W przemyśle kosmicznym odwieczny spór fizyków i autorów tekstów przekształcił się w XXI wieku w debatę o tym, co jest ważniejsze dla ludzkości - astronautyka automatyczna czy załogowa?
Zwolennicy „automatyzacji” odwołują się do stosunkowo niskich kosztów tworzenia i uruchamiania urządzeń, które są bardzo korzystne zarówno dla nauk podstawowych, jak i rozwiązywania problemów stosowanych na Ziemi. A ich przeciwnicy, marzący o czasach, kiedy „nasze ślady pozostaną na zakurzonych ścieżkach odległych planet”, przekonują, że eksploracja kosmosu jest niemożliwa i niecelowa bez ludzkiej działalności.
Gdzie będziemy latać?
W Rosji dyskusja ta ma bardzo poważne podłoże finansowe. Dla nikogo nie jest tajemnicą, że budżet krajowej kosmonautyki jest znacznie mniejszy w porównaniu nie tylko ze Stanami Zjednoczonymi i Europą, ale także z tak stosunkowo młodym członkiem kosmicznego klubu jak Chiny. A kierunków, w których przemysł jest wezwany do pracy w naszym kraju, jest wiele: oprócz udziału w programie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), jest to globalny system nawigacji satelitarnej GLONASS i satelity komunikacyjne, teledetekcja Ziemi, meteorologiczny, naukowy statek kosmiczny, nie mówiąc już o wojskowym i podwójnego zastosowania. Musimy więc podzielić się tym finansowym „kaftanem triszkina”, aby nikogo nie urazić (chociaż w końcu i tak wszyscy okazują się obrażeni, ponieważ przyznane środki na normalny rozwój branży to zdecydowanie za mało).
Niedawno szef Federalnej Agencji Kosmicznej (Roskosmos) Władimir Popowkin powiedział, że udział załogowej astronautyki w budżecie jego departamentu jest bardzo duży (48%) i powinien zostać zmniejszony do 30%. Jednocześnie wyjaśnił, że Rosja będzie ściśle przestrzegać zobowiązań wynikających z programu ISS (po zaprzestaniu lotów wahadłowców w tym roku tylko rosyjski statek kosmiczny Sojuz dostarczy załogi na orbitę). Na czym więc będziemy oszczędzać? O badaniach naukowych czy o obiecujących osiągnięciach? Aby odpowiedzieć na to pytanie, konieczne jest zrozumienie strategii rozwoju krajowej astronautyki załogowej na najbliższe dziesięciolecia.
Według Nikołaja Paniczkina, pierwszego zastępcy dyrektora generalnego TsNIIMash (który działał jako rzecznik głównego instytutu naukowego i eksperckiego Roskosmosu), dziś błędem jest liczenie działań kosmicznych przez 10-15 lat: „Zadania badań podstawowych w głębi kosmosu, eksploracja Księżyca i Marsa jest tak imponująca, że trzeba planować co najmniej 50 lat. Chińczycy próbują patrzeć w przyszłość przez sto lat.”
Więc gdzie będziemy latać w najbliższej przyszłości - na orbitę okołoziemską, na Księżyc czy na Marsa?
Siódma część świata
Patriarcha przemysłu kosmicznego, najbliższy współpracownik genialnego projektanta Siergieja Korolowa, akademik Rosyjskiej Akademii Nauk Borys Chertok jest przekonany, że głównym zadaniem światowej kosmonautyki powinno być połączenie Księżyca z Ziemią. Na otwarciu planetarnego kongresu uczestników lotów kosmicznych, który odbył się w Moskwie na początku września, powiedział: „Tak jak mamy Europę, Azję, Amerykę Południową i Północną, Australię, musi być inna część świata – Księżyc."
