Курс на Луну и выше

О новых планах и возможностях России в космосе мы поговорили с директором Института космических исследований РАН академиком Анатолием Петруковичем.

— Анатолий Алексеевич, насколько амбициозны цели нынешнего нацпроекта? И отвечает ли заявленным целям финансирование?

— Ну, раз проект принят, значит, финансирование отвечает целям, иначе решение принято не было бы. Новая программа включает в себя довольно много элементов — это и пилотируемый космос, и создание новых ракет-носителей, и запуск спутников связи и научных спутников, и проекты по космической ядерной энергетике, и космическое образование в части подготовки кадров для «Роскосмоса». Это действительно национальный проект. Все его звенья по всем направлениям российской гражданской космической деятельности взаимоувязаны. Цели ставятся достаточно амбициозные, в том числе это отражено в финансировании — на этот нацпроект будет выделено более четырех триллионов рублей на десять лет. Эта сумма существенно выше ассигнований на гражданский космос за предыдущее десятилетие. Ну и, соответственно, космическая отрасль берет на себя большие обязательства.

— Давайте поговорим о ключевых направлениях нацпроекта. Одно из них, как вы уже отметили, — создание национальной многоспутниковой группировки. Но подобная цель заявлялась и раньше, и, как мы все знаем, до полноценной реализации она так и не была доведена. В чем все-таки камень преткновения у нас по спутникам и есть ли уверенность, что на этот раз все получится?

— Начнем с того, что сейчас впервые финансирование по созданию многоспутниковых группировок гарантировано на десять лет. До сих пор действительно запускались только демонстраторы, производство большого количества спутников не начиналось.

Вопрос на самом деле очень сложный. Ведь исторически спутник — это уникальный объект, который долго собирается, к нему прилаживаются разные составные части, которые тоже уникальны, их создание и отработка занимают довольно много времени. Все это приводит к тому, что спутник создается долго и получается достаточно дорогим. При таком ручном, штучном производстве создать группировку из десятков и сотен аппаратов практически невозможно. Ключевая задача сейчас — перейти к серийному производству, когда у вас, как на конвейере, спутники появляются один за другим. Для этого требуется не только создать какой-то один сборочный цех, а перестраивать всю отрасль, чтобы она выдавала гораздо больше продукции за меньшую цену. Это касается всего — и солнечных панелей, и двигателей, и приборов ориентации, и радиоэлектронных компонентов, и даже металла и еще многого другого.

И задача — наладить все это, чтобы все серийно производилось и было надежно. Так же, как делается автомобиль: сходит с конвейера — и практически сразу можно садиться за руль.

— А как в научном плане развиваются спутниковые технологии? Насколько очевиден здесь прогресс и успеваем ли мы за ним со своим штучным производством?

— В конце девятнадцатого века был изобретен автомобиль, который ездит на четырех колесах, и до сих пор мы имеем ту же четырехколесную конструкцию. Но даже если мы сядем в машину всего тридцатилетней давности, то почувствуем разницу с той, на которой мы катаемся сейчас. Не говоря уже о более ранних моделях. «Победа» была люксовым автомобилем в 1940-х годах, но, с точки зрения потребителя, сегодня она по всем параметрам уступает современным машинам. Точно так же спутники: у них остаются антенны, солнечные батареи, детекторы, двигатели, но при этом все меняется. Спутники «умнеют». Они передают огромное количество информации, эти архивы сейчас составляют петабайты.

Очень сильно эволюционируют детекторы для спутников. С их помощью сегодня мы можем заглянуть под облака, детально увидеть Марс, измерить, например, малые примеси в марсианской атмосфере на уровне одной миллионной доли.

У нас все эти технологии есть.

На орбиту — на всем новеньком

— Еще один проект, сроки которого постоянно продлеваются, — российская орбитальная станция. В каком состоянии он сейчас находится?

— Если мы погрузимся в фактическую деятельность отрасли, то увидим, когда начинается финансирование, когда и с какими сроками заключаются контракты. Конечно, будущее станции обсуждалось довольно давно, но реальные работы по ней — с подписанием контрактов, с определениями ее характеристик — стартовали всего лишь год-два назад. Поэтому если говорить именно о создании станции, а не об обсуждении каких-то предварительных вариантов, то оно началось не так уж давно. Кроме того, пока у нас работает МКС, мы, естественно, ничего нового запускать не будем, потому что эксплуатировать две станции на орбите слишком накладно. Новая станция должна появиться с окончанием работы на МКС. Поэтому по срокам надо прежде всего на это ориентироваться.

