Курс на астероиды: почему человечеству стоит начать покорение Солнечной системы с малых небесных тел

Когда разговор заходит об освоении человечеством Солнечной системы, большинству на ум приходят полеты к Луне и Марсу и лишь немногие вспоминают об астероидах. Что и говорить, эти крохотные небесные тела выглядят очень скромно на фоне планет и их крупнейших спутников. Однако, по мнению многих экспертов, если мы не хотим остаться запертыми на Земле, начинать нужно именно с полетов к астероидам. О том, почему именно это направление космической экспансии человечества является на данный момент приоритетным и как пояс астероидов может стать «трамплином» для прыжка к звездам, Vokrugsveta.ru рассказал инженер, научный журналист и автор книг о космонавтике Антон Первушин.

Враждебный космос

В 2009 году власти США создали Комитет по планам полета человека в космос. Поскольку возглавил его бывший директор компании Lockheed Martin Норман Огустин, этот консультативный орган, в состав которого вошли лучшие эксперты NASA, известен под названием комиссия Огустина. Задача комиссии состояла в том, чтобы определить перспективные пути космической экспансии человечества.

Комиссия Огустина появилась в период, который многие считают кризисным в истории космонавтики. В конце 2000-х годов амбициозные проекты вроде высадок астронавтов на Луну были забыты, а человечество уже несколько десятилетий в основном прижималось к орбите Земли, лишь относительно изредка отправляя за ее пределы небольшие автоматические зонды. Тогда даже многие выдающиеся умы начали роптать — мол, развитие человечества пошло куда-то не туда, и мы «променяли космос на айфоны».

Антон Первушин отмечает, что затянувшаяся «пауза» в освоении космоса, возникшая после успехов, достигнутых в 1960-х и начале 1970-х годов, вполне закономерна. Ведь когда человек столкнулся с реальным космосом, выяснилось, что это куда более враждебная среда, чем предполагали изначально.

«В начале XX века космос в глазах человека выглядел совершенно не так, как сегодня. Тот же Марс считали очень похожим на Землю — с пригодной для жизни атмосферой, с морями, реками, растительностью, животными и, возможно, с цивилизацией, проложившей знаменитые марсианские каналы. Ничего не было известно ни о радиационном воздействии космоса, ни о том, как ведет себя организм в условиях невесомости. Например, Константин Циолковский считал невесомость средой, благоприятной для человека и даже предлагал отправлять на орбиту стариков и инвалидов, дабы продлить им жизнь. Вообще, считалось, что в космической среде, пронизанной благотворной солнечной энергией, все будет невиданно плодоносить и колоситься», — рассказывает Первушин.

Увы, многие из надежд первой половины прошлого века оказались иллюзиями. «Для ученых стало неожиданностью, что нашу планету окружают губительные радиационные пояса; новостью оказалось и наличие смертоносного галактического излучения. Выяснилось, что длительное пребывание в невесомости отражается на организме негативным образом. Нахождение в космосе чревато повреждением разных клеток и повышением риска онкологических заболеваний. Что касается Марса, то, как выяснилось, там нет магнитного поля и столь разреженная атмосфера, что передвигаться по его поверхности можно только в скафандре», — перечисляет эксперт.

Еще одна проблема обнаружилась в технической сфере. У человечества до сих пор нет достаточно мощных и надежных двигателей, необходимых для покорения космоса. Мечты фантастов XX века об атомных двигателях с урановыми реакторами и фотонных звездолетах, использующих в качестве топлива антивещество, пока так и остались мечтами.

Выводы комиссии Огустина оказались неутешительными. Специалисты признали, что нынешний уровень развития технологий не позволяет даже мечтать о полноценной колонизации того же Марса и рекомендовали для начала заняться освоением астероидов.

Сегодня в Солнечной системе насчитывается свыше 1,35 млн этих малых небесных тел и их список постоянно пополняется. Многие из астероидов, движущихся по своим орбитам, время от времени оказываются на близком расстоянии от Земли — вот именно к ним человечеству и стоило бы отправиться в первую очередь.

