04 марта 2016г.
«Я всю жизнь думал, что пишу фантастику. Но фантастика это то, что сейчас происходит с освоением космического пространства» Роберт Шекли, писатель-фантаст, 2005 г.
В статье рассмотрены объективные факторы природного характера, приводящие к необходимости расселения человечества вне Земли. Показана практическая невозможность освоения дальнего космоса с помощью космических кораблей и обосновано использование астероидов в качестве средства для дальних перелетов. Рассмотрена также целесообразность освоения пространства солнечной системы для периода земного существования человечества и состояние практической реализации этой задачи. В статье использованы фактические данные с сайтов интернета, освещающих вопросы освоения космоса.
Космические угрозы человечеству
Русский ученый К.Э. Циолковский, назвавший свое учение космической философией и являющийся представителем естественнонаучного течения русского космизма, разработал проективистскую версию этого учения, согласно которой, в ответ на вызовы человечеству со стороны глобальных проблем, человек в будущем должен оставить Землю и переселиться в космос. В рассматриваемом плане учение Циолковского представляет собой предельно общую постановку проблемы отношений человечества и космоса в отличии, например, от учения В.И. Вернадского, в котором развита органическая версия космизма, воплощенная в теорию биосферы и ноосферы как планетарных сфер.
Предвидения Циолковского о необходимости расселения человечества в космосе приобретают в настоящее время конкретные очертания в связи с прояснением характера глобальных угроз его существованию от негативного воздействия ряда космических факторов.
По защите от некоторых из них (угроза падения астероидов) в настоящее время уже создаются государственные программы. Другие не поддаются управлению со стороны человека, и защититься от них человечество сможет, только кардинально поменяв свое месторасположения в космическом пространстве. Рассмотрим в общих чертах три основных, на наш взгляд, космических фактора, несущих опасность существованию человечества. К ним относятся астероидная опасность, особенности поведения магнитного поля Земли и изменение параметров функционирования Солнца.
По существующим представлениям грозящими человечеству глобальной катастрофой считаются астероиды и кометы с размерами более 150 м, которые могут приблизиться к Земле на расстояние менее 7,5 млн. км. Проведенные оценки показывают, что таких объектов может быть порядка пяти тысяч. Их количество не является постоянным, так как во время движения астероидов вблизи планет и их спутников они могут изменить свою орбиту и из статуса опасных перейти в безопасные и наоборот.
В настоящее время обсуждается множество способов защиты от возможного падения астероидов, но, по- видимому, к наиболее реальным можно отнести изменение орбит опасных астероидов с помощью ударного воздействия со стороны малых астероидов, разгоняемых с помощью гравитационного маневра.
Вариант такого способа разработан в созданной в России Лаборатории математического моделирования методов защиты от астероидно-кометной опасности. Проект был разработан на средства мегагранта размером 150 млн. руб., предоставленного Минобрнауки России. В проекте просчитана защита Земли от удара конкретного астероида – Апофиса, размером 300 м, который вновь опасно сблизится с нашей планетой в 2029 г. Есть вероятность того, что это сближение может привести к такому изменению его орбиты, что при последующем прохождении около Земли в 2036 г. появится угроза столкновения Апофиса с нашей планетой.
Расчеты показали, что для устранения угрозы такого события достаточно провести определенный гравитационный маневр у Земли астероида-снаряда диаметром 15 м и массой 1,4 тыс. т, затратив на это всего 1,2 т топлива. В Институте космических исследований РАН и НПО им. С.А. Лавочкина разработаны проекты аппарата-маяка для установки на Апофисе и аппарата-двигателя для астероида-снаряда, в качестве которого выбран астероид 2011 UK10.
Как будет далее более подробно рассмотрено, одним из важных условий существования жизни на Земле является наличие у нее магнитного поля, играющего роль защиты от различных видов космической радиации. Магнитное поле Земли образовалось 3,5 млрд. лет назад и обязано своим существованием до конца не ясным особенностям взаимодействия ее твердого и жидкого ядер.
