Космические державы все больше начинают рассматривать космос в прикладном ключе — темы, которые ранее считались далекой от нас романтикой, становятся предметом конкретных планов. В ближайшем будущем человечество отправит в дальний космос целую серию исследовательских и пилотируемых миссий, расширяются работы по предотвращению астероидно-кометной опасности, наращиваются усилия по поиску внеземной жизни.
В предыдущий раз исполнительный директор Роскосмоса по перспективным программам и науке Александр Блошенко поговорил с ТАСС о большом взрыве, темной энергии и других "вечных" космических темах. Во второй части интервью специалист рассказывает об усилиях России по мониторингу опасных для Земли небесных тел и отслеживанию космического мусора, о российской программе изучения Вселенной с недоступной ранее детализацией, а также о перспективных материалах в ракетостроении и полетах человека в дальний космос.
— Насколько велика вероятность в ближайшем будущем столкновения Земли с крупным метеоритом или кометой? Что мы можем предпринять на сегодняшний день в случае такой угрозы?
— Еще четыре столетия назад Галилей рассчитал, через сколько лет наблюдаемая комета вновь окажется на небе, в какой части и по какой траектории она будет двигаться. Сейчас средства анализа движения небесных тел шагнули далеко вперед, поэтому с большой долей уверенности можно сказать, что в ближайшей перспективе нам ничего в глобальном смысле не угрожает.
Однако существует возможность того, что на известные траектории астероидов повлияют другие небесные тела. Так, один из околоземных астероидов, Эрос, находится в орбитальном резонансе с Марсом, и планета изменяет его траекторию на более вероятную для соударения с Землей. При этом вероятность такого столкновения пока все еще ничтожно мала.
Противодействие удару опасного космического тела включает в себя обнаружение и мониторинг угрожающего объекта, прогнозирование его траектории, выбор способа противодействия и доставку средств противодействия к астероиду. Сейчас рассматриваются различные способы уничтожения угрожающего небесного тела либо его увода с орбиты — кинетический удар, гравитационный буксир, ракетные двигатели, применение солнечного паруса и другие. В России, как и в ряде других стран мира, ведутся научно-исследовательские работы, направленные на разработку технологий предотвращения столкновений опасных небесных тел с Землей.
Кроме того, российская система предупреждения опасных ситуаций в космическом пространстве развивается и за пределы наблюдений околоземной орбиты — в сторону мониторинга опасных небесных тел на дальних подступах. И такую информацию мы регулярно предоставляем
— Первый замгендиректора Роскосмоса Юрий Урличич сообщил, что российская Автоматизированная система предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве (АСПОС ОКП) получила название "Млечный Путь" и в будущем в ней появится космический сегмент. Какие есть сейчас наработки по этой теме?
— За последние десятилетия в околоземном космическом пространстве скопилось огромное количество объектов искусственного происхождения, включающих в себя функционирующие космические аппараты и космический мусор — прекратившие работу спутники, верхние ступени ракет-носителей, разгонные блоки, фрагменты разрушившихся перечисленных космических средств. Решение задачи обеспечения безопасности космических аппаратов усложняется планируемым развертыванием многоспутниковых группировок. За 7–10 лет количество функционирующих космических аппаратов увеличится с 2300 до 20 тыс.
Российская АСПОС ОКП работает для выявления и прогнозирования опасных ситуаций в ближнем космосе. Сегодня в российской системе мониторинга околоземного пространства используется 36 телескопов, которые наблюдают более 22 тыс. космических объектов. Кроме того, существует огромное количество мелкого космического мусора — свыше 600 тыс. фрагментов размером от 1 до 10 см. К 2025 году в составе АСПОС ОКП планируется использование уже 65 телескопов.
При развитии системы необходимо учитывать тот факт, что оптические наземные средства мониторинга имеют ряд ограничений: отсутствие глобальности охвата, зависимость от состояния атмосферы, атмосферных явлений и времени суток. Следовательно, в целях достижения максимально возможной эффективности обнаружения и наблюдения космических объектов в составе системы будет предусмотрен космический сегмент, который будет включать в себя группировку специализированных космических аппаратов мониторинга околоземного пространства. Также в рамках программы "Сфера" планируется создание перспективных космических аппаратов дистанционного зондирования Земли с установкой на их борту дополнительной аппаратуры мониторинга околоземного пространства. Кроме того, планируется смонтировать экспериментальную оптическую аппаратуру на борту МКС. Запуск первого космического аппарата в составе космического сегмента системы запланирован на горизонте 2027 года.