Поскольку гравитационное поле астероидов куда незначительнее, чем у планет, топлива для их посещения потребуется во много раз меньше. Одной из возможных целей мог бы стать, например, астероид Апофис (99942) — каменная глыба около 330 м в поперечнике, которая в 2029 году (а возможно и в 2036-м) пронесется на расстоянии менее чуть более 31 тыс. километров от Земли.

Смотрите наверх

Выводы комиссии Огустина в целом не новы — еще основоположник космонавтики Константин Циолковский полагал, что людям не стоит терять время на освоение планет Солнечной системы и утверждал, что рано или поздно человечество «перерастет» планетный способ существования. Дескать, планеты неудобны своими гравитационными колодцами, там мало света, мало энергии, ресурсов… Уж лучше создавать колонии на астероидах, которые даже можно превращать в гигантские корабли, которые когда-нибудь отправятся к другим звездам.

Первушин подчеркивает, что уровень нашей техники уже позволяет осуществлять полеты к ближайшим астероидам.

«Например, можно взять созданный американцами корабль Crew Dragon, предназначенный для снабжения МКС, приделать к нему разгонный блок, а лучше два — и отправить его в далекий полет. В принципе, для такой миссии подошла бы и последняя модификация российского „Союза“ — естественно, после внесения необходимых поправок в конструкцию. Длительность экспедиции может составить, в зависимости от цели полета, от 100 до 300 суток, а то и куда меньше. Такими полетами мы отработаем технологии для будущих экспедиций к большим планетам Солнечной системы. Опасность подобного рода путешествий можно снизить за счет грамотной прокладки курса — чуть притормозил и Земля сама тебя догонит», — предлагает он.

Чем же люди смогут заниматься на астероидах? Вариантов великое множество. Скажем, можно создавать лаборатории и обсерватории на тех из них, орбита которых пролегает близ интересующих астрономов больших небесных тел. Но астероиды очень интересны и сами по себе.

«Любой из них — это, по сути, уникальный мир. Одни имеют возраст в 4 млрд лет, другие отвалились от какого-нибудь крупного тела позже… Изучая малые небесные тела, мы получим много новых ценных знаний о том, как сформировалась Солнечная система и как она развивается. Интересно найти даже болтающиеся во внеземном пространстве рукотворные объекты — скажем, бывшие разгонные блоки программы „Аполлон“ — и лабораторно изучить, что за несколько десятилетий пребывания в космосе стало с составляющими их сталью, пластиком, алюминием, титаном», — поясняет Первушин.

Конечно, широкой публике идея серьезных вложений в подобные миссии вряд ли понравится: всегда найдутся те, кто скажет, что деньгам, потраченным на пилотируемый полет к астероиду, нашлось бы лучшее применение на Земле. На это есть по меньшей мере два возражения. Во-первых, постепенно развивается частная космонавтика — освоение ближайших астероидов может быть осуществлено силами коммерческих компаний.

Второй же довод куда более весом: отработка такого рода полетов могла бы в нужный час отвести от человечества страшную угрозу. Художественные фильмы наподобие «Армагеддона» и «Не смотрите наверх» сформировали у обывателей понимание, что гибель всего живого может прийти из космоса. И это отнюдь не пустой страх: мы точно знаем, что Земля не единожды подвергалась импактам — ударам относительно крупных небесных тел. Самый известный пример — случившаяся примерно 66 млн лет назад глобальная экологическая катастрофа, связанная с падением астероида диаметром около 10 км.

Его столкновение с Землей в районе современного полуострова Юкатан сопровождалось чудовищной силы взрывом, а также привело к выбросу в атмосферу огромного количества пыли и всплеску вулканической активности по всей планете. В результате атмосфера загрязнилась до такой степени, что на поверхности планеты на долгое время воцарился полумрак. Это стало причиной гибели большей части растительности, а потом и животных — как тех, кто этой растительностью питался, так и хищников. В частности, данная катастрофа пресекла историю нептичьих динозавров.