Dziś wiele krajów, przede wszystkim Stany Zjednoczone i Chiny, mówi o swoich ambicjach dotyczących satelity Ziemi. Nikołaj Panichkin zapewnia: „Kiedy decydowano o tym, co było pierwsze - Księżyc czy Mars, były różne opinie. Nasz instytut uważa jednak, że stawiając sobie odległy cel – Mars, musimy przejść przez Księżyc. Na nim wiele rzeczy nie zostało jeszcze zbadanych. Na Księżycu możliwe jest tworzenie baz do prowadzenia badań w kosmosie, opracowywania technologii lotu na Marsa. Dlatego planując załogowy lot na tę planetę do 2045 r., musimy do 2030 r. założyć placówki na Księżycu. A w okresie od 2030 do 2040 r. Stwórz podstawę do eksploracji Księżyca na dużą skalę za pomocą baz i laboratoriów badawczych”.
Pierwszy zastępca dyrektora generalnego TsNIIMash uważa, że przy realizacji projektów księżycowych na uwagę zasługuje pomysł stworzenia magazynu żywności i paliwa na orbicie okołoziemskiej. Na MSK jest to mało prawdopodobne, ponieważ stacja powinna zakończyć działalność około 2020 roku. A ekspedycje księżycowe na dużą skalę rozpoczną się po 2020 roku. I jeszcze jeden ważny aspekt podkreśla rosyjski specjalista: „Kiedy Instytut proponuje tę strategię, korelujemy ją z podobnymi planami strategicznymi Chin i Ameryki. Oczywiście wyścig księżycowy musi być pokojowy. Jak wiadomo, broni jądrowej nie można testować i rozmieszczać w kosmosie. Jeśli w niedalekiej przyszłości kosmonauci, astronauci i tajkonauci zaczną osiedlać się na Księżycu, powinni tam zbudować mieszkania, laboratoria naukowe, przedsiębiorstwa do wydobywania cennych minerałów, a nie bazy wojskowe”.
Rozwój naturalnych zasobów księżyca jest zadaniem priorytetowym, wielu naukowców jest przekonanych. Tak więc, według akademika Rosyjskiej Akademii Nauk Erika Galimowa, minerały księżycowe mogą uratować ludzkość przed globalnym kryzysem energetycznym. Tryt dostarczany na Ziemię z najbliższego ciała niebieskiego może być wykorzystany do syntezy termojądrowej. Ponadto bardzo kuszące jest przekształcenie Księżyca w placówkę do eksploracji kosmosu, bazę do monitorowania zagrożeń asteroid, monitorowania rozwoju sytuacji krytycznych na naszej planecie.
Najjaśniejszym (i kontrowersyjnym!) pomysłem jest nadal wykorzystanie helu-3 dostępnego na Księżycu, którego nie ma na Ziemi. Jego główną zaletą, mówi Galimov, jest to, że jest „paliwem przyjaznym dla środowiska”. Tym samym znika problem utylizacji odpadów promieniotwórczych, który jest plagą energetyki jądrowej. Według obliczeń naukowca roczne zapotrzebowanie całej ludzkości na hel-3 w przyszłości wyniesie 100 ton. Aby je zdobyć, konieczne jest otwarcie trzymetrowej warstwy gleby księżycowej o powierzchni 75 na 60 kilometrów. Co więcej, paradoksalnie cały cykl – od wydobycia po dostawę na Ziemię – będzie kosztował około dziesięciokrotnie taniej niż zużycie węglowodorów (biorąc pod uwagę obecne ceny ropy).
„Zachodni eksperci proponują budowę reaktorów helowych bezpośrednio na Księżycu, co jeszcze bardziej obniży koszty wytwarzania czystej energii” – zauważa akademik. Zapasy helu-3 na Księżycu są ogromne - około miliona ton: wystarczy dla całej ludzkości na ponad tysiąc lat.
Ale aby rozpocząć wydobywanie helu-3 na Księżycu za 15-20 lat, konieczne jest rozpoczęcie badań geologicznych już teraz, mapowanie obszarów wzbogaconych i wystawionych na działanie Słońca oraz stworzenie pilotowych instalacji inżynieryjnych, mówi Galimov. Nie ma skomplikowanych zadań inżynierskich do realizacji tego programu, jedyne pytanie to inwestycja. Korzyści z nich płynące są oczywiste. Jedna tona helu-3 w ekwiwalencie energetycznym równa się 20 milionom ton ropy, czyli przy obecnych cenach kosztuje ponad 20 miliardów dolarów. A koszty transportu za dostarczenie jednej tony na Ziemię wyniosą tylko 20-40 milionów dolarów. Według wyliczeń specjalistów, na potrzeby Rosji energetyka będzie potrzebowała 20 ton helu-3 rocznie, a dla całej Ziemi dziesięciokrotnie więcej. Jedna tona helu-3 wystarcza na roczną pracę elektrowni o mocy 10 GW (10 milionów kW). Aby wydobyć jedną tonę helu-3 na Księżycu, konieczne będzie otwarcie i przetworzenie miejsca o głębokości trzech metrów na obszarze 10-15 kilometrów kwadratowych. Według ekspertów koszt projektu to 25-35 miliardów dolarów.