— А есть какая-то определенность по срокам? Вроде по последним договоренностям космических агентств завершающим для МКС должен стать 2028 год, но периодически всплывают версии о возможности существования станции до 2030 года и даже дальше?

— Мы уже находимся за гарантийным сроком эксплуатации МКС. В таком случае срок эксплуатации продлевается по техническому состоянию станции. Проводятся регулярные проверки и нами, и Соединенными Штатами и совместные — всеми участниками программы МКС. В них анализируются количество отказов различных систем, состояние компьютеров, энергопитание и так далее.

В ближайшие десять-двадцать лет ни одна национальная станция не будет даже близко сравнима с МКС. Это касается всего — наполнения, размера, мощности энергетики

Затем составляется доклад о том, что станция в данный момент находится в таком-то техническом состоянии, прогноз на ближайшие годы такой-то. Далее космические агентства России и США совещаются и принимают решение о продлении проекта. На сегодня есть договоренность, что до 2028 года продолжается регулярная эксплуатация станции в обычном рабочем режиме. А с 2028 года начинается подготовка процесса сведения МКС с орбиты. Эта миссия займет больше одного года точно. Поэтому в этой схеме окончание существования станции вырисовывается примерно в 2030 году.

Но опять же, через год-два будет еще один технический анализ станции и, может, будет принято другое решение. Здесь снова подходит аналогия с автомобилем: гипотетически он может возить вас очень много лет, вам же изначально не ставят по нему какие-то предельные сроки использования, но ежегодно вы проходите ТО, по которому дается однозначный вердикт: стоит ли на этом автомобиле ездить дальше.

— Как будет сводиться МКС с орбиты? Насколько сложен этот процесс?

— Ну, тут все примерно понятно, так как с «Миром» задача такого рода уже решалась. Сначала будет понижена орбита станции. Чем ниже орбита — тем, соответственно, больше сопротивление атмосферы и тем быстрее станция начнет снижаться естественным образом. Но просто так «уронить» ее мы не можем, так как она упадет в непредсказуемом месте в непредсказуемое время, потому что мы до конца не можем просчитать состояние атмосферы на этих низких высотах, на которых и спутники не летают и до которых невозможно дотянуться самолетами с Земли. Когда, например, спутник входит в атмосферу, можно просчитать только приблизительное время падения, но на каком точно месте какого витка он упадет, предсказать очень сложно. Но спутники сгорают в атмосфере, а МКС, конечно, не сгорит полностью. Это самый большой объект, который построен в космосе. МКС надо «сбросить» точно в Тихий океан, причем в достаточно безлюдный район.

Для этого к станции будет запущен специальный корабль-танкер с двигателем. Это будет либо наш «Прогресс», либо американский корабль, который делает Илон Маск. Он будет постепенно снижать станцию, и в последний момент, когда мы уже будем уверены в траектории ее падения, даст дополнительный импульс для принудительного входа в атмосферу в нужном месте.

— А что самое сложное для России в создании и запуске национальной орбитальной станции?

— Здесь надо отметить комплексность проблемы, потому что мы создаем не только новую станцию, но и, параллельно, новый пилотируемый корабль, который должен летать на новой, ранее не использовавшейся для пилотируемых полетов ракете — «Ангаре» — с нового космодрома Восточный. Все это в сумме дает очень большой объем работ. До этого история наших орбитальных станций развивалась постепенно. Сначала появился космодром, потом корабли «Союз» и потом только станция на орбите.

— Свой «дом на орбите» уже есть у Китая, известно, что помимо России подобные проекты готовят США и Индия. Что, на ваш взгляд, будет самым интересным в соперничестве разных национальных орбитальных станций?

— Это очень интересный вопрос, который, я думаю, сейчас обсуждается. Потому что создать что-то, подобное МКС, возможно только международными усилиями. В ближайшие десять-двадцать лет ни одна национальная станция не будет даже близко сравнима с МКС. Это касается всего — наполнения, размера, мощности энергетики, которая фактически определяет возможности станции. Сейчас на МКС может единовременно работать десять человек.

