«Расширение сферы деятельности человека до границ Галактики»

Цивилизация будет двигаться в дальний космос, но непонятно, какую роль в этом будет играть Россия, переживающая системный кризис в космонавтике

Иван Моисеев 12.04.2013, 16:31
iStockPhoto

О кризисе в отечественной космонавтике, космических проектах, которыми Россия могла бы заняться, и расширении сферы присутствия и деятельности человека до границ Галактики в своей лекции на «Газете.Ru» рассуждает руководитель Института космической политики и научный руководитель Московского космического клуба Иван Моисеев.

52 года назад, 12 апреля 1961 года, человек впервые поднялся в космос. Космическое соревнование двух сверхдержав, общественный интерес к новым горизонтам обеспечили быстрое достижение новых космических рубежей. На сегодня запускать ракеты в космос могут 10 стран (считая страны ЕС за одну).

Запуски космических ракет-носителей 1957-2012 гг. Четко прослеживаются четыре периода: 1 период... Иван Моисеев
Запуски космических ракет-носителей 1957-2012 гг. Четко прослеживаются четыре периода: 1 период – 1957-1965 гг. И Россия и США быстро наращивают спутниковые группировки, активно осваивая новую сферу деятельности. Испытания и отработка новой техники. 2 период – 1965-1986 гг. Здесь пути России и США принципиально расходятся. США, определив основные направления прикладного использования космических аппаратов, пошли по пути увеличения срока их активного существования и повышения качественных характеристик. У нас – увеличивали серийное производство мощных ракет-носителей для частых запусков короткоживущих спутников, прежде всего военных. 3 период – 1987-1998 гг. Перестройка, возникновение и нарастание экономического кризиса, отказ от стремления к военному паритету с США, как следствие – резкое сокращение числа запусков. 4 период – 1999 г. - настоящее время. У нас частота запусков стабилизировалась, но качество запускаемых аппаратов остается на уровне 70-х гг. Заметен спад пусковой активности США – более выгодно делать спутники, а пусковые услуги покупать у других стран. Быстро увеличивается активность других стран, прежде всего Китая

Взглянув на прошлое, естественно задаться вопросом: что можно ожидать в будущем? Сегодня представления о направлениях дальнейших путей развития космонавтики являются весьма неопределенными. В целом состояние вопросов стратегического планирования как в США, так и в России представляется неудовлетворительным как по уровню детализации (этапы, сроки), так и по обоснованности выбора стратегического направления. Остаются неопределенными сроки эксплуатации Международной космической станции (МКС) и направление развития орбитальной пилотируемой космонавтики после МКС.

Итоги космической активности. Учтены только успешные запуски (запуски в ходе которых полезная... Иван Моисеев
Итоги космической активности. Учтены только успешные запуски (запуски в ходе которых полезная нагрузка выведена на орбиту)

Если смотреть официальные подходы, то в США предполагают к 2015 году разработать новую тяжелую ракету-носитель, к 2025 году — отправить пилотируемый комплекс за пределы лунной орбиты, возможно, к какому-нибудь из астероидов. В середине 2030-х годов должен быть выполнен полет на околомарсианскую орбиту, далее последует экспедиция на поверхность Марса. Совсем недавно начались разговоры о буксировке небольшого астероида в систему Земля--Луна. В России действующие стратегические документы носят закрытый характер, но можно ориентироваться на открытый проект «Стратегии развития космической деятельности до 2030 года», который предлагает тот же вектор, что и в США, но значительно менее конкретизированный.

В целом сложилась ситуация «витязь на распутье».

Конкретные цели космической деятельности весьма разнообразны, но на стратегическом уровне их удобно представить в виде двоичного дерева.

Двоичное дерево стратегических направлений космической деятельности Иван Моисеев
Двоичное дерево стратегических направлений космической деятельности

Здесь в группу направлений «полет к Земле» входят космические проекты, целью которых является повышение качества жизни на Земле,

в группу «полет к звездам» — проекты исследования и освоения внешнего космического пространства.

