Стремление к космической независимости: ещё один повод поразмышлять о Земле как о родном доме

Технический перевод статьи журнала ROOM, № 3(5) 2015

Уильям Герштенмайер (William Gerstenmaier), начальник управления гуманитарных исследований и выполнения полётов, НАСА

Человечество должно прийти к мысли, что Земля больше не его дом. В любое время на космической станции обычно находится шесть человек. Количество внеземных стражей в будущем будет только увеличиваться по мере того, как мы будем исследовать всё более отдалённые миры. С этого расстояния восприятие Земли меняется; о чём думают эти бесстрашные люди, когда оглядываются назад – на свою некогда родную планету.

Насколько я помню, Дональд Петти был первым космонавтом, который поведал мне о своём возвращении на Землю с другим ощущением дома. Дон участвовал в экспедиции, состоящей из 6 членов экипажа, которые работали на Международной космической станции в 2003 году, когда мы потеряли космический корабль Columbia. Он покидал Землю, полагая, что он вернётся во Флориду на борту шаттла. Между тем он приземлился в Казахстане, в посадочном отсеке Российского корабля «Союз».  

Дон рассказал мне, что, когда открыли люк, он почувствовал запах травы и грязи, и тогда он понял, что попал домой. После шести месяцев в космосе домом больше не были Флорида, или Техас, или даже Соединённые Штаты. Домом была Земля.

Наше чувство дома будет продолжать меняться, учитывая тот факт, что мы пробуем свои силы в продвижении к Марсу и всё больше отдаляемся от Земли. Чем дальше мы продвигаемся в космическом пространстве, тем больше и одновременно меньше будет становиться дом. В любой момент времени на борту Международной космической станции (МКС) обычно находится шесть человек. Более двухсот миль над поверхностью планеты: вид на Землю доминирует, заполняет иллюминаторы.

Страны легко узнаваемы, города можно идентифицировать. Астронавты общаются со своими близкими, рассказывая об уникальных видах знакомых мест: футбольные стадионы, реки, горы и дивный вид на северное сияние сверху. Экипажи находятся далеко от Земли, но всё ещё тесно связаны с планетой.

В дальнейшем Земля уже выглядела как отдельный мир – яркий шар в тёмном небе – с точки наблюдения астронавтов Аполлона на Луне. Экипажи всё ещё связаны с Землёй как с домом, поддерживая постоянные коммуникации в реальном времени через центр управления космическим полётом, хотя её вид уже не так доминирует в иллюминаторе. Вместе с тем для людей, стоящих на поверхности Марса, Земля будет выглядеть совсем иначе. Вместо шара в небе Земля с Марса будет всего лишь яркой точкой. Через сто миллионов миль... дом действительно покажется очень маленьким.

У меня есть фотография Земли, сделанная в 1990 году космическим аппаратом «Галилео» на его пути к Юпитеру. С расстояния 4 миллионов миль наш дом уже являет планетную систему: Земля и наша Луна движутся в паре. Если сейчас астронавты возвращаются с МКС и в качестве дома представляют всю Землю целиком, а не отдельные страны, то для первых людей, вернувшихся с Марса, скорее всего, ощущением дома, после нескольких месяцев путешествия сквозь пустоту космоса, будет вид голубой планеты с одной Луной, двигающейся по орбите. Чтобы наработать пространственный опыт, мы должны продвигаться всё дальше в глубокий космос и учиться воспринимать свой дом так же, как те астронавты.

Изображение, сделанное космическим аппаратом «Галилео» в 1990 году, позволяет нам думать, что будущие исследователи вправе считать систему Земля–Луна домом. Авторское право: NASA/JPL

Вместо шара в небе Земля с Марса – всего лишь яркая точка. Дом действительно кажется очень маленьким.

Подготовка к Марсу

Во-первых, мы должны сделать так, чтобы наше чувство дома распространилось и на нашу Луну. В техническом плане мы предполагаем использовать гравитацию Земли и Луны для снижения транспортного средства с экипажем, возвращающимся с Марса. Экипажи встретят посадочные капсулы, вращающиеся вокруг Луны, и вернутся на Землю с орбиты Луны. Если мы пойдём по пути внедрения такой концепции, то система Земля–Луна станет домом для наших возвращающихся из дальнего космоса космонавтов.