Это совершенно уникальный объект, и я не могу представить себе, что одна страна — Россия, Америка или даже Китай — когда-нибудь сделает что-то подобное. Поэтому все, конечно, смотрят на то, чтобы наметить какие-то возможности сотрудничества после МКС. Но давайте посмотрим, как пойдет это обсуждение.

А так каждая страна планирует что-то свое. У американцев сейчас тенденция делать коммерческие станции, чтобы туда туристов возить, а по заказу NASA будут и астронавты летать для проведения научных экспериментов. Какая-то такая логика. Как ее совместить с государственными программами других стран, не совсем понятно.

— Есть ли у наших космонавтов возможность побывать на китайской станции — «Тяньгуне»?

— Дело в том, что китайская станция находится на другом наклонении орбиты и с российских космодромов до нее дотягиваться довольно затратно. Так не бывает, чтобы ракета взлетела и дальше рулит, как ей нравится: налево там, направо. У ракет есть трасса выведения, которая предполагает определение места, куда падают первая и вторая израсходованные ступени, куда могут сесть космонавты, если вдруг запуск сложился неудачно. Если мы меняем наклонение, трасса меняется. Согласование трассы в населенной местности — очень сложный технический и политический вопрос. Поэтому такой «фокус» — а давайте мы сейчас с Байконура или с Восточного слетаем к нашим китайским товарищам в гости — быстро осуществить не получится.

— Кто сегодня наши партнеры в космосе?

— Сейчас есть партнерство и с американцами, это МКС как минимум, и с европейцами в рамках МКС. Есть также соглашение с Китаем по подготовке лунных миссий. Здесь как раз уже разворачивается реальное сотрудничество, российские приборы должны полететь на китайском лунном аппарате.

По воде и редкоземельным металлам на Луне надо получить исчерпывающие ответы: где это находится, сколько это будет стоить, насколько сложно это добыть; посмотреть, как ИИ сможет управлять там роботами

В рамках БРИКС есть соглашение об обмене данными по дистанционному зондированию Земли. В меньших объемах есть сотрудничество с Индией.

Тренд на многоразовость

— Периодически «Роскосмос» анонсирует скорые испытания на Восточном нового пилотируемого корабля «Орел». В чем его отличие от «Союза» и какова на сегодня его готовность?

— Что касается отличий, то по сравнению с «Союзом» «Орел» будет примерно в два раза больше. Соответственно, на нем могут летать не три человека, а четыре или даже шесть, и там имеется большой запас по полезному грузу. Кроме того, делается он прежде всего для полетов к Луне, соответственно, имеет более мощные двигатели для межпланетных маневров. У «Орла» будут усиленная термозащита, поскольку он с большей скоростью будет входить в атмосферу, и многоразовая капсула. И летать он будет не на ракете «Союз» с Байконура, а на ракете «Ангара» с Восточного. Вот это основная разница.

Вопрос о степени готовности находится в компетенции «Роскосмоса» и РКК «Энергия».

— Каков сейчас статус проекта многоразовой ракеты, которая, как считается, должна удешевить запуски спутников в космос? Она вошла в утвержденный нацпроект?

— Да, в рамках принятого нацпроекта «Космос» есть пункт по средствам выведения, и уже сейчас ведутся работы по разным ракетоносителям, в том числе по ракете с возвращаемой первой ступенью. Эффективность этого проекта полностью завязана на реализацию спутниковой программы, в частности на количество выводимых спутников. Если мы, как Илон Маск, запускаем несколько десятков или сотен спутников в год этой ракетой, то в сумме это будет дешевле запусков на одноразовых носителях.

А само производство ракеты с возвращаемой ступенью дороже, так как у нее появляются новые элементы, ей нужно больше топлива, чтобы сесть в нужное место. Поэтому за один запуск эта ракета сможет выводить меньше спутников. Обслуживание на старте у нее тоже будет дороже, потому что после посадки ее должны обследовать и готовить к следующему запуску. С другой стороны, мы не производим заново первую ступень. И вот этот экономический баланс плюсов и минусов проявляется как раз на количестве запусков. Если мы несколько десятков запусков делаем, нам этот проект выгоден.