Такая дихотомия удобна не только для классификации, но еще и потому, что эти два направления существенно отличаются по экономическим и организационным принципам. Такое деление также близко к общему пониманию разделения на прикладные и фундаментальные космические проекты. Предложенная классификация удобна тем, что для каждой группы проектов можно указать характерные особенности в формировании стратегии развития.

«Полет к Земле»

«Полет к Земле» — это такие направления, как космическая связь, дистанционное зондирование Земли, координатно-временное обеспечение (в частности, навигация). Сюда же относится и военный космос, который использует перечисленные направления плюс некоторые специфические. Все они характерны наличием конкретного заказчика/потребителя (в их качестве может выступать и государство в лице своих органов власти), готового оплачивать соответствующие услуги и финансировать развитие направления.

Стратегии здесь должны выстраиваться по каждому направлению предметно. Общим подходом к построению стратегий в данной группе направлений всегда будет оптимизация по критерию эффективность/стоимость.

Специфичным явлением для России является крайне низкий уровень использования результатов космической деятельности (ИРКД).

Преодоление такой исторически сложившейся ситуации является основным стратегическим направлением на ближайшие десятилетия. Успех в этой части возможен только при гармоничной организации совместных усилий государства и частного бизнеса. Это определяется тем фактом, что государство при любых затратах не способно довести результат до постоянно растущего числа потребителей при столь же быстром росте ассортимента космических услуг.

Мы можем достаточно строго разделить сферу направлений и проектов в рассматриваемой части на работы по созданию, поддержанию и развитию орбитальных группировок космических аппаратов (орбитальная группировка) и технические и организационные средства ИРКД (инфраструктура использования).

Здесь можно отметить, что работы по орбитальной группировке следует финансировать из государственного бюджета, работы по инфраструктуре использования – за счет частных инвестиций.

При этом, конечно, не исключается и даже должно приветствоваться как участие частного бизнеса в работах по формированию орбитальной группировки, так и, наоборот, участие государства в финансировании проектов создания инфраструктуры использования. Общее направление и основная задача государственной политики в рамках направлений «полет к Земле» — содействие расширению числа участников космической деятельности и передача основной доли ответственности по ИРКД частным инвесторам и предпринимателям.

Здесь цели и стратегии конкретных проектов определяются предпринимателем, просто исходя из интересов своего бизнеса, на свой страх и риск. Решение той же задачи со стороны государства требует специального нормативного и организационного обеспечения в терминах частно-государственного партнерства. Задачей государства является и выработка стратегий развития направления в целом, организация баланса интересов участников и разработка нормативно-регулирующих актов.

«Полет к звездам»

В группу «полет к звездам» входят космические проекты, имеющие общегосударственное или общемировое значение. Целями этих проектов являются либо получение фундаментальных научных знаний, либо повышение уровня самооценки цивилизации, а чаще и то и другое вместе. Примерами таких проектов являются запуски автоматических станций для исследования Луны и планет Солнечной системы, работа космических телескопов, пилотируемые полеты.

Все проекты данной группы не дают прямого экономического эффекта, что определяет необходимость их финансирования из государственного бюджета и полной ответственности государственных органов власти за их реализацию.

Проекты группы «полет к звездам» удобно разделить на подгруппы фундаментальных научных проектов и проектов пилотируемых космических полетов. В свою очередь, в подгруппу фундаментальных научных проектов входят проекты исследования объектов Солнечной системы автоматическими межпланетными станциями (АМС) и проекты исследования Вселенной космическими телескопами.

При любой классификации невозможно избежать некоторого пересечения космических проектов. Так, например, некоторые пилотируемые полеты могут иметь основной задачей вывод полезных нагрузок для связи или ремонта телескопа, запуски автоматических станций, обеспечивать решение задач пилотируемого направления.

Стратегию работ в группе направлений «полет к звездам — фундаментальные исследования» должно определять научное сообщество.