Конечно, такие катастрофы происходят очень редко, раз в несколько десятков миллионов лет, но полностью застрахованными от них чувствовать мы не можем. Взять хотя бы вышеупомянутый астероид Апофис — ранее высказывались опасения, что в случае его возвращения к Земле в 2036 году он может столкнуться с нашей планетой. Возможность этого, прямо скажем, не велика, но все-таки…

Схема пролета Апофиса мимо Земли в апреле 2029 года. Голубыми точками отмечены искусственные спутники нашей планеты

По последним оценкам, в случае падения Апофиса на Землю взрыв в тротиловом эквиваленте составит свыше 500 мегатонн (Мт). Для сравнения, взрыв вулкана Кракатау в 1883 году, последствия которого так или иначе ощутили на всем земном шаре, был эквивалентен примерно 200 Мт, а при падении Тунгусского метеорита в сибирской тайге в 1908 году была выделена энергия в 10-40 Мт. В общем, есть от чего устрашиться, хотя размер ущерба, который потенциально способен нанести Апофис, зависит и от его состава, а также от места и угла удара. Но время еще есть — и человечеству стоило бы обзавестись гарантией того, что оно в этом вопросе не зависит от милости случая и способно справиться с угрозой Апофиса самостоятельно.

Склад ценнейших ресурсов

По мнению Первушина, на маленьких небесных телах можно организовать добычу ценных ресурсов — особенно, если добраться до пояса астероидов, находящегося между орбитами Марса и Юпитера. Там потребуется провести «инвентаризацию» — хотя бы приблизительно выяснить, чем богаты подходящие для освоения астероиды.

«Там есть различные руды, металлы… Некоторые астероиды в больших количествах содержат ценнейшие редкоземельные и драгоценные металлы. Есть там и вода. Так, карликовая планета Церера, по оценкам специалистов, на четверть состоит из воды — ее водяной запас может превышать по объему запасы пресной воды на Земле! Водяной лед, которого на астероидах много, — это идеальный источник энергии. Водород и кислород — важнейшие компоненты ракетного топлива», — подчеркивает специалист.

Следует подчеркнуть, что доставка добытых ресурсов с астероидов на Землю абсолютно нерентабельна. Применять их следует прямо на месте. И здесь встает вопрос о последовательных этапах космической экспансии. Первушин полагает, что начинать придется с Луны, находящейся у нас буквально под боком. Ее можно использовать в качестве своеобразного полигона для тренировки перед следующим прыжком — на спутнике потребуется разместить площадки для взлета и посадки космических экспедиций, лаборатории, центры жизнеобеспечения, а также мощности для производства некоторой техники.

Далее наступит очередь освоения пояса астероидов и его ресурсов. Именно там нужно строить межпланетные корабли, которые потом полетят к большим телам Солнечной системы. В поясе астероидов следует создавать внеземные заводы, которые займутся изготовлением космического флота землян. Когда же такие корабли появятся, настанет пора колонизации Марса — планеты, находящейся относительно близко от Земли и больше всего схожей с ней по своим физическим условиям.

«Именно на Марсе мы можем создать уже не какой-то исследовательский полигон, не промышленное производство, а полноценные людские поселения. Воды и прочих ресурсов там тоже много — и довольно скоро такая колония способна стать автономной, самоподдерживающейся», — размышляет Первушин.

На взрыволетах к звездам

Скорее всего, на Марс, как только с ним будет налажено относительно регулярное сообщение, устремятся тысячи людей, обуянных мечтами о новом фронтире и желанием испытать себя в неведомой обстановке. Как знать, может быть со временем станут реальностью современные научно-фантастические произведения, в которых рассказывается о суверенном Марсе — вспомним, например, известный сериал «Пространство» (The Expance). Кстати, в мире этого сериала, созданном на основе одноименной серии книг Даниэля Абрахама и Тая Френка, писавших под псевдонимом Джеймс Кори, пояс астероидов тоже густо заселен людьми и поделен на зоны протектората Земли и Марса.