Во-вторых, мы должны также признать, что путешествие на Марс будет процессом разрушения стен и объединит в себе воедино всё лучшее, на что способно человечество, – по аналогии с тем, как астронавты на космической станции говорят, что геополитические рамки и границы теряют свою значимость по мере продолжительности их наблюдения за нашей планетой с орбиты.

Сегодня присутствует тенденция – думать об освоении космоса с точки зрения того или иного: люди или роботы, национальный или международный, использование коммерческого или государственного потенциала на орбите Земли или в исследованиях в дальнем космосе, новаторские или другие изыскания? На самом деле самое важное слово в путешествии на Марс будет «и». Этот дерзкий проект является самым амбициозным из когда-либо предпринимавшихся.

Для его исполнения потребуется применение человеческих и роботехнических навыков, объединения национальных и международных усилий, коммерческих и государственных возможностей на орбите Земли и в глубоком космосе, проведения геологоразведочных и исследовательских работ – всё это в тесной взаимосвязи. Слово «путешествие» также является важным, чтобы научиться планировать. Это не одноразовый полёт или событие. Мы выводим человечество на траекторию межпланетного существования. Такое мышление формирует временные рамки и системы, которые мы построим и будем эксплуатировать.

В дискуссиях на тему отправки людей на Красную планету часто слышим избитую фразу: «Марс требует больших усилий». Это мягко сказано. Задачи Марса огромны. Астронавты, путешествующие от Земли к Марсу, вероятно, будут находится в пути в течение шести-восьми месяцев.

Мы должны предоставить им среду обитания с соответствующими условиями для проживания и материально-техническую базу для долгого путешествия, обеспечив свежим воздухом и водой. Нам нужно будет исследовать имеющиеся на Марсе ресурсы, возможно, и на Луне, чтобы сократить количество материально-технических средств, которые им нужно взять с собой.

По пути они будут находится под воздействием более продолжительной, чем когда-либо испытывали во время пилотируемых космических полётов, дополнительной радиации. Они должны быть защищены от такого внешнего воздействия, поэтому важное значение будут иметь сроки миссии. Во время полёта на Марс RAD-аппаратура (единица поглощённой дозы ионизирующего излучения), установленная на марсоходе Curiosity (1), обеспечивала сбор радиационных данных. Она предоставляет ежедневные отчёты о радиационной обстановке на Марсе. Интересно проанализировать, как меняются уровни излучения, когда атмосфера Марса расширяется и сжимается с изменениями от дня к ночи.

Скотт Келли и Михаил Корниенко проведут «год в космосе», чтобы изучить реакции человеческого организма на долгосрочное воздействие микрогравитации.

Посадка на Марс

Существенная проблема входа в атмосферу, спуска и посадки встаёт перед нами при достижении Марса. Сила тяготения и атмосфера слишком большие для спускаемых аппаратов, что доставили нас для работы на Луне, но атмосфера также слишком разрежённая и для парашютов Аполлона, и для крыльев шаттла. В 2012 году на пути к поверхности Марса мы пережили «семь минут ужаса» за (2) марсоход Curiosity, который был оборудован тепловым щитом, парашютами и летающей лебёдкой «Sky Crane». На сегодняшний день такая полезная нагрузка считается запредельной, чтобы приземлить что-то на поверхности Марса (одна метрическая тонна – эквивалент изящному автомобилю). Для обеспечения посадки человека нам следует увеличить наши возможности по крайней мере раз в двадцать.

Во время пребывания астронавтов на поверхности Марса понадобится создать соответствующую среду обитания, чтобы было укрытие для их защиты в суровых условиях планеты. Энергоснабжение должно быть обеспечено на всём протяжении миссии. Они научатся использовать имеющиеся ресурсы на Марсе, оставшиеся от миссий-предшественников, таких как вездеход Mars 2020, при помощи которого будет проведён эксперимент по исследованию технологий, необходимых для извлечения кислорода из двуокиси углерода, которым богата атмосфера Марса.

Потребуется аппаратура для проведения научных исследований. И, конечно же, потребуется ракета-носитель, достаточно мощная, чтобы вывести астронавтов обратно в космическое пространство.

Когда астронавты на шаттле стартуют с Земли, у них будет сильная поддержка в лице многочисленной команды в Космическом центре Кеннеди, но когда астронавты будут покидать планету Марс, им придётся сделать это самостоятельно. В довершение ко всему они вновь столкнутся с проблемой многих месяцев межпланетного пути, им опять предстоит пережить вход в атмосферу, спуск и посадку для благополучного возвращения на поверхность Земли.