При развитии АСПОС ОКП будут задействованы элементы искусственного интеллекта, количество обрабатываемых измерений возрастет в пять раз и достигнет 1 млн измерений в сутки, кратно уменьшится погрешность прогноза сближений. Кроме того, в рамках системы предусматривается создание отдельного специализированного сегмента мониторинга астероидно-кометной опасности. Обновленная система АСПОС ОКП получит название "Млечный Путь".
— Есть ли вероятность, что все человечество погибнет от удара 50-километровой кометы, не имея возможности защититься от нее, улететь на другую планету?
— Как я сказал выше, на данный момент нет космических объектов, траектория движения которых проходила бы близко к траектории Земли и столкновение с которыми угрожало бы существованию человечества. Наиболее опасным считается астероид 1950DA, названный по году его обнаружения. Диаметр астероида составляет около 1,3 км. Расчетная дата наибольшего приближения 1950DA к Земле — 16 марта 2880 года. По последним оценкам, вероятность столкновения 1950DA с Землей оценивается как 1 к 4000. До 2880 года даже при существующем уровне технических возможностей мы будем наблюдать астероид свыше 800 раз, сможем уточнить параметры его орбиты с учетом ее динамики и при необходимости принять меры.
Кроме того, уровень наших технических возможностей по обнаружению потенциально опасных космических объектов и предотвращению возможного столкновения с ними неуклонно повышается, и в будущем человечество будет способно их эффективно предвидеть и исключать, вне всякого сомнения. Для этого мы проводим необходимые исследования и создаем научно-технический задел уже сегодня.
— Какие еще потенциально опасные небесные тела обнаружены Россией в последнее время кроме астероида, зафиксированного в ноябре 2019 года? С американской подобной системой мы коммуницируем?
— Действительно, в ноябре 2019 года российскими специалистами был обнаружен ранее никем не зафиксированный астероид, по размерам сопоставимый с Челябинским метеоритом. Информация о нем была распространена по всем мировым обсерваториям, осуществляющим наблюдения астероидов и комет. Ранее, в ночь с 27 на 28 июля того же года, российская система АСПОС ОКП обнаружила другой астероид, приблизившийся к Земле на 188 тыс. км. Впоследствии подтверждающие наблюдения были получены также английской и американской обсерваториями. Для вычислений и верификации данных российскими специалистами привлекается информация зарубежных систем, в том числе американской системы Space Track.
— Что будет с Землей, если Луну вдруг разобьет комета? И как Земля приобрела в свое время этот естественный спутник?
— Вопрос о происхождении Луны обсуждается в научных кругах уже более ста лет. Его решение имеет большое значение для понимания ранней истории Земли, механизмов формирования Солнечной системы, происхождения жизни. При возрасте Земли в 4,5 млрд лет Луна моложе нашей планеты всего лишь на 13 млн лет, то есть фактически является ее ровесницей.
До последнего времени наиболее достоверной считалась гипотеза возникновения Луны в результате столкновения Земли с крупным космическим телом, размером примерно с Марс. В результате огромная масса земной материи и частично материала небесного тела, столкнувшегося с Землей, расплавилась и была выброшена на околоземную орбиту, где она сформировала компактное тело, которое стало Луной. Несмотря на кажущуюся экзотичность, эта гипотеза мегаимпакта стала наиболее признанной научным сообществом, поскольку она удачно объясняла, например, дефицит железа на Луне, а также динамические характеристики системы "Земля — Луна".
Однако некоторые геохимические характеристики, в частности сверхобедненность естественного спутника Земли летучими элементами, такими как натрий и калий, плохо согласуются с допущением, что Луна образовалась из мантии Земли. В последние годы российские ученые выдвинули и обосновали новую концепцию, в соответствии с которой Луна образовалась одновременно с Землей как двойная система в результате фрагментации облака пылевых частиц. Эту модель удалось подтвердить результатами компьютерного моделирования, но остается еще много вопросов, ответы на которые еще предстоит найти.