Угрозы жизни, связанные с магнитным полем Земли, могут исходить из двух особенностей его поведения: увеличивающегося ослабления его величины и периодически происходящего обмена полюсов поля местами. Последнее явление не вызывало бы опасений, если бы оно протекало достаточно быстро. Но геофизики до сих пор плохо представляют себе, как этот процесс может происходить реально. При смене полюсов может возникнуть период, когда величина поля уменьшится почти до нуля. Неясно как быстро оно сможет восстановиться снова. Исчезновение поля автоматически приведет к исчезновению магнитосферы Земли – защиты от космических излучений. Вполне возможно, что периодические крупные вымирания некоторых видов животных и растений в различные этапы истории нашей планеты (вымирало от 50 до 90 процентов земной флоры и фауны) не в последнюю очередь связаны с этими процессами.
Есть предположения, что Марс потерял свою атмосферу и превратился в пустыню примерно миллиард лет назад, когда в результате каких-то внутренних или внешних процессов (столкновение с крупным телом) его магнитное поле исчезло и больше не появилось. Исследование образцов грунта с поверхности Марса показали, что когда-то он имел достаточно сильное магнитное поле.
Смена местами магнитных полюсов Земли неоднократно происходила в прошлом. За 600 млн. лет произошла примерно тысяча таких событий. Этот процесс не является строго периодическим: промежутки между сменами составляли от 50 тыс. до миллиона лет. Последняя смена произошла 780 тыс. лет назад. Историю изменения направления магнитного поля Земли изучают по его следам в древних породах и лавах, которые запоминают направление магнитного поля, существовавшее при их образовании.
Наблюдения за магнитным полем Земли показывают, что на приближающееся изменение положения полюсов указывают нарастающие аномалии в его поведении. Явным признаком приближения этого процесса является происходящее в настоящее время ослабление величины магнитного поля: за последние 150 лет его величина уменьшилась на 10 процентов. Другой признак – это ускорение движения северного полюса, которое сейчас достигает 64 км в год (в начале ХХ века оно составляло 14,5 км в год). Магнитное поле становится все более неоднородным, и эти «неоднородности» все больше укрупняются. К таким признакам, в том числе, относят увеличение количества землетрясений. При существующей скорости уменьшения магнитного поля его величина может снизиться до нуля менее чем за 2 тыс. лет.
Опасность угрозы, связанная с поведением магнитного поля Земли, в настоящее время явно недооценивается. У многих ученых вызывает удивление тот факт, что при существующих оценках, дающих громадное количество планет в Галактике, до сих пор не найдено следов разумной жизни. Один из выводов, который может быть из этого сделан – это хрупкость условий, в том числе и космических, обеспечивающих ее существование и необходимость самого тщательного изучения возможных угроз. С этой точки зрения, как было отмечено, нельзя недооценивать опасности, связанные с магнитным полем Земли.
В соответствии с существующими научными подходами, в системах, в которых должна гарантированно обеспечиваться безопасность, неопределенность какого-либо фактора с точки зрения его угрозы трактуется как требующая создания защиты. Это относится и к ситуации с опасностью исчезновения магнитного поля Земли, угроза реализации которой, как видно из проведенного рассмотрения, имеет высокую степень вероятности в ближайшем историческом времени.
Из этого следует, что в условиях данной неопределенности целесообразно в ближайшую тысячу лет создать для человечества дополнительную независимую среду обитания. В данной исторической перспективе в качестве такой среды могут рассматриваться преимущественно Марс или один из спутников планет-гигантов (Титан и т.п.). Все они не имеют магнитного поля, поэтому придется создавать полностью искусственную среду обитания, по-видимому, преимущественно в виде подземных поселений.
Может возникнуть вопрос: почему в таком случае не попытаться создавать подобные поселения на Земле, готовясь к исчезновению у нее магнитного поля, ведь это будет во много раз дешевле? На это есть две причины.