Каждая новая задача стимулирует нас на разработку систем и развитие возможностей, которых у нас нет в настоящее время. Чтобы достичь цели и оставить след на Марсе, мы должны принять к сведению концепцию наработки и тестирования этих возможностей, состоящую из трёх этапов, начиная с этапа «Земля-зависимости», затем последует этап «испытательный полигон», и, наконец, остановимся на этапе автономии – «Земля-независимости».

В течение последних 15 лет на борту МКС каждый день живут и работают люди. Космические державы со всего мира вместе обозначили стабильное человеческое присутствие в космическом пространстве, но этот форпост всё ещё находится в сильной зависимости от нашей родной планеты. Экипажи меняются; каждый год, по нескольку раз, запускаются новые грузовые космические корабли. Если наступит какая-то критическая ситуация, – дом в «часах езды».

Мы доказали, что экипажи могут жить и работать в суровых окружающих условиях на низкой околоземной орбите с регулярным снабжением и в постоянном контакте с Землёй. Это первый большой шаг, но не настолько большой по сравнению с тем, что ещё предстоит.

Если мы отправимся на Марс, то в космическом пространстве останемся без смены экипажа, без повторных поставок и без возможности вернуться на Землю в любое время. С помощью нашего форпоста и относительно надёжной системой поддержки, которые мы имеем на сегодняшний день, мы приступаем к развитию новых возможностей в ближайшем будущем.

Форпост на поверхности Марса в комплекте с теплицей по методу гидропоники для поставки продовольствия поселенцам. Авторское право: NASA

Репетиции на МКС

Сегодня на борту МКС находятся астронавт Скотт Келли и космонавт Михаил Корниенко; цель их миссии под названием «год в космосе» состоит в том, чтобы изучить реакции человеческого организма на долгосрочное воздействие микрогравитации и выяснить, как смягчить последствия такого воздействия.

В дополнение к биомедицинским исследованиям этот и будущие экипажи продолжат отрабатывать навыки технического обслуживания и управления космическим кораблём в течение длительного времени. Опуская возможность доставки запасных частей на марсианский корабль, мы должны чётко знать, что может пойти не так на космическом корабле, что можно установить, и какие запасные части могут потребоваться. В наши дни экипажи проводят эксперименты с более автономными операциями для организации космических полётов будущего.

НАСА вместе со своими коммерческими партнёрами, компаниями Boeing и SpaceX (3), работает над перспективами нового запуска экипажа вместе с предельной коммерческой нагрузкой, которую предоставят компании SpaceX и Orbital АТК (4), чтобы извлечь максимум пользы в итоге нашего «Земля-зависимого» этапа. Эти перспективы предоставят более расширенные возможности доступа к МКС, позволят космонавтам внести свой более ощутимый вклад в эксперименты и получение информации.

Инвестиции НАСА обещают создать новый потенциал для нашего присутствия на околоземной орбите. Дополнительный доступ к МКС сделает возможным более широкое использование станции в качестве орбитальной научной лаборатории, а космические транспортные системы, которые разрабатывают наши партнёры, также дадут шанс и другим желающим внести свой инвестиционный вклад в перспективы развития околоземной орбиты. Поскольку НАСА находится на переходном пути от «Земля-зависимого» этапа к этапу «испытательного полигона», коммерческие космические средства должны закрепить своё положение на низкой околоземной орбите.

Все преимущества, что даёт нам МКС, необходимы для обеспечения международного сотрудничества. Концепция МКС не была бы возможной без международной поддержки и потребности человечества в ведении деятельности за пределами низкой околоземной орбиты, что также потребует международного участия.

Важно выделить два момента – в частности фразу президента США Джона Ф. Кеннеди: «Мы решили отправиться на Луну...» и фразу Нила Армстронга: «... один гигантский скачок для человечества», – размышляя над усилиями американцев, предпринятыми для полёта на Луну в 1960. Десятилетия спустя легко забыть всё, что имело место быть между этими двумя моментами. Когда Кеннеди произносил свою речь, опыт космического полёта Соединённых Штатов ограничивался лишь несколькими минутами Алана Шепарда сверх перепрофилированной ядерной ракеты.  

