CC BY
192
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В РОССИИ
Мясникова Анна Ивановна,
аспирант Северо-Кавказского филиала Московского технического университета связи и информатики, г. Ростов-на-Дону, Россия, man@yandex.ru
Ключевые слова:
космические исследования, запуски, космонавтика, космическая индустрия, программа развития.
Было время, когда, космонавтика была зоной абсолютной гордости нашей страны: первый спутник, полет Юрия Гагарина, первый выход в космос Алексея Архиповича Леонова. Казалось, что выигранная тогда космическая гонка — это не только вполне резонный повод гордиться своей страной и достижениями своей страны, но ещё и нечто достигнутое навсегда. После того как у нас поменялись обстоятельства жизни, выяснилось, что далеко не х навсегда. И как космонавтика была в конце 50-х, 60-70 годы скорее по-
< водом для гордости, так последнее время для людей не очень посвящённых ¡5 она скорее повод для расстройства: неисправности, аварии, отставание ^ в развитии космической индустрии.
< Существует мнение, что нет какой-то более или менее единой точки зрения внутри страны на то, что же в нашей космонавтике происходит: мы должны собраться, ощетиниться, сосредоточиться, и улететь на Марс; для полёта на Марс у нас нет достаточного количества ресурсов. Есть мнение, что мы выигрываем борьбу за рынок коммерческих запусков, однако сам по себе рынок коммерческих запусков — это самое неинтересное, что есть в космонавтике вообще.
Проект развития космодрома «Восточный» в настоящее время не оправдывает возложенных на него надежд. Считалось, что это будет не просто космодром, а это будет некий центр притяжения экономических, интеллектуальных и прочих сил, который двинет вперед развитие всего Дальнего Востока, чуть ни всей Сибири. В последнее время данный космодром связан больше с экономическими преступлениями, чем с экономическим и интеллектуальным развитием. По планам «Ангара- 5» должна полететь в 2018 году, «Ангара -7» — в 2020 году, а по информации из средств массовой информации эти данные постоянно ставятся под сомнения. Таким образом, нет сколько-нибудь ясного понимания о том, что происходит в современной космической отрасли.
Статья подготовлена по материалам выступлений заседания Никитского клуба о российской космонавтики.
В ближайшее время завершается официальное формирование программы развития космонавтики на следующие десять лет - с 2016 по 2025 годы [1]. В этой области сделано за последние годы гораздо меньше, чем хотелось и планировалось. Тем не менее, заниматься космической отраслью, не будучи оптимистом, невозможно.
Существуют три главные задачи, которые все страны, занимающиеся фундаментальной наукой в космосе, пытаются решить в начале XXI века: вопросы происхождения Вселенной и новая физика, жизнь во Вселенной (экзопланеты) и Земля как космическая экосистема - взгляд на землю из космоса (рис. 1). Сделано много открытий о том, как образовалась Вселенная, а в последнее время обнаружено, что расширение Вселенной происходит с ускорением. В природе существует какая-то совершенно новая субстанция, называемая тёмной энергией, которая, в отличие от гравитации, расталкивает вещество [2].
Ещё одно совершенно потрясающее открытие сделано буквально в последние годы. Обнаружено уже почти две тысячи экзопланет, то есть множество планетных систем у других звёзд. Многие из них совершенно не похожи на нашу Солнечную систему, тем не менее, уже обнаружены планеты - кандидаты на то, что они могут быть обитаемыми. Некоторые из них сравнимы по размерам с нашей Землей, и их иногда называют суперземлями.
Исходя из результатов космических исследований можно сказать, что Земля в каком-то смысле находится в центре всех космических событий. На неё влияет не только Солнце, на неё влияют вспышки далёких сверхновых звёзд, влияет движение всей нашей планетной системы через межзвёздную среду.