— Что принципиально нового с научной и технологической точки зрения в многоразовой ракете? Какие основные проблемы здесь придется решать ученым и инженерам?

— Главная проблема возвращаемой первой ступени — обеспечить управляемую мягкую посадку. Технология взлета на ракетном двигателе хорошо отработана, а вот реактивная посадка гораздо более сложная операция. Упрощенно говоря, вверх ракета летит на максимально возможной скорости. Но возвращается она уже на малой скорости, с медленным спуском, чтобы сесть мягко на площадку примерно 20 на 20 метров и при этом не перевернуться, не повредить ни двигатели, ни свои «ноги». Это сложная система управления, очень тонкая регулировка двигателя. Все придется отлаживать на опыте. Маск много ракет разбил, прежде чем научился садиться, но всему миру показал, что это возможно.

— Кстати, про Илона Маска. А что у него не получается с ракетой Starship? Почему они у него взрываются постоянно? Он создает что-то совсем технически невероятное?

Он хочет сделать полностью возвращаемую ракету, а не только первую ступень. Обычная ракета имеет первую, вторую и третью ступени плюс космический аппарат. Он же говорит: нет, будет всего две ступени, причем вторая и есть космический аппарат, и обе будут возвращаться. Заявленная грузоподъемность этого нового ракетного комплекса очень большая — 100 или даже 150 тонн. При этом Маск обещает сделать ее очень дешевой и одновременно сверхпрочной, устойчивой — чтобы можно было через несколько часов после посадки заправить ее топливом и снова выпускать в космос. Технически это очень амбициозная задача.

В истории космонавтики еще не было сверхтяжелых ракет, которые летали бы в космос регулярными рейсами, без больших перерывов. «Сатурн» у американцев летал всего раз десять, наша «Энергия» — два раза, SLS программы «Артемида» летала всего один раз, и следующий ее полет был запланирован примерно через полгода и несколько раз откладывался из-за того, что ракета не готова.

Сверхтяжелая ракета — это очень большая мощность, а значит, очень большие нагрузки на все технические подсистемы, большие вызовы с точки зрения управления этим сложным комплексом. В чем, например, была проблема советской сверхтяжелой ракеты Н-1? У нее только на первой ступени было 30 двигателей, и их не удалось синхронизовать так, чтобы они надежно отрабатывали пуск. Что-то у Маска тоже не получается. Что конкретно, он до конца не раскрывает. Ссылается на то, что что-то там разрушилось, но о глубоких технических причинах, которые наверняка являются основными, ничего не говорится.

Вот такой пример я могу привести. Можно оценочно посчитать мощность первой ступени Starship. Это примерно 100 гигаватт, если очень грубо. Сто секунд примерно работает первая ступень. Вот один промышленный ядерный реактор на Земле, то есть атомная станция, — это примерно 1‒1,5 гигаватта. Получается, что Starship при запуске — эквивалент электроэнергетики целой страны.

Это не шутки, потому что здесь огромные нагрузки и все должно работать как часы. Это, конечно, большой вызов. Посмотрим, получится у Илона Маска или нет.

Взлет ядерной энергетики

— Еще одна цель нацпроекта — развитие ядерной космической энергетики. Для чего она нужна, в чем ее задача?

— Ну, во-первых, нам нужна космическая ядерная энергетика, если мы хотим на других небесных телах что-то длительно делать. Не просто прилететь, как когда-то американцы на Луну, провести там несколько дней, накопать грунта, сесть в корабль и улететь обратно. На Луне у нас 14 суток день и 14 суток ночь. Днем температура округленно плюс 150 градусов на поверхности, ночью — минус 150.

Соответственно, луноходы, чтобы пережить лунную ночь, должны иметь ядерную батарейку, то есть это очень небольшой источник ядерной энергии, который подогревает ключевые элементы аппарата в то время, пока он ночью пребывает в «летаргическом сне».

Если мы хотим, чтобы человек мог провести ночь на Луне, или чтобы какой-нибудь робот там что-то строил, или чтобы телескоп работал ночью, так как ночь для него — идеальное время для наблюдений, мы должны иметь постоянный надежный источник энергии. Для этого требуются уже киловатты мощности, которые не запасешь днем в аккумулятор.