Последствия космического события, в результате которого Земля лишилась бы своего естественного спутника, например, если бы Луну разбила комета, можно разделить на две группы. При этом, конечно, отдельно будет стоять апокалиптический сценарий, при котором крупные обломки Луны падают на Землю, вызывая цепную реакцию событий, приводящих к гибели современной цивилизации
К первой группе последствий можно отнести те, которые не несут мгновенного критического ущерба для Земли и человечества. Наиболее очевидные из них: на Земле прекратятся солнечные затмения, ночи станут гораздо темнее, так как Луна отражает солнечный свет и освещает им Землю. В первом приближении ничего страшного не произойдет.
Ко второй группе можно отнести более серьезные проблемы, которые могут возникнуть, если перестанет существовать сбалансированная система "Земля — Луна". В частности, это практически полное исчезновение приливно-отливных процессов, изменение скорости вращения Земли, нестабильные прецессии угла наклона земной оси вращения и т. д. Подобные последствия приведут к кардинальным изменениям климатических условий и погоды, возникновению постоянных штормовых ветров, приводящих к повышенной эрозии почвы, изменению прозрачности атмосферы, смене температурного режима и другим явлениям, которые сделают малопригодными условия для нашей жизнедеятельности на Земле в существующем виде. Таким образом, стабильные условия существования системы "Земля — Луна" являются определяющими для поддержания жизни на нашей планете.
— Учитывая зависимость человека от "тепличных" условий на Земле, сможем ли мы в текущем виде путешествовать в дальний космос — и в пределах Солнечной системы, и к другим звездам? Или человек должен быть искусственно модифицирован, о чем говорят многие ученые?
— В своем естественном виде, без вспомогательных средств, человек не смог бы даже осуществить путешествие по воде, не говоря уже о морских глубинах или космическом пространстве. То есть возможность путешествия человека в дальний космос определяется текущим уровнем развития техники и ее возможностью адаптировать окружающее человека пространство в пригодную для существования среду, как это, например, сделано на Международной космической станции (МКС). Однако в определенный момент технологического развития человечества более предпочтительным может являться адаптация человека к внешним агрессивным факторам (гравитация, магнетизм, радиационное излучение, состав дыхательной среды), а не адаптация окружающей среды под него, как это происходит до сих пор.
Если сегодня на низкой околоземной орбите мы активно применяем медикаментозную поддержку космонавтов, то в будущем для гораздо более амбициозных экспедиций человечество будет делать ставку на методы генной инженерии для подстройки организма к враждебным условиям дальнего космоса
— Почему принципиально важно лететь человеку для исследований космических тел, если можно отправить автоматы? Зачем вообще человечеству лететь в дальний космос? Имеет ли это смысл?
— На данный момент все наши запуски человека в космос происходят на Международную космическую станцию. И на МКС также можно было бы отправить автоматические системы. Но, во-первых, на данном уровне развития робототехники и искусственного интеллекта весь перечень необходимых операций на МКС, в том числе экспериментальные исследования, невозможно проводить с использованием только автоматических систем. Во-вторых, экспедиции на МКС решают задачу колоссальной важности — это отработка технологий, обеспечивающих возможность жизнедеятельности человека в космическом пространстве за пределами Земли. Без этого никакие дальнейшие планы экспансии человека в космос невозможны.
При этом работы по созданию робототехнических систем, в том числе оснащенных искусственным интеллектом, тоже ведутся. В перспективе ближайших лет нами планируется разработка и проведение испытаний на МКС автоматических систем, которые могут выполнять определенные виды работ за человека в условиях космического пространства. Данные работы станут основой для разработки автоматизированных систем для исследования и освоения планет.
Но на космических телах, как и на МКС, вряд ли удастся автоматизировать весь спектр необходимых работ, тем более с учетом всевозможных непредвиденных ситуаций. Поэтому участие человека принципиально важно. Хотя к максимальной степени автоматизации надо, безусловно, стремиться
— Запланированы ли эксперименты по защите от космической радиации будущих лунных экипажей?
— В рамках исследований на МКС нами проводятся эксперименты, результаты которых составляют основу для разработки средств защиты будущих лунных экипажей. Примером может служить космический эксперимент "Матрешка-Р" по совершенствованию методов космической дозиметрии и оценки радиационной опасности. Мы используем специальные манекены — "фантомы", материал которых довольно точно копирует человеческие ткани при воздействии на них радиации. В рамках эксперимента также проводятся исследования радиационно-защитных свойств специальных водосодержащих материалов. На данный момент проведено более ста сеансов эксперимента.