Сегодня официально его представляют две структуры — Министерство образования и науки и Российская академия наук (РАН), которая, хотя формально и является общественной организацией, но традиционно сохраняет за собой ряд функций исполнительной власти, в частности управление системой институтов РАН. К сожалению, приходится констатировать недостаточную эффективность взаимодействия Минобрнауки и РАН с Роскосмосом — как в части текущих проектов, так и в части стратегического планирования.

В группу направлений, связанных с исследованиями Луны и планет, входят как чисто научные проекты, так и запуски АМС с целью обеспечения программ пилотируемых полетов. Стратегия выбора целей и задач в этой группе зависит от стратегии пилотируемой программы. Так, полеты аппаратов Lunar Orbiter и Surveyor в 60-х годах носили явно обеспечивающий характер подготовки пилотируемых полетов на Луну.

Наиболее важными являются вопросы выбора стратегий в группе направлений «пилотируемые полеты».

Пилотируемые полеты имеют большое мировоззренческое значение, формируя в обществе представления о высоком потенциале развития, о человечестве как о космической цивилизации.

В техническом смысле пилотируемые полеты требуют более мощных технических средств, создание которых расширяет возможности на всех других стратегических направлениях.

Принципы построения стратегии

Для проектов пилотируемых полетов можно предложить три принципа.

Первый принцип: каждый проект обязан иметь конкретные задачи и явно выраженный конечный результат.

Этот, казалось бы, простой и очевидный подход постоянно приходится напоминать и доказывать. Здесь дело в том, что

космос, как и познание, — это дорога без конца.

Часто таким пониманием руководствуются, предлагая в качестве результата не сам результат, а движение. И если такой подход годится для отдельного исследователя, он не годится для проектов, требующих значительных ресурсов, объединения усилий государственных институтов. Здесь следует отметить, что соблюдение данного принципа не требует обязательной экономической эффективности проектов, так как результат может и не лежать в экономической плоскости.

Второй принцип: человек должен работать только там, где без него невозможно обойтись.

Этот означает отход от принципов начала космической эры, когда сам полет человека в космос, выполнение им каких-либо работ были самоцелью и являлись значительным достижением. Сегодня, в частности вследствие ряда катастроф,

в обществе созрело понимание необходимости высокого уровня безопасности при космических полетах.

Человек не должен быть объектом экспериментов, связанных с риском для жизни и здоровья. Вторым основанием данного принципа является то, что обеспечение деятельности человека в космосе — весьма энергозатратный и дорогой процесс. Если что-то может сделать автомат, он сделает это существенно дешевле.

Третий принцип: основные результаты каждого проекта должны использоваться для последующих шагов и лежать на стратегическом направлении развития космонавтики.

Это некий аналог принципа движения в горах — «не теряй высоту». Лучше пройти лишних 100 метров по горизонтали, чем потерять метр высоты. Основа для такого подхода применительно к космонавтике в том, что

можно рывком достичь определенной высоты — слетать на Луну, например. Но если эта высота не станет основой для движения далее, если ее покинуть — взять ее в следующий раз уже будет труднее, несмотря на прогресс техники.

Понятие Большого космического проекта

Следующий вопрос — проблема выбора стратегического направления. В этой части полезно ввести понятие Большого космического проекта (БКП). От обычного космического проекта БКП отличается степенью своего воздействия на развитие космонавтики на длительном отрезке времени, высоким значением в общественно-политическом смысле. В какой-то мере он является отражением правила построения военных стратегий — концентрация сил и ресурсов на одном направлении.

В истории космонавтики к БКП относятся, например, проекты запуска человека в космос (Восток) и на Луну (Apollo), сегодня БПК — это МКС (на участие в программе МКС Россия тратит более трети всего космического бюджета).

При принятии решения о БКП чаще доминируют и в любом случае присутствуют политические мотивации, но тем не менее успешные БКП оказывают положительное влияние на развитие космонавтики. Принятие и реализация БКП имеют и обязательные негативные последствия — в первую очередь это нарушение сложившегося распределения ресурсов, выделяемых на космические программы.