Всё, на чём основывается наша цивилизация, - технологии, электроника, биохимия и атомная техника, -наследство, которое мы проедаем, доставшееся нам из прошлого, начиная с Максвелла, Эйнштейна, всей физики, созданной в конце XIX - начале XX веков: теория электромагнетизма, теория относительности, квантовая теория. Не надо никого убеждать, что каждое из этих открытий дало очень много. Телефоны, вся полупроводниковая техника, не говоря уже вообще о радио и телевидении, - результаты открытий, которые сделаны нашими предшественниками. Но в каком-то смысле этот этап завершился, нужен следующий качественный сдвиг для понимания природы, какие-то новые открытия. И мы их можем получить, делая очень дорогостоящие, сложные эксперименты на громадных установках типа Большого адронного коллайдера, или в космосе, потому что именно на галактических масштабах можно обнаружить проявления этих новых законов природы.
Во многих явлениях возникает ещё одна странная и пока непонятная субстанция, называемая тёмной энергией, неизвестная нам форма материи (рис. 2).
После теории эфира, пришла теория электромагнетизма, и у человечества началась другая жизнь.
Рис. 1. Задачи космических исследований
Рис. 2. Исследование Вселенной и новая физика
Открытия, которые кажутся сейчас абстрактными, рано или поздно скажутся. Это не просто абстрактное знание, все эти эффекты могут оказаться важными и для Земли. Наша Земля находится где-то на краю нашей Галактики (рис. 3), в центре Галактики происходят очень мощные процессы, обнаружена массивная
чёрная дыра, выделяется громадная энергия. Землю спасает то, что она находимся на обочине нашей Галактики. Излучения, которые приходят из космоса, очень влияют на изменчивость и эволюцию человечества. Мутации, необходимые для эволюции, возникают, в частности, из-за частиц галактических космических лучей - частиц, ускорившихся в глубинах Галактики или даже в галактиках, соседних с ней.
Климатические изменения, дождеобразование тоже инициируются потоками галактических космических лучей - центров формирования капель дождя. Современная космическая наука старается все эти вещи изучать.
Земля укутана достаточно плотной атмосферой и её ионизованной внешней зоной - ионосферой, кроме того есть дополнительный зонтик, созданный магнитным полем, отклоняющий враждебные заряженные частицы. Узенькая полоска - длины электромагнитных волн, различных электромагнитных излучений, приходящих из космоса воздействуют на Землю во всем спектре: длинноволновые радиоволны, самое коротковолновое жёсткое гамма-излучение, рентгеновское излучение, находящееся фактически на границе с ультрафиолетом (рис. 4). Есть два окна, в которых мы можем узнавать что-то новое о Вселенной: очень узкий интервал света - весь видимый нашим глазом цветовой спектр, от красного до фиолетового, всего несколько сотен нанометров и окно, через которое проникает радиоизлучение, где оно не отражается довольно мощной земной ионосферой. Радиоастрономия потому и начала развиваться раньше других наук, потому что после Второй мировой войны, до начала космической эры, получали знания о Вселенной с помощью радиометодов.
После того как человек вышел в космос, все эти завесы сняты и в настоящее время проводятся эксперименты во всех диапазонах длин волн. На высотах уже в несколько сотен километров видимы практически все космические излучения. Солнце, как его можно увидеть глазами - это массивный однородный диск, иногда только на нём появляются солнечные пятна (рис. 5). Это то, что человечество знало до начала космической эры. О пятнах знали, конечно, много, их считали, нашли 11-летние солнечные циклы. Солнце при этом выглядит спокойным и вполне уравновешенным.
Совершенно другая картина видна в рентгене и в ультрафиолетовом свете: Солнце «дышит» на масштабе десятков сотен секунд, то есть производит совсем другое впечатление. Таким образом целесообразно все эксперименты делать именно в космосе.