То есть нужны атомные электростанции космического исполнения. Поэтому первая задача космической атомной энергетики — создание вот таких источников энергии, которые позволят делать что-то более серьезное на другом небесном объекте, например открыть производство, проводить масштабные научные эксперименты.

Есть также пределы мощности солнечных панелей на спутниках. Если мы хотим уйти на мощности типа мегаватт от десятков киловатт, которые сейчас генерируют солнечные панели, нам тоже нужна ядерная энергетика.

СССР уже запускал в космос реакторы, они были не очень долгодействующие, но летали. Поэтому технологии у нас есть. Вот сейчас как раз начинается такой ренессанс ядерной энергетики для космоса, когда все космические державы стали понимать, что это нужно, и начали вкладывать ресурсы и планировать создание космических реакторов.

— Чем эти реакторы будут отличаться от тех, что уже работают на Земле?

— Они будут похожи на земные модульные малые реакторы, но их конструкция будет адаптирована для космоса. То есть они должны выдержать взлет с Земли, перелет, посадку. При этом у них еще выше, чем на Земле, требования по безопасности, так как корпус реактора не должен разрушиться при аварии. Кроме того, в космосе очень большие проблемы с отведением тепла. При генерации электроэнергии коэффициент полезного действия всегда меньше единицы. Часть потраченной энергии превращается в тепло. На атомных станциях оно сбрасывается за счет теплообмена в воду в огромные бассейны, близлежащие озера или моря. В космосе такой фокус не пройдет, потому что там нет воды, вокруг вакуум. Значит, будет сброс тепла через излучение, так же как у лампы накаливания или даже Солнца. Но этот механизм, к сожалению, не так эффективен, разве что нагреть реактор до температуры Солнца. Для разумных температур конструкции приходится создавать радиаторы очень большой площади, и это сильно утяжеляет и усложняет конструкцию.

Сложность еще состоит в том, что космический реактор должен быть очень компактным, он не может иметь размер футбольного поля или даже завода, а должен уместиться в совершенно конкретный диаметр ракеты.

Все это в сумме дает довольно большой набор технических сложностей, которые сейчас решаются учеными-ядерщиками.

Луна, Венера, Марс

— Какие у нас планы по Луне на ближайшие годы?

— По Луне на ближайшую пятилетку прежде всего запланирована реализация проектов, которые уже довольно долго делаются, но по разным причинам, в том числе из-за аварии «Луны-25», откладывались. Это запуск орбитального аппарата «Луна-26» и двух посадочных аппаратов — «Луна-27-1» и «Луна-27-2».

Если все пойдет хорошо, то у нас будет два идентичных быстро запускаемых посадочных аппарата, которые будут дополнять друг друга. Если что-то, не дай бог, пойдет неправильно на первом, на втором есть шансы быстро исправить ошибку. На создание этих космических аппаратов сейчас работает наша космическая промышленность, в том числе и ИКИ РАН, в части научной аппаратуры, выбора мест посадки и так далее.

— А что конкретно предполагается сделать на Луне в ближайшей перспективе? Насколько мы продвигаемся в строительстве лунной базы?

— Сейчас стоит задача определиться, чего мы хотим с практической точки зрения от нашего спутника и что мы там реально можем сделать. Для начала нам предстоит найти оптимальное место расположения лунной базы — чтобы было удобно и с точки зрения получения энергии Солнца, и с точки зрения видимости Земли, и по рельефу — потому что не вся поверхность Луны ровная и все видели, как американские и японские аппараты переворачивались при посадке. Южная полярная зона — один из интересных вариантов, но и здесь надо подбирать уже конкретные подходящие места.

Далее надо определить, какие ресурсы есть на Луне и что из этого нам интересно. Кто-то говорит, что надо воду добывать, а кто-то — что редкоземельные металлы. По этим вопросам надо получить исчерпывающие ответы: где это находится, сколько это будет стоить, насколько сложно это добыть, посмотреть, как радиосвязь на Луне устроить, как искусственный интеллект может там работать, чтобы управлять роботами, которые будут вести добычу ресурсов. Вот это задачи ближайших лет.