— Что может показать эксперимент по размножению высокоорганизованных животных в космосе? Планируются ли такие?
— Японский модуль "Кибо" очень активно использовался для изучения влияния невесомости на репродуктивную функцию животных и растений. Данные исследования позволили заложить основы будущей астроагрономии и астробиологии, ведь основная проблема для будущих космических колоний — это сохранение стабильной возможности к самовоспроизводству сложных живых земных организмов (животных и растений) на протяжении многих поколений: злаковые культуры, например, показали тенденцию к вырождению. Данные исследования актуальны и, несомненно, будут продолжены.
— Какими методами сегодня исследуется дальний космос? Каковы возможности РФ в этом направлении?
— Основными методами исследования дальнего космоса можно считать регистрацию космического излучения различной природы — оптического, радио-, рентгеновского, гамма, нейтринного, гравитационно-волнового, а также определение параметров космического пространства. Наиболее эффективна для таких исследований научная аппаратура, размещенная в околоземном пространстве или за его пределами — в различных точках, оптимальных с точки зрения проведения исследований, например в точках либрации.
Одни из наиболее значимых результатов при исследовании дальнего космоса получены нашими космическими аппаратами серии "Спектр". Семь лет проработал запущенный в 2011 году космический аппарат "Спектр-Р". Исследовано несколько сотен космических объектов: ядер галактик, квазаров, пульсаров, областей звездообразования, учеными Российской академии наук зафиксирован целый ряд достижений и интереснейших результатов. Один из важнейших прорывов — понимание механизма формирования выбросов плазмы из центров галактик.
С 2019 года в космическом пространстве успешно работает рентгеновская обсерватория — космический аппарат "Спектр-РГ". Его миссия — создание карты видимой Вселенной в рентгеновском диапазоне электромагнитного излучения, на которой будут отмечены все крупные скопления галактик. Уже были получены первые значимые результаты — астрофизиками Института космических исследований РАН открыта черная дыра, не проявлявшая активность более 20 лет. К апрелю 2020 года была пройдена важнейшая веха — составлена рентгеновская карта половины неба, в июне ожидается уже полная карта всего неба. Такая карта, содержащая расчетные дистанции до пульсаров, звездных тел, позволит любому космическому аппарату осуществлять по ней навигацию в дальнем космосе.
На 2025 год запланирован запуск российской космической обсерватории "Спектр-УФ". Это международный проект, направленный на исследование Вселенной в ультрафиолетовом участке электромагнитного спектра, который недоступен для наблюдения с Земли
С использованием обсерватории будут изучаться физические процессы в ранней Вселенной, образование звезд, эволюция галактик, процессы падения вещества в черные дыры, атмосферы планет и экзопланет, кометы. На данный момент полтора десятка научных коллективов из разных стран выразили желание участвовать в научной программе "Спектра-УФ". В марте 2019 года Япония официально подтвердила намерение участвовать в разработке прибора для космической обсерватории, а именно спектрографа для исследования экзопланет. Запуск "Спектра-УФ" планируется на ракете "Ангара-А5" с космодрома Восточный.
— В каком статусе находится проект "Миллиметрон"? Действительно ли он будет искать внеземную жизнь?
— Запуск космической обсерватории миллиметрового и инфракрасного диапазонов длин волн "Миллиметрон" запланирован после 2025 года в точку либрации L2. Другое название проекта — "Спектр-М". В рамках этой программы к нам присоединились ученые и разработчики Италии, Китая, Республики Корея, Франции и Швеции.
Космическая обсерватория и функционирующий на ее основе интерферометр дадут возможность получения уникальной информации о глобальной структуре Вселенной, о строении и эволюции галактик, их ядер, звезд и планетных систем, а также об органических соединениях в космосе, объектах со сверхсильными гравитационными и электромагнитными полями. Использование обсерватории "Спектр-М" в интерферометрическом режиме с наземными телескопами, а в перспективе и с космическими телескопами, позволит реализовать угловое разрешение в тысячи раз более высокое по сравнению с тем, которое может быть получено на наземных системах.