Можно заметить также, что после реализации БКП возникает период некоторой неопределенности в выборе путей дальнейшего развития, а в общественном восприятии космонавтики возникают завышенные ожидания дальнейших космических успехов, которые не могут быть удовлетворены по экономическим и техническим причинам.

Эти эффекты хорошо просматриваются на таких проектах, как «Аполлон», «Буран», шаттл, «Мир», а сегодня, как уже отмечалось выше, существует неопределенность в направлениях развития пилотируемой космонавтики после МКС.

В целом принятие БКП в настоящее время должно стать, несомненно, положительным решением. Это снимет существующие неопределенности, позволит сконцентрировать имеющиеся ресурсы и аргументировать увеличение финансирования космической деятельности. Однако это возможно только при правильном выборе цели БКП, а здесь в обществе и среди специалистов нет единого мнения. В официальных документах Роскосмоса и РАН в качестве долгосрочных целей дается весь спектр теоретически возможных направлений без явно выраженных приоритетов.

Некоторые специалисты предлагают, пропагандируют в СМИ и даже лоббируют в высших органах государственного управления совсем уж запредельные проекты, вроде немедленного полета на Марс либо бессмысленного полета «вокруг Солнца».

Таким образом, сегодня самое время для выработки объективно обоснованных подходов к выбору БКП.

Любой принятый к реализации БКП должен соответствовать целому ряду требований, важнейшие из которых:
— реализуемость: БКП должен укладываться в рамки современных технико-экономических реалий;
— популярность: БКП должен быть обеспечен долговременной общественно-политической поддержкой;
— преемственность: БКП должен в значительной части опираться на имеющиеся промышленные мощности и возможности инфраструктуры, на достаточно проработанные технические решения;
— модульность: БКП должен состоять из ряда этапов, результаты которых должны иметь самостоятельную ценность.

Перечисленные требования помогают сравнивать различные варианты и предложения, но они не определяют конкретную цель БКП. Такая цель должна находиться на естественном пути развития мировой космонавтики.

Проект должен опираться на существующую практику и уже решенные задачи, в полной мере учитывать текущую ситуацию и достоверно прогнозируемый прогресс, его результаты должны быть практически использованы для дальнейшего развития без существенных временных интервалов.

Что здесь понимается под естественным путем развития? Представьте движение по болоту — это прыжки с кочки на кочку. Надо выбрать направление, выбрать ближайшую кочку, прыгнуть на нее и потом повторять эту процедуру. Бессмысленно прыгать на кочки, которые находятся в стороне от выбранного направления, нет смысла прыгать на кочки, с которых нет дальнейшего прыжка – придется возвращаться. И очень опасно пытаться перепрыгнуть через ближайшую кочку – можно недопрыгнуть. В космосе кочкам соответствуют материальные объекты, планеты и их спутники, астероиды. Все очень просто, но

космические проекты, соответствующие прыжкам в сторону или прыжкам «через кочку», рассматриваются и довольно активно пропагандируются.

В настоящее время мировая космонавтика подошла к своему потолку интенсивности космических полетов. Можно эту интенсивность увеличить в разы, но не на порядки. Это связано с особенностями ракетных средств доставки грузов в космос.

На каждую тонну груза, выведенного на низкую орбиту, требуется 30–50 тонн стартовой массы ракеты-носителя, а увеличение этой массы влечет за собой линейный рост масштабов промышленности и наземной инфраструктуры.

Увеличение дальности полетов требует увеличения характеристической скорости, а это уже требует экспоненциального роста затрат. Можно, конечно, бросить на космонавтику существенно большую часть расходов государства, но это не решит проблему и, при излишнем энтузиазме, может привести к тому, что пострадает экономика и, соответственно, космонавтика.

Принципиальный выход из такой ситуации – использование внеземных ресурсов для дальнейшего продвижения в космос. Это в первую очередь кислород, который может использоваться как компонент ракетного топлива, вода, металлы.