Первая состоит в том, что невозможно точно представить, как изменятся условия на Земле после исчезновения магнитного поля, и какими явлениями этот процесс будет сопровождаться. То есть являются неопределенными условия, под которые должна создаваться новая среда обитания и возможно ли ее создание в условиях таких глобальных катаклизмов.
Дело в том, что исчезновение атмосферы Земли и испарение ее океанов, как следствие исчезновения магнитного поля, может привести к нарушению равновесия земных плит и к эпохе постоянных и повсеместных землетрясений, о длительности и интенсивности которой сейчас трудно что-либо предположить. Несмотря на это, какие-то мероприятия в любом случае придется проводить. В числе их должны быть разработаны решения по эвакуации с Земли миллиардов людей, если станет ясна опасность их гибели. Естественно, необходимо будет делать попытки создания системы безопасности и не самой Земле.
Второй причиной является астероидная опасность: в условиях рассредоточения среды обитания человечества, очевидно, существенно повышается вероятность его выживания от данного вида угрозы.
Более отодвинутой во времени, но самой значительной угрозой являются особенности дальнейшего развития Солнца. Звезды типа Солнца с некоторого этапа своего существования начинают превращаться в так называемые красные гиганты. Через 5 млрд. лет диаметр Солнца увеличится в 256 раз и внутри него окажутся все планеты земной группы, включая Марс. Затем происходит сброс внешней оболочки, и звезда превращается в белого карлика.
Но еще задолго до этого момента температура Солнца начнет повышаться и через 1,5 млрд. лет средняя температура Земли составит 40 градусов (сейчас – 15 градусов) и с этого времени начнется процесс так называемого «неограниченно растущего парникового эффекта», который приведет к испарению всей воды и уходу ее в космическое пространство. Планета перестанет быть пригодной для жизни. Чтобы выжить, человечество будет вынуждено в этот период окончательно покинуть Землю и Солнечную систему.
Если учесть, что жизнь на Земле появилась 3,7 млрд. лет назад, а исчезнет через 1,5 млрд. лет, то получается, что время существования жизни около звезды типа Солнца составляет порядка 5 млрд. лет (для звезд типа красных карликов оно может составлять до 40 млрд. лет).
Изложенный материал можно рассматривать как обоснование положения о том, что существуют веские основания для освоения космоса, в том числе и дальнего: по данному вопросу в настоящее время проводятся многочисленные дискуссии. Основной аргумент противников освоения сводится к тому, что на Земле и без того много проблем, чтобы сейчас еще заниматься космосом, и пусть об этом думают последующие поколения.
Но, во-первых, все зависит от масштаба позиций, с которой рассматривается данная проблема, а он, очевидно, должен соответствовать масштабу самой проблемы. Во-вторых, никто не говорит о том, что данная проблема должна принять высший приоритет в наше время и человечество уже сейчас должно бросить все силы на переселение к другим звездам. Необходимо понимать тот факт, что на определенных этапах развития человечеству придется решать эту проблему, и нет ничего зазорного, если она будет находиться в сфере его внимания.
Проблемы перелетов и корабли-астероиды
Циолковский не только теоретически исследовал проблемы космического развития человечества как большинство мыслителей-космистов, но также занимался теоретической и экспериментальной разработкой средств, способных обеспечить решение поставленных проблем. Рассматривая проблему распространения жизни во Вселенной, Циолковский обосновал возможность использования ракет для преодоления сил тяготения Земли и полетов в космическом пространстве 1.
Во времена Циолковского казалось очевидным, что те средства, которые позволят человеку преодолеть земное тяготение, будут пригодны и для осуществления космических перелетов. Но оказалось, что это не так. Постоянные наблюдения и исследования состояния человека, проводимые в космосе со времени начала эры пилотируемых полетов, выявили ряд проблем, которые не были известны создателю теории космонавтики. Кроме того выяснилось, что создание необходимых запасов энергии на космическом корабле для осуществления дальних полетов с приемлемыми сроками, также является значительной проблемой.