Pomysł wykorzystania helu-3 ma jednak przeciwników. Ich głównym argumentem jest to, że przed stworzeniem podstaw do wydobycia tego pierwiastka na Księżycu i zainwestowaniem znacznych środków w projekt, konieczne jest ustanowienie na Ziemi syntezy termojądrowej na skalę przemysłową, co nie było jeszcze możliwe.
Rosyjskie projekty
Tak czy inaczej, technicznie zadanie przekształcenia księżyca w źródło minerałów można rozwiązać w nadchodzących latach, są przekonani rosyjscy naukowcy. W ten sposób kilka wiodących krajowych przedsiębiorstw ogłosiło gotowość i konkretne plany rozwoju satelity Ziemi.
Według Stowarzyszenia Naukowo-Produkcyjnego Ławoczkina, wiodącej krajowej organizacji pozarządowej w dziedzinie eksploracji kosmosu za pomocą pojazdów automatycznych, automaty powinny być pierwszymi, które „skolonizują” Księżyc. Tam wspólnie z Chinami rozwijany jest projekt, który ma położyć podwaliny pod przemysłowy rozwój księżyca.
Według specjalistów z przedsiębiorstwa, przede wszystkim konieczne jest zbadanie ciała niebieskiego za pomocą automatycznych środków i stworzenie księżycowego miejsca testowego, które w przyszłości stanie się elementem dużej zamieszkanej bazy. Powinien obejmować mobilny kompleks lekkich i ciężkich łazików księżycowych, kompleksy telekomunikacyjne, astrofizyczne i lądowania, duże anteny i kilka innych elementów. Ponadto planowane jest utworzenie konstelacji statku kosmicznego na orbicie zbliżonej do księżyca w celu komunikacji i teledetekcji powierzchni.
Projekt planowany jest do realizacji w trzech etapach. Najpierw za pomocą lekkich pojazdów wybierz optymalne regiony na Księżycu do rozwiązania najciekawszych problemów naukowych i praktycznych, a następnie rozmieść konstelację orbitalną. W końcowym etapie ciężkie księżycowe łaziki trafią na satelitę Ziemi, który wyznaczy najciekawsze punkty do lądowania i pobierania próbek gleby.
Pomysł, zdaniem twórców projektu, nie będzie wymagał bardzo dużych inwestycji, ponieważ lekkie konwersyjne pojazdy nośne typu Rokot lub Zenit mogą służyć do wodowania pojazdów (z wyjątkiem ciężkich łazików księżycowych).
Główna rosyjska firma kosmiczna załogowa SP Korolev Rocket and Space Corporation (RSC) Energia jest gotowa przejąć pałeczkę w eksploracji Księżyca. Według jej specjalistów, ISS odegra ważną rolę w tworzeniu bazy księżycowej, która docelowo powinna przekształcić się w międzynarodowy port kosmiczny. Nawet jeśli po 2020 roku kraje partnerskie programu ISS zrezygnują z dalszego przedłużania swojej działalności, planowana jest budowa platformy na bazie rosyjskiego segmentu do montażu konstrukcji przyszłej bazy księżycowej na orbicie.
Aby dostarczyć ludzi i ładunki na orbitę, opracowywany jest obiecujący system transportu, który będzie składał się z bazowego statku kosmicznego i kilku jego modyfikacji. Podstawowa wersja to załogowy statek transportowy nowej generacji. Przeznaczony jest do obsługi stacji orbitalnych - do wysyłania do nich załóg i ładunków z późniejszym powrotem na Ziemię, a także do wykorzystania jako statek ratunkowy.