В 2030-е будет активное освоение Луны, испытание там различных устройств и отработка опыта полетов, и только после этого можно будет выдвигаться на Марс

А после 2030 года все страны, у которых есть лунные программы, уже выходят на создание лунных станций. Это уже совсем другой уровень исследований небесного тела: не просто один аппарат садится в каком-то месте, а через год или два — другой в совершенно другом месте, — а совокупность космических аппаратов, которые друг с другом взаимодействуют для выполнения практических задач.

— Получили ли одобрение давно обсуждаемые планы возобновления запусков аппаратов на Венеру и Марс?

— У нас есть и будет продолжена программа отдельных приборов, которыми мы сейчас исследуем Марс на зарубежных космических аппаратах, но запусков к Марсу в данном нацпроекте не предусмотрено. Есть также собственный российский проект «Венера-Д», который предназначен для исследования Венеры, облаков Венеры и очередной посадки аппарата на Венеру, который будет реализован после 2030 года.

— А что нового мы хотим найти на Венере, тем более что в этом «аду» советские аппараты уже были несколько раз?

— Каждое новое исследование добавляет что-то новое. Появляются новые приборы, способные сделать более точный анализ атмосферы и грунта по сравнению с советскими временами. Это очень важно для фундаментальной науки, так как в малых компонентах грунта и атмосферы содержится, как ни странно, информация об истории планеты.

На Венере, конечно, сделано уже много открытий, прежде всего советскими учеными. Понятно, что там в атмосфере 96 процентов углекислого газа, немножко азота и двуокиси серы, но мы ищем не это, а благородные газы, которые составляют очень малый процент. Мы примерно знаем, сколько было этих газов в протопланетном облаке, из которого Солнечная система образовалась, и сколько есть на других планетах, и постепенно из этих кусочков знаний воссоздаем историю Солнечной системы.

И нас, конечно, интересует, почему Венера, которая, в принципе, не сильно отличается от Земли по условиям, настолько горячая. Если просто посчитать ожидаемую равновесную температуру, на Венере должна быть плюсовая температура, но не такая высокая, а на поверхности каменного шарика, который мы называем Землей, должно быть примерно минус 15 градусов Цельсия. То есть здесь у нас жизни бы не было, все должно было замерзнуть. Но вот атмосфера развивалась так, что появился небольшой парниковый эффект и у нас комфортная температура.

А Венера развивалась по совершенно другой траектории, парниковый эффект нагрел ее до 500 градусов. И почему это произошло, грозит ли это Земле — тоже немаловажный вопрос. И для этого надо знать, как атмосфера Венеры эволюционировала.

Помимо этого есть еще много других важных и интересных научных задач, в том числе поиск в облаках Венеры примитивных форм жизни.

— Как вы оцениваете возможность колонизации других небесных тел, в частности Марса? Это реальная перспектива или все-таки красивая мечта человечества?

— Ну, если говорить о полете на Марс, то что такое колонизация? Колонизация — это когда какое-то человеческое сообщество сможет жить на планете независимо от метрополии. То есть добывать там ресурсы, питание, размножаться. Как это можно сделать в космосе, в какие сроки и когда, пока в техническом планировании не просматривается. В футуристическом — пожалуйста, а вот в техническом нет. Можно, конечно, рискнуть, отправить на Марс людей и сказать: ребята, давайте живите, это теперь ваш дом. Но что они будут делать, когда их космический аппарат через несколько десятков лет разрушится, из чего они будут строить новое жилье? Как минимум этот вопрос встанет.

Я уже не говорю о питании, о радиации, об отсутствии атмосферы и вообще о том, что мы сейчас хотим жить не только в пещере с каменным топором, но хотим иметь телефоны, самолеты, лекарства, в конце концов, хотим иметь срок жизни приличный.

И как это все реализовать на Марсе — совершенно непонятно. Что технически просматривается: сейчас эксперты осторожно говорят, что полет человека на Марс может стать реальностью после 2040 года. В 2030-е будет активное освоение Луны, испытание там различных устройств и отработка опыта полетов, и только после этого можно будет выдвигаться на Марс. Но есть и пессимисты, которые говорят, что от Луны до Марса нужно сделать гигантский технологический скачок. И либо этот скачок находится на границе человеческих возможностей, либо за их пределами.