Осуществление пилотируемых космических полетов внутри Солнечной системы, а в дальнейшем за ее пределами, будет являться практически невозможным без решения следующих проблем:
- создание во время полетов искусственной силы тяжести;
- обеспечение достаточной защиты от радиации;
- наличие необходимого количества энергии на космическом корабле для обеспечения полета.
Существующие и проектируемые космические аппараты для пилотируемых межпланетных перелетов эти проблемы в должной мере не решают. Для их решения предлагается использовать оборудованные соответствующим образом астероиды. Для того, чтобы составить представление о возникающих трудностях, рассмотрим указанные проблемы несколько подробнее.
Оказалось, что организм человека, сформированный в условиях земного тяготения, может функционировать длительное время только при наличии силы тяжести. Специалисты по гравитационной физиологии установили, что гравитация «учтена» практически во всех функциональных системах организма, на всех уровнях, от клеток до скелета. Чтобы понять, до какой степени живые организмы зависят от силы притяжения, потребовалось выйти в космос.
В проведенных исследованиях было выявлено наличие у человека новой сенсорной системы, реагирующей на изменение гравитации – системы восприятия опоры, которая, в частности, является регулятором функционирования таких важнейших систем организма как сердечно-сосудистая, тонус мышц тела, объем внеклеточной жидкости и др. Отсутствие силы тяжести приводит к перераспределению жидкости в организме, снижению сократительной способности мышечных волокон, минеральной плотности костной ткани, расстройству всех форм зрительных движений, потере ориентации в пространстве и т.п. При возвращении на Землю после продолжительных полетов возникает состояние, при котором сердце не может нормально снабжать кровью мозг. Одним из основных решений данной проблемы в условиях длительных космических полетов – это создание искусственной силы тяжести.
При проведении экспериментальных исследований было также установлено, что минимальное значение ускорения свободного падения, необходимое для правильной ориентации в пространстве и определении направлений, составляет примерно 15 процентов от его земного значения. Уровни гравитации, достаточные для нормального выполнения различными органами организма человека своих функций, в настоящее время еще не определены.
Не менее опасным для человека в рассматриваемых условиях является воздействие космической радиации. Различают четыре вида источников космической радиации: галактические космические лучи, солнечные космические лучи, так называемый солнечный ветер и радиационные пояса Земли.
1 Менее известным фактом является еще одно решение, предложенное Циолковским для преодоления сил тяготения. В 1895 г. им была выдвинута идея космического лифта для безракетной доставки грузов в космос. Данное решение основано на использовании троса, соединяющего поверхность Земли с орбитальной станцией, находящейся на геостационарной орбите.
Такой способ значительно дешевле и экологически более приемлем по сравнению с использованием ракетоносителей. Можно напомнить, что за период, прошедший с начала освоения космического пространства в околоземном пространстве накопилось 2800 т мусора (отработавших срок эксплуатации спутников, фрагментов ракетоносителей и т.п.). В настоящее время вокруг Земли движется около 23 тыс. предметов с размерами до десяти сантиметров и 170 млн. частиц, имеющих размер менее сантиметра.
Реализация лифтового способа преодоления земного тяготения станет возможна после создания сверхпрочного материала для троса. Наиболее приемлемым для этой цели считается материал, разрабатываемый на основе углеродных трубок. Одна из исследовательских организаций предполагает создание такого материала к 2050 году.
Галактические космические лучи являются наиболее высокоэнергетической составляющей радиации в космическом пространстве. Для полного их поглощения требуется свинцовый экран толщиной 15 метров. Доза облучения от этих лучей достигает 0,5 – 1 зиверта, где зиверт – единица измерения воздействия радиации на человеческое тело (допустимая доза облучения за год составляет 1 зиверт; смертельная доза облучения – 6 зиверт).