Применение ядерных двигателей позволит расширить спектр материалов, пригодных для использования в качестве рабочего тела.

На топливо и/или рабочее тело приходится основная часть массы космических транспортных систем, поэтому сосредоточиться надо именно на поисках топлива. Во вторую очередь можно подумать о материалах для тяжелых, но простых в изготовлении элементов конструкций.

Таким образом, источники внеземных ресурсов становятся теми «кочками», по которым надо «прыгать».

А вот расстояние между ними соответствует не пространственной отдаленности, а эффективности добычи космических ресурсов. Она зависит от времени полета и (в большей степени) от тех затрат, которые требуются для транспортировки ресурсов к месту использования.

Здесь на первом месте явно Луна.

Сравнение затрат на использование внешних ресурсов доставляемых на орбиту Земли с Луны, близких... Иван Моисеев
Сравнение затрат на использование внешних ресурсов доставляемых на орбиту Земли с Луны, близких астероидов, Марса и внешних спутников Юпитера.На диаграмме – условная масса аппарата для доставки груза (с Луны = 1). Аппарат стартует с низкой околоземной орбиты и при возвращении использует аэродинамическое торможение.

Добыча ресурсов с близких астероидов даже менее энергозатратна, чем добыча ресурсов на Луне, но здесь надо учитывать большую длительность полета (не меньше года) и, соответственно, высокие требования по радиационной защите. Далее следуют спутники и верхняя атмосфера больших планет. Марс просто выпадает из этой последовательности из-за очень больших затрат на доставку оборудования на Марс и вывод груза с его поверхности.

В настоящее время для того, чтобы приступить к конкретному планированию добычи и использования внеземных ресурсов, нет достаточного объема информации о Луне и астероидах.

Таким образом, можно подойти к постановке задачи БКП для современной России – это масштабная программа геологических и топографических исследований Луны и близко проходящих астероидов.

В рамках этой программы следует развернуть и обеспечивающие НИОКР по космическим ядерным двигателям и энергоустановкам и электроракетным двигателям – в той области, где Россия находится на передовых рубежах.

С учетом сказанного можно предложить следующую этапность движения человека в дальний космос:
— 2015 г. – завершение Федеральной космической программы, стабилизация российской космонавтики на сегодняшнем уровне и формирование концептуальных планов дальнейшего развития;
— 2011–2020 гг. — реализация широкой программы детальных исследований небесных тел Солнечной системы, в первую очередь Луны;
— отработка элементов пилотируемых комплексов для дальних полетов в рамках расширенной программы МКС;
— развитие перспективных транспортных средств и мощных систем энергообеспечения;
— доведение элементной базы космической техники до мирового уровня;
— 2030–2040 гг. — пилотируемые полеты на Луну и ближайшие астероиды;
— 2050 гг. – лунная база, начало широкого использования внеземных ресурсов в космической технике.

Такая последовательность определяется фундаментальными физическими законами, строением Солнечной системы, располагаемыми техническим и промышленным потенциалами и инфраструктурой. Реализация этого сценария будет означать успешное участие России в общечеловеческом движении в космическое пространство.

Концепция конечной цели

Возможно, читатель уже заметил, что во всех этих построениях отсутствует ответ на естественный вопрос — зачем? Зачем двигаться в дальний космос? На какой-либо экономический эффект нельзя рассчитывать, так как вектор развития направлен в сторону от Земли, а чем дальше мы от нее удаляемся, тем меньше возможностей использовать результаты в земной экономике. Также не может считаться удовлетворительным ответ о поиске «запасной планеты» — месте, куда человечество может переселиться в случае гибели жизни на Земле. Если это и возможно, то только в очень отдаленном будущем, и рассматривать такой вариант можно, только основываясь на потенциале этого отдаленного будущего, который является непредсказуемым.