В программу развития космонавтики на 20162025 гг. входят условно четыре направления [3-5] (рис. 6). Первое направление - это планеты и исследования Солнечной системы, прежде всего Луна, Марс, кометы, астероиды. Второе направление - это внеатмосферная астрономия, которая в нашей стране оказалась развита хуже, были потеряны очень многие тех-
Земля как космическая экосистема
Условия жизни зависят от космических факторов:/Life depends on Space: от постоянной солнечной энергии /constant solar energy I «Климат» солнечной системы: эволюция Солнца, солнечная активность [ взаимодействие орбит Земли, Луны, планет и малых тел
Solar system climate: solar activity, solar evolution, gravitational orbit interaction
| «Климат» галактики: локальная среда и ГКП ■ Galaxy climate: local interstellar medium and galactic cosmic rays
Рис. 3. Земля как космическая экосистема
Рис. 4. Электромагнитное излучение
Рис. 5. Солнце - взгляд из космоса
нологии. Сейчас в космосе работает пока только один российский научный аппарат - «Спектр-Радиоастрон» (работает в радиодиапазоне), большой космический интерферометр. С опозданием примерно на 10-12 лет в этом десятилетии готовятся к запуску два проекта: астрономические исследования в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах - два больших проекта из этой же серии «Спектр».
Третье направление: солнце постоянно излучает поток горячей плазмы, и поэтому возникают важные задачи исследований космической плазмы и солнечно-земных связей. В ближайшее десятилетие готовятся несколько интересных проектов на эту тему. И, конечно, для пилотируемой космонавтики важно четвертое направление - исследование проблем космической биологии и медицины (эти вопросы рассматриваются Институтом медико-биологических проблем).
В наше сложное время российские ученые все-таки сумели «пробиться» на зарубежные космические аппараты. Очевидно, что это не очень просто: надо сделать конкурентоспособный прибор, пройти жёсткий конкурсный отбор. В настоящее время российские приборы работают около Марса, Луны и Венеры, готовятся лететь и на Меркурий (рис. 7).
Сейчас российские приборы успешно и долго работают на «чужих» спутниках: уже больше десяти лет дает интересные результаты прибор HEND на американском аппарате MarsOdyssey, почти столько же - на европейском аппарате MarsExpress, сходные приборы работают почти десять лет и на VenusExpress. На поверхности Марса знаменитый марсоход Curiosity тоже возит российский прибор. Таким образом, российские ученые показали, что научные приборы они могут делать более чем успешно. К большому сожалению, из отечественных летает сейчас всего один аппарат - «Ра-диоастрон», и до недавнего времени работал маленький спутник, сделанный в Академии наук, запущенный с помощью корпорации «Энергия» на грузовом корабле «Прогресс». Спутник очень хорошо проработал почти три года, но недавно просто сгорел из-за торможения в ионосфере.
Теперь рассмотрим перспективы развития российской космонавтики. Проект «Спектр», работающий в ультрафиолетовом диапазоне, разрабатывает Институт астрономии. «Спектр», работающий в рентгеновском диапазоне, который будет запущен через год или максимум через полтора, разрабатывал Институт космических исследований. Он почти готов, фактически это будет грандиозный российско-немецкий эксперимент.
Существует три объекта в Солнечной системе, на которые космическая отрасль нацелена в этот период. У американских коллег подобный список гораздо длиннее: они летают и к планетам-гигантам, и к планетам земной группы, планируют и экспедицию к астероидам. Первый объект - это Луна, но совершенно другая Луна, чем та, которая исследовалась в советское время. Теперь все исследования концентрируются на изу-
Рис. 6. Федеральная космическая программа 2016-2025
Рис. 7. Проекты и следования Российской академии наук и Роскосмоса
Рис. 8. Полярные области Луны
чение ее полярных областей, где под поверхностью находится ощутимое количество водяного льда (рис. 8).
Следующий проект - повторная экспедиция к Фобосу и доставка его грунта, что не удалось в 2011 году. И на основе этих двух проектов рассматриваются перспективные исследования Марса. Очевидно, что пилотируемый полет к Марсу в ближайшие десятилетия в нашей стране невозможен, до Марса живым человеку сейчас долететь очень трудно из-за космической радиации [2-3].