Солнечные космические лучи возникают при так называемых солнечных вспышках и могут в тысячи раз превышать обычный уровень галактических космических лучей. Основной компонентой галактических и солнечных космических лучей являются протоны (ядра атомов водорода), которые свободно проникают через оболочки современных космических станций. Солнце также постоянно испускает значительные потоки заряженных частиц, называемых солнечным ветром.
Радиационные пояса Земли, являющиеся зоной повышенной радиации, расположены на высотах 800 - 24000 км. Уровень радиации в поясах сильно меняется в зависимости от высоты и в целом значительно превышает уровни радиации от космических лучей. Допустимо только кратковременное их пересечение и то при нахождении экипажа в специально защищенном отсеке.
Жизнь на Земле сформировалась под защитой магнитного поля Земли, ослабляющего радиоактивное воздействие постоянно «дующего» солнечного ветра и других видов космической радиации. Магнитное поле Земли отклоняет частицы солнечного ветра от направления к Земле на высотах более 60 тыс. км. Орбиты околоземных орбитальных станций располагаются на высоте 200 – 400 км (высота орбиты Международной космической станции составляет примерно 400 км), то есть находятся под защитой магнитного поля Земли и вне ее радиационных поясов, что делает возможным длительное пребывание людей в этих условиях.
Тем не менее, космонавты на Международной космической станции за день получают дозу радиации в размере около 1 миллизиверта, что примерно равнозначно облучению человека на Земле за год. Несмотря на улучшение механизма радиационной защиты по сравнению, например, с орбитальной станцией «Мир», уровень защиты изменился незначительно.
В 2012 г. во время полета автоматической космической станции к Марсу впервые были проведены измерения реальной радиационной обстановки на этой трассе. Датчик, анализирующий радиационный фон, был прикрыт радиационной защитой, соответствующей условиям внутри действующей в настоящее время Международной космической станции. Помимо постоянно действующих видов радиации было зафиксировано пять вспышек солнечной активности, причем одна из них была самого мощного класса.
Оценки, произведенные на основании полученных данных, показали, что суточная доза облучения составит 1,8 миллизиверт, а общая за перелет – 0, 66 зиверта. Вместе с пребыванием на поверхности Марса в течение года она может превысить допустимую дозу в 1 зиверт.
Таким образом, при существующем уровне развития радиационной защиты космических кораблей обеспечение радиационной безопасности является значительной проблемой.
Как было отмечено ранее, существенной проблемой, которую необходимо решить для возможности осуществления дальних космических полетов – это наличие достаточного количества энергии для разгона и торможения космических кораблей. При использовании для этих целей исключительно топлива, размещаемого на ракетоносителях космических кораблей, запасы которого связаны с существенными конструктивными ограничениями, удается достичь только минимальных скоростей полета – так называемой второй космической скорости, позволяющей выйти за пределы поля тяготения Земли.
Например, масса ракетоносителя «Сатурн-5», используемого в программе «Аполлон» для полетов на Луну, составляла 2950 т, полезная нагрузка, выводимая на траекторию полета к Луне со второй космической скоростью, составляла 45 т. То есть соотношение полезной нагрузки к общей массе ракетоносителя составляло 1 к 65 [1]. При придании полезной нагрузке больших скоростей это соотношение начинает «съедать» полезную нагрузку.
Такое положение дел приводит к тому, что время перелета даже к ближайшей планете – Марсу, будет составлять около 260 дней. Более далекие полеты при использовании существующих средств являются практически невозможными.
Все перечисленные важнейшие проблемы, возникающие при рассмотрении возможности осуществления дальних космических полетов, могут найти свое решение при использовании в качестве космических кораблей астероидов, способных обеспечить:
- необходимую степень радиационной защиты за счет создания внутри астероида полостей под безопасной толщей пород для размещения людей и оборудования;
- возможность создания искусственной гравитации путем придания астероиду вращательного движения;
- создание во внутренней полости атмосферного давления и полного цикла систем жизнеобеспечения;
- гравитационный разгон (и торможение на конечном участке полета) при пролете по определенным траекториям вблизи планет, что позволяет увеличить скорости перелета и получить значительную экономию топлива.