Вопрос «зачем?» в такой постановке носит явно выраженный мировоззренческий характер. Соответственно, и ответ на него должен лежать в той же плоскости. Как показывает вся история цивилизации, стремление к изучению окружающих пространств является безусловным инстинктом человека. Человечество неизбежно будет продвигаться в космос просто потому, что человек так устроен.

И тогда основной задачей стратегического планирования этого движения становится задача двигаться дальше, быстрее и с наименьшими затратами.

При рассмотрении стратегий полетов в дальний космос было бы удобно выбрать самую дальнюю цель таких полетов. Тогда направление естественного движения должно будет лежать на условной прямой, соединяющей Землю и эту дальнюю цель. В 1991 году в ходе работ Московского космического клуба по советской космической доктрине, которые затем трансформировались в работы по разработке концепции российской космонавтики, автором была предложена концепция «конечной цели» в космонавтике.

Искать глобальную цель в космонавтике надо где-то на пределах возможностей доступных нам технологий.

Предлагаемая формулировка «конечной цели»: «Расширение сферы присутствия и деятельности человека до границ Галактики».

Предвидимые технологии космических двигателей теоретически позволяют рассматривать возможности пилотируемых полетов к ближайшим (20–30 световых лет) звездам. Такие полеты будут осуществляться большими эскадрами межзвездных кораблей с многотысячными экипажами. После достижения планетной системы экипаж частью остается осваивать новое место проживания, частью начинает полет к следующей звезде. Двигаясь таким образом от звезды к звезде, человек может освоить всю Галактику. По оценкам, требуемое для этого время — 7–10 миллионов лет, что весьма мало по сравнению со сроками геологических периодов.

Ближайшие звездные окрестности Солнца и возможные направления межзвездных перелетов. Цифры –... Иван Моисеев
Ближайшие звездные окрестности Солнца и возможные направления межзвездных перелетов. Цифры – дистанции полетов в световых годах.

Разумеется, все это чисто теоретические рассмотрения, но они могут учитываться при рассмотрении вопросов стратегии полетов в Солнечной системе. Исходя из сказанного, все проекты полетов в дальний космос и создание соответствующих технических средств объективно удобно рассматривать как этапы на пути подготовки пилотируемых перелетов к ближайшим звездам.

«Удивительное рядом, но оно запрещено»

В России более чем достаточно документов, которые призваны определить будущее отечественной космонавтики. Это:

— «Федеральная космическая программа России на 2006–2015 гг.»
— «Стратегии развития ракетно-космической промышленности до 2015 г.»
— «Основы политики Российской Федерации в области космической деятельности на период до 2020 г. и дальнейшую перспективу»
— «Система взглядов на осуществление Россией независимой космической деятельности до 2040 г.»
— «Государственная программа Российской Федерации «Космическая деятельность России на 2013–2020 годы»

А также рассматривается проект «Стратегия развития космической деятельности России до 2030 года и дальнейшую перспективу», который недавно был трансформирован в проект документа «Основы политики Российской Федерации в области космической деятельности на период до 2030 года и дальнейшую перспективу».

Однако все перечисленные документы имеют закрытый характер. Если документ такого типа носит закрытый характер, его разработка и принятие лишены практического смысла. Любой общий стратегический документ может действовать только в том случае, если он известен адресатам. А адресатами таких документов являются все участники космической сферы деятельности и все граждане России.

Если такой документ закрыт, его провал становится почти неотвратимым. Это хорошо просматривается на примерах «ФКП-2015», «Стратегии РКП-2015», «Основ политики-2020», то есть на примерах всех принятых и закрытых документов стратегического характера.

Заключение

По большей части приведенные логические построения относятся к мировой космонавтике. Цивилизация в любом случае будет двигаться в дальний космос, будет развивать прикладные направления космонавтики. Для нас важно, какую роль будет играть Россия на всех этих направлениях. Сегодня на официальном уровне признано наличие «системного кризиса» в отечественной космонавтике. От того, насколько быстро и успешно удастся выйти из этого кризиса, зависит актуальность рассмотренных вопросов для России.