявність штучної гравітації на борту. Маса корабля, принаймні стане цілком фантастичною — від 1000 тонн без вантажу. Збирати його доведеться вже на орбіті.

Динамічні характеристики, незважаючи на відносно повільний розгін, теж виявляться цілком гідними. З корисним навантаженням 2000 тонн термоядерний корабель досягне орбіти Місяця за дві доби (як і ракета із ЗРД), Марса за 40-90 діб (залежно від взаємного розташування із Землею), Юпітера за 120, Сатурна за 180, а Нептуна – за діб. Причому майже все навантаження справді буде корисним: навіть на рейс до Нептуна і назад потрібно буде витратити не більше 150 тонн літію та 25 тонн водню. Якщо ж прийняти на борт замість вантажу 1500 тонн гелію для розгону на холодній тязі, політ до найдальшої планети Сонячної системи триватиме всього 100 днів.

Не відповідатиме фантастичним очікуванням лише зовнішній вигляд корабля. “Хребтом” його стане 100-метрова труба двигуна, зістикована з відрізків, що доставлені із Землі. Все інше – вантаж, житла відсіки, кабіна управління – буде набір з десятків 30-50-тонних модулів, що кріпляться до вузлів стикувань. Максимальні габарити та маса модулів залежатимуть від місткості повітряно-космічних літаків, що доставляють вантажі на орбіту. Призначення модуля може бути будь-яким — від бака з гелієм до капітанської рубки корабля або купейного вагона.

У термоядерну епоху тури на Місяць здійснюватимуться масово, прогресивним контейнерним способом. Герметичний модуль з туристами, внутрішня поверхня якого є суцільним екраном зовнішнього огляду, запечатується в космопорту, після чого транспортером доставляється на борт орбітального літака з прямоточними двигунами.

На орбіті маніпулятор витягує модуль із вантажного відсіку шатла та стикує до місячного лайнера. Потім — політ на термоядерній тязі до орбіти Місяця і доставка модуля ядерним буксиром до поверхні, де електричний крокохід, піднявши пасажирський контейнер і увімкнувши електронного гіда, проведе екскурсію до місця посадки Армстронга… Якщо прогулянка у скафандрах не включена до програми та нікому в салоні термінова операція, то туристичний модуль можна взагалі роздруковувати до повернення Землю.

* * *

Поява термоядерного двигуна відкриє нову епоху, коли немислиме стане реальним. Протягом 20-30 років поблизу Землі стане не відпочити від космольотів, що заполонили паркувальні та вантажні орбіти. Адже на доставку однієї тонни вантажу з кільця астероїдів до поверхні Землі доведеться витратити лише 20 кілограмів літію-6. А він коштує недорого. Спалений човниковими літаками водень взагалі нічого не коштуватиме, тому що енергія для його отримання електролізом води буде здобута ціною невиразно малих витрат того ж літію.

Коли витрати на будівництво космофлоту і створення баз, що добувають і досліджують (адже позаземні скарби перш за все потрібно знайти), перетворяться на прибуткове вкладення коштів, планети Сонячної системи відразу стануть набагато ближчими.