Гравитационными маневрами называют разгон, торможение или изменение направления полета космического аппарата за счет использования действия гравитационных полей небесных тел при пролете около них. Такими маневрами обычно пользуются для экономии топлива и сокращения времени полета к дальним планетам Солнечной системы, а в дальнейшем будут использовать и при выходе за ее пределы.
В нашу задачу не входит подробное рассмотрение механики этих маневров. Заметим только, что сближение аппарата с планетой с внешней стороны ее орбиты приводит к тому, что аппарат получает от планеты часть энергии ее движения (так называемого углового момента) и ускоряет свое движение, а при сближении с внутренней стороны – наоборот, замедляет.
Таким образом, без затрат топлива можно изменить скорость движения космического аппарата. Необходимо также отметить, что эти изменения практически не зависят от массы космического аппарата (а только от массы планеты), что особенно важно для изменения движения кораблей-астероидов, так как последние будут достаточно массивными. Наиболее выгодны, естественно, гравитационные маневры у планет-гигантов, которые могут значительно сокращать длительность космического полета.
Используются такие маневры и около Земли, Венеры и даже Луны. Они экономят топливо, но в силу ряда своих особенностей могут увеличить время полета, поэтому их применение на данных трассах более целесообразно для автоматических станций. В таких полетах идут на увеличение времени полетов, так как в противном случае они вообще не состоялись из-за невозможности вывести в космос при приемлемых затратах требуемое количество топлива современными ракетоносителями.
По рассмотренным выше причинам гравитационные маневры активно используются при проведении космических полетов. Первый такой маневр был осуществлен в 1959 г. при реализации эксперимента по фотографированию обратной стороны Луны, который проводился с помощью советской автоматической станции «Луна-3». Полеты автоматических станций к планетам-гигантам (Юпитер, Сатурн, Уран) были бы невозможны без разгонов и поворотов, связанных с гравитационными маневрами. Вошло в практику многократное применение гравитационных маневров в течение одного полета. Например, сложная комбинация гравитационных маневров была использована при реализации траектории автоматической межпланетной станции «Кассини», которая осуществила посадку европейского зонда «Гюйгенс» на спутник Сатурна Титан. Для разгона этой станции использовалось гравитационное поле трех планет: она дважды пролетела рядом с Венерой, затем около Земли и Юпитера. Таким образом, возможность осуществления многих современных программ является прямым следствием использования гравитационных маневров. С их помощью межпланетные аппараты отправляют на дальние окраины Солнечной системы почти без затрат топлива.
Для реализации полетов к другим звездам будут необходимы гравитационные маневры с использованием Солнца, что позволит достигнуть больших скоростей перелета.
Темой данной статьи не является рассмотрение всех проблем, возникающих при дальних космических полетах. Но в связи с затрагиванием энергетической их стороны для полноты картины нужно отметить, что гравитационные маневры, несмотря на значительные возможности, не решают всех проблем энергетики дальнего полета.
По современным представлениям пилотируемые корабли, предназначенные для дальних полетов, должны быть оборудованы так называемыми реактивными двигателями малой тяги. Эти двигатели в силу своих конструктивных особенностей не могут быть созданы с тягой, позволяющей преодолеть тяготение Земли. Но их достоинством является значительно больший по сравнению с химическими реактивными двигателями, так называемый удельный импульс, что создает огромную экономию топлива и возможность практически непрерывной работы.
В качестве идеального корабля-астероида для межзвездных перелетов можно представить астероид с внутренней цилиндрической полостью диаметром 100 м, толщиной защитного слоя из вещества астероида не менее 50 м, с заполнением этой полости воздухом с давлением, соответствующим атмосферному (извлекаемая при создании полости порода может быть использована в рамках программ добычи полезных ископаемых).