Nowy system załogowy zasadniczo różni się od istniejącego statku kosmicznego Sojuz, przede wszystkim pod względem nowych technologii. Obiecujący statek zostanie zbudowany zgodnie z zasadą projektowania Lego (czyli zgodnie z zasadą modułową). Jeśli zajdzie potrzeba lotu na orbitę okołoziemską, do szybkiego dostępu do stacji zostanie wykorzystany statek kosmiczny. Jeśli zadania stają się bardziej skomplikowane i wymagane są loty poza przestrzeń kosmiczną, kompleks można doposażyć w przedział użytkowy z możliwością powrotu na Ziemię.
Energia spodziewa się, że modyfikacje statków kosmicznych umożliwią wyprawy na Księżyc, konserwację i naprawę satelitów, wykonywanie długich – nawet do miesiąca – lotów autonomicznych w celu prowadzenia różnorodnych badań i eksperymentów, a także dostawę i zwrot zwiększona ilość ładunku w wersji bezzałogowego ładunku zwrotnego. System odciąża załogę, ponadto dzięki systemowi lądowania spadochronowo-odrzutowego dokładność lądowania wyniesie tylko dwa kilometry.
Zgodnie z planami określonymi w Federalnym Programie Kosmicznym do 2020 roku, pierwszy start nowego załogowego statku kosmicznego ma nastąpić w 2018 roku z kosmodromu Vostochny, który powstaje w regionie Amur.
Jeśli jednak Rosja na szczeblu państwowym zdecyduje się na wydobycie minerałów na Księżycu, Energia będzie w stanie zapewnić jeden kompleks przestrzeni transportowo-ładunkowej wielokrotnego użytku, służący przemysłowemu rozwojowi ciała niebieskiego. Tym samym nowy statek (który nie otrzymał jeszcze swojej oficjalnej nazwy), który zastąpi Sojuz, wraz z opracowanym przez RKK holownikiem międzyorbitalnym Parom, zapewni transport do 10 ton ładunku, co znacznie obniży koszty transportu. Dzięki temu Rosja będzie mogła również świadczyć komercyjne usługi wysyłania w kosmos różnych ładunków, w tym wielkogabarytowych.
Parom to statek kosmiczny, który zostanie wystrzelony przez pojazd nośny na niską orbitę okołoziemską (około 200 km wysokości). Następnie kolejna rakieta nośna dostarczy kontener z ładunkiem do określonego miejsca na nim. Holownik dokuje do niego i przenosi go do miejsca przeznaczenia, na przykład na stację orbitalną. Możliwe jest wystrzelenie kontenera na orbitę prawie każdym przewoźnikiem krajowym lub zagranicznym.
Jednak przy obecnie istniejących funduszach dla przemysłu kosmicznego stworzenie bazy księżycowej i przemysłowy rozwój satelity Ziemi to projekty na dość odległą przyszłość. Według Roskosmosu plany lotów na księżyc turystów za pomocą zmodyfikowanej sondy Sojuz wydają się znacznie bardziej realistyczne. Wraz z amerykańską firmą Space Adventures rosyjski departament opracowuje nową trasę turystyczną w kosmosie i planuje wysłać Ziemian na wycieczkę krajoznawczą wokół Księżyca za pięć lat.
Inna znana krajowa firma, Państwowe Centrum Badań Kosmicznych i Produkcji Kosmicznej Chrunichowa (GKNPT), jest również gotowa przyczynić się do rozwoju ciała niebieskiego. Zdaniem specjalistów z GKNPT program księżycowy powinien być poprzedzony pierwszym, przyziemnym etapem, który będzie realizowany z wykorzystaniem doświadczeń ISS. Na jej podstawie po 2020 roku planuje się stworzenie orbitalnego zespołu załogowo-montażowego i operacyjnego dla przyszłych wypraw na inne planety, a także ewentualnie kompleksów turystycznych.