С того момента и до факта высадки на Луну двух человек и их благополучного возвращения домой стоят результаты гигантского труда в области разработки и апробирования новых возможностей и космических летательных средств: сближение и стыковка, возможность выхода в открытый космос, многонедельная продолжительность полёта, капсула Аполлона, ракеты-носители «Сатурн» и аппарат для посадки на Луну.

Сегодня наши перспективы космических полётов намного шире, чем в то время, когда Кеннеди объявил своё видение в 1961 году, но перспективы высадки на Марс намного серьёзнее, чем достижение Луны. Множество гораздо более новых систем, сил и средств потребуется для выполнения такого полёта. Миссия Gemini 1960 помогла нам аккумулировать опыт и возможности, необходимые для отправки на Луну, а «испытательный полигон» в пределах лунной близости поможет нам набраться опыта и продемонстрировать свои навыки, необходимые, чтобы добраться до Марса.

На марсоходе Curiosity установлена аппаратура RAD, которая проводила замеры уровня излучения на пути к Марсу и по настоящее время предоставляет ежедневные отчёты. Авторское право: NASA/JPL-Caltech/Malin Space Science Systems

Разработка аппаратных средств

Первые системы для испытательного полигона уже находятся в разработке. В декабре 2014 космический корабль Orion (5) провёл свой первый беспилотный испытательный полёт. Перед возвращением на Землю, после успешного завершения миссии, он преодолел высоту в 15 раз больше, чем орбита МКС. Сегодня есть ощутимый прогресс в разработках новой ракеты Space Launch System (6), которая будет более мощной чем Saturn V (7) и обладать большей грузоподъёмностью, необходимой для путешествий на Марс.

Через несколько лет SLS обеспечит второй беспилотный испытательный полёт Orion вокруг Луны с последующим запуском астронавтов в космос – дальше, чем когда-либо «ступал» человек. Для этого полёта Orion понадобится служебный модуль. Европейское космическое агентство взяло на себя разработку этой критически важной для Orion двигательной системы. Затем SLS и Orion примут участие в тестировании новых систем, в том числе среды обитания в дальнем космосе, и в ряде ещё более амбициозных проектов испытательного полигона.

Мы выступаем как международное сообщество с различными партнёрами, обеспечивающими основной рабочий потенциал, по мере нашего продвижения этапа «испытательного полигона». Полёт человека в космос зависит от международного сотрудничества.

Когда мы говорим об исследовании Марса человеком, важно помнить, что мы уже там. За 50 лет наши роботы-посланники изучили Красную планету, давая нам возможность глубже проникнуть в её тайны. В хронологии последних событий мы не уверены, есть ли вода на Марсе; сегодня мы изучаем обитаемость планеты. Роботизированные орбитальные аппараты и спускаемые аппараты из разных стран будут продолжать готовить почву для первых посетителей – людей, а пока мы наращиваем свой опыт на наших этапах «Земля-зависимости» и «испытательного полигона».

Мы начнём двигаться в направлении к Марсу, когда достигнем целей, которые поставили себе на этапе «испытательного полигона».

Мы можем предпринять космические полёты в окрестностях Марса до того, как осуществить посадку на планету. Спутники Марса, например, дают возможность проверить методы и средства и провести ценные научные изыскания, не требующие использования сложных систем для посадки на Марс. В конечном счёте мы совершим очередной гигантский «скачок», когда человечество сделает свой первый шаг на поверхности другой планеты.

В НАСА мы поставили перед собой задачу полной «Готовности к Марсу». Мы знаем, что на нашем пути существует множество препятствий, но также мы знаем, что международное сообщество, работая вместе, сможет их преодолеть. Каждое очередное решение проблемы позволит нам получить больше знаний о себе и своей планете. Пункт назначения нашего путешествия – Марс, но его целью является стать автономными от Земли.

Экипажи первых таких космических полётов будут не только учёными, но и первопроходцами. Они предоставят нам больше знаний о Марсе, но также научат нас, как жить вдали от Земли. Первый шаг на Марсе станет историей, но он также будет важным шагом на пути признания Солнечной системы в качестве нашего дома.

Астронавт НАСА Скотт Келли наблюдает плавающий перед глазами пучок свежей моркови как части его годичного пребывания на борту МКС. Авторское право: NASA

***