Астероиду придается вращение, обеспечивающее создание искусственной силы тяжести, эквивалентной земному притяжению. Скорость вращения при этом составит примерно четыре оборота в минуту. Он будет оснащен полностью замкнутыми системами жизнеобеспечения, которые в настоящее время уже созданы и могут обеспечивать человека пищей, кислородом для дыхания, поглощать образующийся при дыхании углекислый газ и утилизировать продукты жизнедеятельности человека.
Энергоснабжение корабля-астероида может быть обеспечено за счет атомной электростанции, которая будет также использоваться для работы двигателей малой тяги, а их на астероиде потребуется несколько сотен. Такие корабли-астероиды будут способны обеспечивать длительные межзвездные перелеты.
Перспективы использования для межпланетных и межзвездных перелетов астероидов требуют проведения соответствующего этой задаче изучения последних и составление каталога астероидов – претендентов на использование в качестве космических кораблей. Астероиды, включенные в этот каталог, должны находиться под охраной международного законодательства. Это тем более необходимо в связи с планом альтернативного использования астероидов для добычи полезных ископаемых, о котором будет сказано ниже. От этой не менее важной задачи не должна пострадать программа использования астероидов в качестве космических кораблей, что определяет возможности освоения человечеством как Солнечной системы, так и дальнего космоса.
В настоящее время начинают проводиться исследования, направленные на изучение возможности использования астероидов в качестве космических кораблей. Примером таких исследований может служить проект пилотируемого полета на Марс внутри астероида, разработанный в Международной космической школе при МГТУ им. Н.Э. Баумана. Одна из главных задач этого проекта – обеспечение защиты экипажа корабля от радиации. В рамках этого проекта был также поставлен вопрос о разработке технологии создания полостей внутри астероида для размещения экипажа и оборудования. Один из вариантов такой технологии разрабатывается в Институте космических исследований РАН и планируется его отработка на лунных грунтах в процессе экспедиции автоматической станции «Луна-Ресурс» («Луна-27») в 2027 г.
Освоение «среднего» космоса»
Человечество уже привыкло к тем возможностям, которые предоставило ему освоение ближнего космоса. На повестку дня встает вопрос о дальнейшем продвижении в космос, которое также должно привести к не менее значимым перспективам и которому могут способствовать представленные выше решения по преодолению возникающих на этом пути проблем. В конце статьи хотелось бы дать общие представления о планируемых и уже приближающихся к осуществлению проектах освоения «среднего» космического пространства Солнечной системы, охватывающего Марс и расположенный за ним так называемый пояс астероидов.
Одним из важных аспектов деятельности по освоению Солнечной системы будет являться добыча некоторых полезных ископаемых на астероидах, которая может превысить объемы их добычи на Земле. В этом направлении также делаются реальные шаги. И если государственные организации уделяют больше внимания изучению астероидов в научных целях и в целях поиска решений по обеспечению безопасности Земли от падения крупных метеоритов, то частные коммерческие компании занимаются в основном проблемой добычи на них полезных ископаемых и созданием технологий для этих целей.
Астероиды в зависимости от состава делятся на три класса. Семьдесят пять процентов всех известных астероидов принадлежат к классу С, богатых углеродом, фосфором и содержащих большие запасы связанной воды (до 20 % от веса), которую можно использовать непосредственно в космосе как для жизнеобеспечения людей, так и для получения ракетного топлива (водорода и кислорода).
Семнадцать процентов от всех известных астероидов относится к классу S – кремниевых, богатых железом, никелем и кобальтом, иногда с содержанием золота, платины и родия.
Восемь процентов астероидов являются металлическими астероидами – класса М. Информацию о химическом составе астероидов получают с помощью спектрометров, улавливающих отражаемый ими свет, а также сопоставляя эти данные с характеристиками собранных на Земле метеоритов.
В пределах Солнечной системы открыто порядка полумиллиона астероидов. Причем считается, что найдено 95 % астероидов, имеющих диаметр более километра, 10 % - с диаметром меньше 300 м и менее 1 % диаметром меньше 100 м.