В этом году создается интегрированная программа исследования Луны, где пилотируемая программа будет тесно связана с робототехникой [3-5]. До этого, к сожалению, автоматические и пилотируемые исследования развивались почти параллельно и мало пересекались. Изучение полярных областей Луны -наиболее перспективные исследования. Голубые пятна на фотографиях сделанных индийским аппаратом Чандраян, американским исследовательским аппаратом LunarReconnaissanceOrbiter (рис. 8) - это области, где по данным российского прибора LEND происходит особое поглощение нейтронов. Голубой цвет на поверхности означает маленький поток нейтронов, нейтроны хорошо замедляются в воде, потому, что масса нейтрона и масса протонов, которые входят в атомы водорода - соизмеримы. Рассеяние всегда происходит хорошо, когда сталкиваются шарики одинаковой массы, и эти голубые области (те области, где сильно поглощаются нейтроны) - есть указание на то, что под этими областями находятся запасы различных летучих веществ, в том числе и столь желанного водяного льда. Данный факт был подтвержден и прямыми измерениями. Американцы сбросили на одну из таких областей одну из ступеней своего космического аппарата. Он ударился, произошёл выброс вещества, а орбитальный аппарат, пролетая в это время, увидел линии поглощения воды. Таким образом, присутствие на Луне воды можно считать доказанным фактом [2].
Рассмотрим фотографию Луны на основании проведенных исследований в 60-е и 70-е годы: синими звёздочками обозначены места посадки «Аполлонов», откуда было доставлено несколько сотен килограммов лунного грунта, а красные звёздочки - это места советских доставок (рис. 9). Все эти области находятся в средних широтах, соответственно полярные области Луны тогда не исследовались [2-3].
В 60-е и 70-е годы было время большой лунной гонки. Благодаря президенту Кеннеди и объявленной американцами программе, они считают, что ее выиграли. Однако, то, что было сделано тогда в Советском Союзе, тоже достойно очень высокой оценки. Луна-16, -20, -24 (рис. 10) - это три успешных доставки лунного вещества из разных районов (рис.9), сейчас находятся в музее и в лабораториях Института геохимии имени Вернадского. Вещества, конечно, доставлено на порядки меньше, чем астронавтами «Аполлона», но в данном случае результат измеряется не килограммами, пото-
Рис. 9. Районы доставки грунта
Рис. 10. Луна 16, 20, 24.
Рис. 11. Молекулы в межзвездной среде и в кометах
му что для подробного геохимического анализа много вещества не нужно [1-3].
С помощью бурильной установки грунт извлекался довольно глубоко, на глубине примерно два метра. При этом испарялись все летучие включения, которых в этих областях и так почти нет. В настоящее время перед исследователями будет стоять гораздо более сложная задача - понять, как вообще вода попала на Луну, как она сохраняется, и как извлечь этот лёд не нагревая его. Это, прежде всего, связано с созданием лунных баз в будущем, которые лучше размещать не на сухом, мёртвом месте, а там, где есть хоть какой-то запас воды. Кроме того в кометах обнаружен длинный список молекул, среди которых много и органических молекул (рис. 11).
Луна испещрена кратерами, на Луне нет атмосферы. И всё, что на Земле стирается от эрозии - ветровой, дождевой, на Луне лежит, как в вечном музее. Кометы, упавшие на Луну за четыре миллиарда лет её существования, оставили следы, принесли туда те органические вещества, которые по многим теориям считаются источниками жизни. Это ключ к каким-то важным вопросам о происхождении, возникновении жизни. Есть такая известная теория панспермии -о том, что споры жизни разносятся кометами. На Луне, где эти вещества хранятся вблизи полюсов, как в вечном холодильнике, можно это увидеть [1-3].
Существует еще другой подход. Наши европейские коллеги сейчас осуществили очень смелый полёт к комете Чурюмова-Герасименко, сели на неё и подробно исследовали её вещество. В свою очередь российские ученые решили действовать по-другому: ловить то, что уже принесли кометы за миллиарды лет и хранится в полярных областях Луны. В перспективе рассматривается создание на Луне посещаемой базы - базы, которую в вахтовом режиме будут посещать космонавты. Много конструкций такой базы было проработано раньше (рис. 12). В России был знаменитый учёный и инженер Владимир Бармин, разработчик и ракетных стартов на Байконуре и лунных жилых модулей, поэтому такие поселения даже получили названия «Барминграды».