Według naukowców program księżycowy nie powinien powtarzać tego, co już zostało zrobione w ubiegłym stuleciu. Planowane jest stworzenie stałej stacji na orbicie satelity Ziemi, a następnie bazy na jego powierzchni. Rozmieszczenie stacji księżycowej, składającej się z dwóch modułów, zapewni nie tylko wyprawę na nią, ale także powrót ładunku na Ziemię. Będzie również wymagał załogowego statku kosmicznego z co najmniej czteroosobową załogą, zdolnego do samodzielnego lotu do 14 dni, a także modułu księżycowej stacji orbitalnej oraz pojazdu do lądowania i startu. Kolejnym krokiem powinna być stała baza na powierzchni Księżyca z całą infrastrukturą, która zapewni pobyt czterech osób na pierwszym etapie, a następnie zwiększenie liczby modułów bazowych i wyposażenie jej w elektrownię, moduł bramy i inne niezbędne udogodnienia.
Programy klubu kosmicznego
Rosja
W ramach koncepcji rozwoju rosyjskiej załogowej eksploracji kosmosu do 2040 roku przewidziany jest program eksploracji Księżyca (2025-2030) i lotów na Marsa (2035-2040). Obecnym zadaniem opracowania satelity Ziemi jest stworzenie bazy księżycowej, a tak zakrojony na szeroką skalę program powinien być realizowany w ramach współpracy międzynarodowej, przekonuje Roskosmos.
W ramach pierwszego etapu programu eksploracji Księżyca w latach 2013–2014 planowane jest wystrzelenie księżycowych satelitów Luna-Glob i Luna-Resource – poinformował szef Ławoczkina NPO Wiktor Chartow. Zadania misji Luna-Glob to latanie wokół Księżyca, przygotowywanie i wybieranie miejsc dla łazika księżycowego, innych kompleksów inżynieryjnych i naukowych, które staną się podstawą przyszłej bazy, a także badanie jądra księżyca za pomocą specjalnych urządzenia wiertnicze - penetratory (w tym zakresie możliwa jest współpraca z Japonią, ponieważ japońscy specjaliści od dawna z powodzeniem rozwijają penetratory).
Drugi etap przewiduje dostarczenie laboratorium naukowego - księżycowego łazika na Księżyc do szerokiej gamy eksperymentów naukowych i technologicznych. Na tym etapie do współpracy zapraszane są Indie, Chiny oraz kraje europejskie. Planuje się, że Indianie w ramach misji Chandrayan-2 dostarczą rakietę i moduł lotu, a także wystartują ze swojego kosmodromu. Rosja przygotuje moduł lądowania, łazik księżycowy ważący 400 kilogramów oraz sprzęt naukowy.
Według Wiktora Chartowa w przyszłości (po 2015 r.) planowany jest rosyjski projekt Luna-Resource/2, który przewiduje stworzenie zunifikowanej platformy do lądowania, łazika księżycowego o dużym zasięgu, rakiety startowej z Księżyca, środki do ładowania i przechowywania próbek gleby księżycowej dostarczonych na Ziemię, a także wykonanie precyzyjnego lądowania na latarni morskiej znajdującej się na Księżycu. Jednocześnie planuje się realizację dostaw próbek gleby księżycowej zebranych za pomocą łazika księżycowego we wstępnie wyselekcjonowanych obszarach zainteresowań naukowych.
Projekt Luna-Resource/2 będzie trzecim etapem rosyjskiego programu księżycowego. W jego ramach planowane jest przeprowadzenie dwóch ekspedycji: pierwsza dostarczy na powierzchnię Księżyca ciężki badawczy łazik księżycowy w celu przeprowadzenia badań kontaktowych i pobrania próbek gleby księżycowej, a druga - rakiety startowej do zwrotu próbek gleby Do ziemi.
Stworzenie automatycznej bazy pozwoli rozwiązać szereg problemów w interesie załogowego programu księżycowego, który przewiduje, że po 2026 roku ludzie będą latać na Księżyc. W latach 2027-2032 planowane jest utworzenie na Księżycu specjalnego ośrodka badawczego „Lunar Proving Ground”, zaprojektowanego już do pracy kosmonautów.