Из оценок, проведенных специалистами Национального управления по аэронавтике и космическому пространству (NASA) следует, что если разделить полезные ископаемые в поясе астероидов на всех жителей Земли, то каждому достанется ископаемых на сумму 100 млрд. долл. (без учета возможного снижения цены при появлении такого большого их количества). Типичный астероид класса М диаметром порядка километра содержит 30 млн. т никеля, 1,5 млн. т кобальта и 7,5 тыс. т платины. Стоимость, например, астероида 3554 Амон оценивается в 20 трл. долл. Рассматриваются варианты создания некоторых производств непосредственно на астероидах: уже созданы технологии на основе 3D- принтеров, которые способны работать в вакууме в процессах изготовления металлических деталей. Очевидно, все это необходимо учитывать в дальнесрочных расчетах обеспеченности человечества природными ресурсами.
Первое описание возможности добычи полезных ископаемых на астероидах относится к 1898 г. и появилось в фантастическом романе Г. Севисса «Эдисоновское завоевание Марса» - продолжении известного романа «Война миров» Г. Уэллса.
Программа добычи полезных ископаемых на астероидах развивается параллельно их научному исследованию и программе отвода астероидов на траектории, безопасные для Земли. В сентябре 2016 г. NASA планирует запустить автоматический космический аппарат на астероид Бенну и достичь его в октябре 2018 г. Средний размер астероида составляет 7 м, вес – 550 т. Предполагается погрузить его в специальный купол размером 10 на 15 м и переместить на орбиту вокруг Луны для дальнейшего изучения. Для разгона и торможения космического аппарата предполагается использовать электрический ракетный двигатель с малой тягой, получающий энергию от солнечных батарей. В 2021 г. планируется отправить к этому астероиду, размещенному на орбите вокруг Луны, пилотируемый корабль в рамках подготовки пилотируемого полета на Марс.
В 2009 г. была основана компания «Planetaru Resources» («Планетарные ресурсы»), целью создания которой является добыча полезных ископаемых на астероидах и их последующая переработка. В 2012 г. компания объявила о начале выполнения конкретного проекта по реализации поставленной цели. Инвесторами проекта стали члены совета директоров Google Л. Пейдж и Э. Шмидт, а также известный режиссер, создатель фильмов «Аватар» и «Титаник» Д. Кэмерон. О своем присоединении к проекту и его спонсировании заявила одна из крупнейших инжиниринговых компаний мира «Bechtel» («Бектэл»), построившая в свое время такие уникальные сооружения как дамба Гувера (гидроэлектростанция с плотиной высотой 221 м на реке Колорадо, США) и тоннель под Ла-Маншем. Инвестором проекта стала также компания с российским участием «I2BF Global Ventures».
Для проведения разведочных работ первого этапа разработаны космические аппараты Arkyd-100 Series. Через 10 лет компания планирует начать промышленную разработку астероидов, в частности, добычу металлов платиновой группы.
Второй американской компанией, объявившей о разработке проекта по добыче полезных ископаемых на астероидах, является компания «Deep Spece Industries». Она планирует сформировать космический флот малых космических аппаратов для геологоразведки и добычи ископаемых на астероидах. Первые исследовательские зонды планируется запустить в 2015 г. Выявлено 12 астероидов, перспективных с точки зрения добычи полезных ископаемых, а также близости к Земле и возможности их перемещения на удобные орбиты.
В настоящее время искусственные аппараты, созданные человеком, уже вышли за пределы Солнечной системы. К 2040 г., скорее всего, человек побывает на соседней планете Марс – и это менее чем через 100 лет с начала освоения космоса. Не в последнюю очередь осуществление пилотируемого освоения космического пространства станет возможным благодаря использованию кораблей-астероидов, являющихся приемниками ракет – детища К.Э. Циолковского, позволившего человечеству сделать первый шаг в космос. По-видимому, процесс освоения космоса не только необходим, но и неотвратим.
Список литературы
1. Левантовский В.И. Механика космического полета в элементарном изложении. М.: Наука, 1970. – С 267.