Обсерватория будет оснащена сверхвысокочуствительной научной аппаратурой, включая уникальную 10-метровую зеркальную систему с глубоким пассивно-активным охлаждением, практически до температуры абсолютного нуля, что позволит обеспечить высокую стабильность геометрических размеров и позиционирования зеркала, и как следствие — сверхвысокую чувствительность и разрешающую способность измерений. В числе наиболее интересных и захватывающих задач, на решение которых будет нацелена научная программа "Миллиметрона", изучение ранних стадий эволюции Вселенной, появления первых звезд и галактик, изучение физических процессов в ядрах активных галактик в области горизонта событий сверхмассивных черных дыр, определение космологических параметров Вселенной, поиск признаков жизни и даже возможной астроинженерной деятельности во Вселенной.
— Какие новые материалы для космоса разрабатываются в России? Есть ли, в частности, наработки по материалам, которые позволят повысить массовое совершенство ступеней российских ракет-носителей?
— Достижение наилучших показателей массового совершенства ракет-носителей — одна из актуальных задач мирового ракетостроения. Крупнейшие игроки мирового рынка пусковых услуг ведут разработки по применению новых материалов. В основном это полимерные композиционные материалы или новые образцы дешевых и легких сплавов. Наибольший эффект от применения новых материалов наблюдается на верхних ступенях ракет, что позволяет существенно повысить массу выводимой полезной нагрузки за счет снижения массы самой ступени.
С другой стороны, масштабное освоение космического пространства, в том числе с созданием на Луне и Марсе обитаемых станций и производств, требует решить множество сложных технических задач: это и доставка к ним большого количества грузов, и создание оборудования, сооружений, способных надежно работать длительное время в тяжелых для любых материалов условиях. Перепад температур на Луне составляет от –173 до +127 ⁰С, на Марсе — от –127 до +30 ⁰С, плюс жесткая солнечная радиация, высокое электромагнитное и рентгеновское излучение. Это также предъявляет особые требования к материалам и технологиям.
Опираясь на накопленный огромный опыт в космическом материаловедении, госкорпорация "Роскосмос" ведет работы в обоих этих направлениях. В первую очередь решается задача повышения массовой эффективности ракет-носителей, но также разрабатываются материалы, способные долговременно и многократно работать в условиях критических температур.
Современные полимерные связующие и волокна позволяют успешно заменять металлы в ракетно-космической технике
Это позволило снизить массу головных обтекателей, заменить металлические баллоны высокого давления в ракетах-носителях и разгонных блоках на металлокомпозитные, заменить металлические адаптеры для крепления спутников на углепластиковые, изготовить приборные и сухие отсеки ракет-носителей с применением углепластиковых сетчатых оболочек. Все это привело к снижению массы изделий от 30 до 50% и, соответственно, существенно увеличило выводимую полезную нагрузку. На очереди — рамы и комплектующие двигательных установок. Также мы ведем работы по разработке конструкций топливных баков ракет-носителей с применением полимерных углекомпозитов, в том числе под криогенные топлива — жидкий водород, сжиженный природный газ.
Однако не везде можно заменить металлы на полимерные композиты, поэтому мы также постоянно ведем работу по разработке и совершенствованию технологий производства углерод-углеродных материалов, металлополимерных композитов, а также новых металлических сплавов. Отечественной промышленностью освоено производство разработанного Всероссийским институтом легких сплавов и усовершенствованного специалистами РКК "Энергия" алюминий-магниево-скандиевого сплава 1570с. Применение этого высокопрочного сплава взамен традиционного для космической отрасли сплава АМГ6 позволяет снизить массу компонентов ракет-носителей и космических кораблей на 20%.
Опыт зарубежных коллег подсказывает, что немаловажным фактором внедрения новых материалов в ракетно-космическую технику является их экономическая эффективность. К примеру, компания SpaceX отказывается от применения на новом изделии Starship композитов, пытаясь заменить их более дешевыми современными нержавеющими сплавами. В этой области мы также активно внедряем инновации, сейчас в рамках проектирования новых ракет-носителей (РН "Союз-5" и РН на сжиженном природном газе) кроме композиционных материалов рассматривается применение Р1580 — преемника сплава 1570с с более низким содержанием легирующего компонента — скандия, что позволит эффективно сочетать свойства материалов и экономические параметры изделий.
Беседовал Дмитрий Решетников