Отдельный вопрос - какие научные задачи могут быть решены на Луне. Сейчас выбираются районы для будущих посадок на Луне (рис. 13), области вблизи полюса, которые обладают ещё одним важным свойством: здесь есть постоянная радиовидимость Земли. На обратной стороне Луны тоже очень много интересного, но тогда посадочный аппарат утратит связь с Землей, и это может создать много технических сложностей [1-3].
Рассмотрим перспективы разработки посадочных аппаратов, над которыми работает Научно-производственное объединение имени С. А. Лавочкина, монополист и единственная фирма, которая занимается такими межпланетными роботами ещё со времён Королева. Первый перспективный аппарат называется ЛУНА-25. Поскольку последний советский посадочный аппарат назывался ЛУНА-24, было решено показать, что разработки ведутся давно и отсчёт ведется именно
Рис. 12. Стратегическая цель освоения Луны № 1
Рис. 13. Стратегическая цель освоения Луны № 2
Рис. 14. Луна-25
от этой цифры. ЛУНА-25 - это аппарат, который планируется к посадке в 2018 - начале 2019 года (рис. 14). Он будет простой, на этом этапе проводится восстановление технологии посадки. Большой орбитальный аппарат, который будет исследовать окружение Луны, оказавшееся гораздо сложнее и интереснее, чем представлялось ранее. В частности, есть очень важная проблема для будущих посещений - это лунная пыль.
Главный проект - ЛУНА-27. Этот аппарат будет оснащён бурильной установкой, которую предоставят европейские коллеги. Планируется бурение на глубину примерно на 1,5-2 метра под поверхностью Луны, где предположительно и хранятся запасы летучих веществ, присыпанные слоем лунного грунта, который называется «реголит» (рис. 15). Несмотря на все санкции, продолжается сотрудничество с Европейским космическим агентством (ЕКА), особенно по освоению и исследованию Луны. Наиболее важный вклад ЕКА - бурильная установка (рис. 16). Также совместно с Европейским космическим агентством продолжается большая программа по исследованию Марса. Если в лунной программе европейские коллеги присоединяются к нашей программе — при исследовании Марса наоборот: программа сформирована в Европе, и Россия присоединилась к ней позже, но с несколькими жизненно важными составляющими - носителями, посадочной платформой на Марс и комплектами научных приборов [1-3].
Рассмотрим некоторые актуальные аспекты, вызывающие особое внимание в последнее время. Одним из основных - является пилотируемая программа. Существует решение, что МКС будет использоваться до 2024 года совместно с международными партнерами. После 2024 года возможно построение собственной перспективной орбитальной станции на базе российских новых модулей. Рубеж 2030 года - освоение Луны. Напомним, что никакая пилотируемая космическая программа освоения космоса не обеспечивает экономические или научные результаты, которые сами по себе превосходят те же результаты от космических автоматов. Уход от пилотируемого космоса - огромный риск развала вообще всей системы мотиваций заниматься российской космической программой. С этой точки зрения пилотируемый космос играет помимо безусловных научно-исследовательских аспектов еще и роль скрепляющего элемента национальной космической программы как таковой [2-3].
Средства выведения: актуально то, что российская промышленность не выпускает сверхтяжелую ракету, а выпускает «Ангару-5В», которая сравнительно взвешенная по параметрам. Кроме того, этой весной прозвучали призывы к тому, чтобы усилия в рамках Федеральной космической программы соизмерялись с возможностями по финансированию и видением на десятилетнюю перспективу развития космической отрасли [3].
Результатами планируемой космической программы являются: запуск более 180 космических ап-
Рис.15. Луна-27
Areas of potential cooperation with ESA
Scientific instruments
kt '
High precision landing and hazard avoidance ' j
Cryogenic drilling system
Ground & orbital segment for up/down link and data transmission
Joint studies of samples in Earth laboratories
International Col's for Russian science instruments
i ;
I j 1 1
—гщт, "Jimffl**7' «
Рис. 16. Сферы потенциального сотрудничества с ЕКА
паратов, пилотируемый облёт Луны, начало работ по сверхтяжелому классу ракет и ряд других интересных, а самое главное полезных аспектов.