Антон Первушин полагает, что следующей после Марса целью для земной колонизации может стать вышеупомянутая Церера — самая маленькая (около 950 км в диаметре) из известных ныне карликовых планет. Из-за своего удачного расположения между планетами земной группы и планетами-гигантами Церера просто напрашивается на то, чтобы стать базой для межпланетных путешествий. Опять же, в силу своего нахождения в поясе астероидов, Церера способна стать базой для их освоения и складом для добытого там минерального сырья.

Благодаря ее низкой гравитации, транспортировка грузов с Цереры не потребует большого количества энергии, а запасы воды на Церере можно пустить на добычу кислорода для обеспечения земных колоний воздухом, а также водорода — для ракетного топлива и, опять же, для энергообеспечения колоний. Кстати, в условиях низкой гравитации и невесомости эту воду можно использовать в качестве топлива и напрямую — выбрасывая перегретый пар через сопло.

Далее очередь может дойти до спутников Юпитера и Сатурна. Они разнообразны и сопоставимы по размерам с Луной и Церерой, а некоторые из них по своим физическим параметрам подходят для колонизации. Но чтобы добраться к ним, сперва потребуется освоить новые технологии.

«К тому времени мы уже должны будем наладить массовое производство гелия-3 — это стабильный изотоп гелия, который должен стать топливом для наших космических кораблей. На Земле добывать его крайне трудно, ибо у нас на планете он присутствует в очень небольших количествах. Можно создавать его при распаде искусственно полученного трития, но это процедура дорогостоящая. Куда выгодней и удобней добывать гелий-3 вне Земли, ибо он является побочным продуктом реакций, протекающих на Солнце, и содержится в солнечном ветре и межпланетной среде. Та же Луна, у которой нет атмосферы, сохраняет значительные количества гелия-3 в своем поверхностном слое», — отмечает Антон Первушин.

Почему гелий-3 может стать основным топливом космических кораблей будущего? Дело в том, что при гипотетической реакции термоядерного синтеза в результате взаимодействия тонны гелия-3 с 0,67 тонны изотопа водорода дейтерия высвободится энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн тонн нефти. Еще в 1970-х годах прошлого века в Великобритании был создан теоретический проект так называемого «взрыволета» под названием «Дедал». По замыслу инженеров, этот межзвездный корабль предполагалось заправить замороженной смесью дейтерия и гелия-3. Топливо разогревалось бы лазерным импульсом, после чего следовал бы крошечный термоядерный взрыв с выделением энергии, необходимой для приведение корабля в движение.

Расчеты показали, что для эффективного разгона «Дедала» потребуется производить 250 взрывов в секунду. Как ни странно, но в конструкции предложенного для него импульсного термоядерного двигателя нет ни одного элемента, который было бы невозможно создать на практике…

Построить «Делал» предполагалось на орбите Юпитера и там же добыть необходимые для корабля 30 тыс. тонн гелия-3 — в магнитосфере Юпитера его намного больше, чем на Луне. Сейчас это выглядит чистой фантастикой, да и завтра, скорее всего, тоже не воплотится. А вот послезавтра — как знать?

«К тому моменту, когда проекты, подобные „Дедалу“, станут реальностью, мы уже наверняка усовершенствуем наблюдательную технику до такой степени, что сможем познакомиться с планетами ближайших звездных систем на уровне картографирования. Следовательно, у нас будет понимание — куда лететь. И, кстати, не факт, что полетят туда известные нам по научной фантастике „корабли поколений“. По сегодняшним прикидкам, взрыволет можно будет разогнать до скорости, составляющей десять процентов от световой. То есть долететь до ближайших звезд и вернуться можно будет в течение одной человеческой жизни — тем более, что в будущем ее продолжительность наверняка значительно вырастет. Уже есть теоретический проект „столетнего звездолета“ — то есть миссию можно уложить всего в один век», — рассказывает Антон Первушин.

Однако он затрудняется даже с предположительным ответом на вопрос о том, когда из нашей системы к звездам отправится первый взрыволет с экипажем на борту.

«Когда-то я смотрел на вещи более оптимистично и считал, что до первой межзвездной экспедиции пройдет всего лет сто. Сейчас же, глядя на существующие тенденции, я уже так не думаю. Быть может, лет через триста. Как минимум…», — подытоживает Первушин.