USA
W styczniu 2004 roku prezydent USA George W. Bush ogłosił, że celem NASA jest „powrót” na Księżyc do 2020 roku. Amerykanie planowali pozbyć się przestarzałych wahadłowców, aby uwolnić fundusze do 2010 roku. Do 2015 roku NASA miała wdrożyć nowy program Constellation podobny do zmodernizowanego i rozszerzonego programu Apollo. Głównymi elementami projektu są rakieta nośna Ares-1, która jest rozwinięciem napędu na paliwo stałe promu, załogowego statku kosmicznego Orion z załogą liczącą od pięciu do sześciu osób, modułu Altair, przeznaczonego do lądowania na powierzchni Księżyca i startu z niej, scena ucieczki z Ziemi (EOF), a także ciężki lotniskowiec „Ares-5”, przeznaczony do wystrzelenia EOF na orbitę okołoziemską wraz z „Altair”. Celem programu Constellation był lot na Księżyc (nie wcześniej niż w 2012 roku), a następnie lądowanie na jego powierzchni (nie wcześniej niż w 2020 roku).
Jednak nowa administracja USA, kierowana przez Baracka Obamę, ogłosiła w tym roku zakończenie programu Constellation, uznając go za zbyt kosztowny. Po skróceniu programu księżycowego administracja Obamy podjęła równolegle decyzję o przedłużeniu finansowania działalności amerykańskiego segmentu ISS do 2020 roku. W tym samym czasie władze USA postanowiły zachęcić prywatne firmy do budowy i eksploatacji załogowych statków kosmicznych.
Chiny
Chiński program badania Księżyca jest konwencjonalnie podzielony na trzy części. Podczas pierwszego w 2007 roku statek kosmiczny Chang'e-1 został pomyślnie wystrzelony. Pracował na orbicie księżycowej przez 16 miesięcy. W rezultacie powstała trójwymiarowa mapa jego powierzchni w wysokiej rozdzielczości. W 2010 roku na Księżyc wysłano drugi aparat badawczy, aby sfotografować obszary, w jednym z których Chang'e-3 będzie musiał wylądować.
Drugi etap programu badawczego naturalnego satelity Ziemi polega na dostarczeniu na jej powierzchnię pojazdu samobieżnego. W ramach trzeciej fazy (2017) na Księżyc pojedzie kolejna instalacja, której głównym zadaniem będzie dostarczenie na Ziemię próbek skał księżycowych. Chiny zamierzają wysłać swoich astronautów na satelitę Ziemi po 2020 roku. W przyszłości planowane jest stworzenie tam stacji mieszkalnej.
Indie
Indie mają również krajowy program księżycowy. W listopadzie 2008 roku kraj ten wystrzelił sztuczny księżyc „Chandrayan-1”. Na powierzchnię naturalnego satelity Ziemi wysłano z niego automatyczną sondę, która badała skład atmosfery i pobierała próbki gleby.
We współpracy z Roscosmos Indie rozwijają projekt Chandrayan-2, który zakłada wysłanie statku kosmicznego na Księżyc za pomocą indyjskiej rakiety nośnej GSLV, składającej się z dwóch modułów księżycowych – orbitalnego i lądującego.
Start pierwszego załogowego statku kosmicznego zaplanowano na 2016 rok. Na pokładzie, według szefa Indyjskiej Organizacji Badań Kosmicznych (ISRO) Kumaraswamy Radhakrishnana, w kosmos uda się dwóch astronautów, którzy spędzą siedem dni na niskiej orbicie okołoziemskiej. Tym samym Indie staną się czwartym (po Rosji, Stanach Zjednoczonych i Chinach) państwem realizującym załogowe loty kosmiczne.
Japonia
Japonia rozwija swój program księżycowy. Tak więc w 1990 roku pierwsza sonda została wysłana na Księżyc, a w 2007 wystrzelono tam sztucznego satelitę Kaguya z 15 instrumentami naukowymi i dwoma satelitami - Okinawą i Ouną na pokładzie (pracował na orbicie Księżyca ponad rok). W latach 2012-2013 planowano uruchomienie kolejnego automatycznego aparatu, do 2020 r. załogowy lot na Księżyc, a do 2025-2030 r. stworzenie załogowej bazy księżycowej. Jednak w zeszłym roku Japonia zdecydowała się zrezygnować z załogowego programu księżycowego z powodu deficytów budżetowych.