Подводя итоги можно с уверенностью сказать, что Россия - мировая космическая держава. Космонавтика стала одним из системообразующих элементов нашего представления о себе как о великой державе, как о государстве с большим позитивным наследием. Вся российская космонавтика как феномен, как элемент социокультурного ландшафта, уникальна в том плане, что вносит свой вклад в самоосознание наших людей, которые все-таки причастны к чему-то хорошему. Существует надежда, что примерно до конца этого года будет принята Федеральная космическая программа России на 2016-2025 годы. И все аспекты, которые были рассмотрены выше, прежде всего в части исследований Луны, найдут там своё достойное место, и в
скором времени можно будет увидеть и новые российские космические аппараты, и новые научные результаты, полученные с использованием этих аппаратов.
Литература
1. Ьи:р://шшш.£еёега1$расе.ги/21430/(дата обращения 01.08.2015).
2. Цикл публичных дискуссий «Кто, что и как де-
лает в космосе. Проекты и субъекты в космонавтике». № 75. М. 2015. 80 с.
3. Ьир://шкй$кус1иЬ.ги/?р=1205 (дата обращения 01.08.2015).
4.Ьнр://ргоШшп.ги/т!:огта1:юп/дос/4317.Ь1:т1 (дата обращения 01.08.2015).
5. Ьпр://га$.ги/$аеШ:Шсасйуйу/р1апШ20.а$рх (дата обращения 01.08.2015).
Для цитирования:
Мясникова А.И. Основные направления развития космических исследований в России // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2015. Т. 7. № 4. С. 60-67.
THE MAIN DIRECTIONS OF SPACE RESEARCH DEVELOPMENT IN RUSSIA
Myasnikova Anna Ivanovna,
Rostov-on-Don, Russian, man@yandex.ru
Abstraot
There was a time when that space was an area of absolute pride of our country: the first satellite, the flight of Yuri Gagarin, the first spacewalk by Alexei Arkhipovich Leonov. It seemed that then won the space race is not only reasonable reason to be proud of their country and the achievements of their country, but also achieved something forever. After we have changed the circumstances of life, it became clear that not forever. And how space exploration was in the late 50s, the 60s-70s rather a cause for pride, for people are not very dedicated to it rather upset: malfunctions, accidents, delays in the development of space industry. There is an opinion that is no more or less a single point of view within the country that in our space is happening: we need to get together, up, focus, and fly to Mars; mission to Mars we don't have enough resources. There is an opinion that we win the struggle for the market of commercial launches, however, the commercial launch market is the most uninteresting thing in the space at all.
The project of development of the spaceport «Vostochny» at the present time does not justify the hopes assigned to it. It was thought that this would be not just a spaceport, and it will be a center of attraction for economic, intellectual and
other forces, which will move forward the development of the Far East, almost the whole of Siberia. Recently, this spaceport is associated more with economic crimes, than with the economic and intellectual development. According to the plans of the «Angara - 5» should fly in 2018, «Angara - 7» in 2020, and according to the information from the media data is being put into question. Thus, there is no clear understanding about what is happening in the modern space industry.
Keywords: space research, launches, space exploration, space industry development programme.
References
1. http://www.federalspace.ru/21430/ (date of assess 01.08.2015).
2. A series of public discussions «Who, what and how makes in space. Projects and subjects in space». Vol. 75. M., 2015. 80 p. (In Russian).
3. http://nikitskyclub.ru/?p=1205 (date of assess 01.08.2015).
4. http://protown.ru/information/doc/4317.html (date of assess 01.08.2015).
5. http://ras.ru/scientificactivity/planto20.aspx (date of assess 01.08.2015).
Information about authors:
Myasnikova A.I., post-graduate student of North-Caucasus branch of the Moscow technical University of communications and Informatics.
For citation:
Myasnikova A.I. The main directions of space research development in Russia. H&ES Research. 2015. Vol. 7. No. 4. Pp. 60-67. (in Russian).
