Юрий Крупнов рекомендует

com/roslenkostroma.

Подробнее

От первого лица

Примите участие в проекте
Создайте свой проект
Версия для печати

Пилотируемый полет к Юпитеру возможен уже теперь!

03.05.2011 | Автор: Ярослав Бутаков

К проекту «Космический прорыв – новый русский Космос»

1. Будущее – за пионерной космонавтикой

Юпитер относится к числу неплохо изученных планет. С 1973 по 2007 гг. он сам и его естественные спутники были исследованы в общей сложности восемью автоматическими космическими аппаратами (АКА), запущенными НАСА США. Но раз так, то, быть может, совсем нет смысла отправлять туда, даже в далеком будущем, пилотируемую экспедицию?

Да и вообще, не следует ли ограничить пилотируемую космонавтику одним лишь околоземным пространством? Летали ли американцы на Луну или нет, но даже если летали, новых попыток с 1972 года никто не делал. Нужно ли это человечеству вообще?

Прежде чем перейти к частному вопросу о полете к Юпитеру, коснемся общего вопроса – дальней пилотируемой космонавтики.

Вскоре после своего появления космонавтика разделилась на два направления. Первое можно условно обозначить как космонавтику прикладную. Оно постепенно получило наибольшее развитие, став абсолютно преобладающей отраслью космонавтики. Прикладная космонавтика призвана решать утилитарные задачи безопасности страны и народного хозяйства, выдвинутые текущей конъюнктурой.

Второе направление можно определить как космонавтику прорывную, освоенческую или пионерную. Оно включает в себя реализацию космических проектов, включающих создание принципиально новых космических транспортных систем и/или прямое исследование внеземных объектов. Пионерная космонавтика создает прорывные технологии и осваивает для человека новые среды обитания вне Земли.

Принятое в последние годы противопоставление прикладной космонавтики как выполняющей функции, полезные для экономики и обороны страны, космонавтике пионерной как не имеющей практической отдачи, в корне неверно. Наоборот, без пионерной космонавтики не может существовать и прикладная, подобно тому как без фундаментальных научных исследований не существует прикладная наука.

Больше того: если бы люди изначально рассматривали космонавтику как, прежде всего, прикладную – для связи, навигации, метеорологии, геологической разведки, военных целей – они бы никогда не вышли в Космос! Потому что все эти задачи удовлетворительно решались наземными и воздушными средствами. Возможность использования Космоса для тех же целей была открыта и осознана уже после первых космических полетов.

Развитие космонавтики и в дальнейшем всегда будет определяться опережающим развитием ее пионерных отраслей. Прикладные отрасли могут лишь подтягиваться вслед за пионерными, но никогда не должны становиться впереди них. Такая перестановка приоритетов с «ног на голову» была бы равносильна «закрытию» космонавтики как сферы деятельности цивилизации.

Мы уже писали («История лунной гонки, или Почему наши не были на Марсе?») о колоссальной стратегической ошибке руководства позднего СССР, закрывшего свои лунные и марсианскую программы. Этот отказ от соревнования был бы равнозначен вот чему.

Можно ли себе представить, чтобы США, после ряда своих неудачных попыток запустить первый искусственный спутник Земли (ИСЗ), окончательно отказались от этой затеи, узнав об успешном запуске советского ИСЗ в октябре 1957 г.? Конечно же, нет! Мы знаем, как отреагировали США и на этот запуск, и на полет Гагарина. Ну, а если бы каким-то образом США в тот момент опередили СССР в первых шагах в Космос? Отказалось бы тогда советское руководство в 1957-61 гг. от собственных космических программ? Это тоже почти невозможно представить. А вот всего десять лет спустя руководство СССР именно так и поступило в отношении своей лунной программы и других шагов по освоению Дальнего Космоса.

История лунной гонки и неначатой марсианской гонки показала, как важны для страны пионерные космические проекты. Их сверхрентабельность была доказана той же американской программой «Аполлон», огромные затраты на которую в конечном итоге окупились колоссальным эффектом от внедрения в разные сферы производства новейших научных данных и технологических разработок, полученных и созданных в процессе ее реализации. Разработка и создание новейших технологий для пионерной космонавтики, как общее правило, имеет мультипликативный эффект для всех сфер народного хозяйства.

Излишне повторять и о важности пионерных космических программ для международного престижа страны. Что толку в наше время доказывать, что американцы не высаживались на Луне? Было такое событие на самом деле или нет, но США пожали максимальный пропагандистский эффект еще тогда.

Сказанного, полагаю, достаточно для иллюстрации важности эффектных, затратных по видимости, прорывных космических программ. А теперь перейдем непосредственно к идее пилотируемого полета к Юпитеру.

2. Есть ли жизнь вне Земли?

В 2003 году НАСА огласило идею пилотируемых полетов к дальним планетам под названием «Human Outer Planets Exploration» («Исследование внешних планет людьми») с многозначительной аббревиатурой НОРЕ (по-английски «надежда»). В 2004 году она была включена в анонсированную НАСА программу «Vision for Space Exploration» («Взгляд на космические исследования»). Руководство НАСА заявило, что условия для пилотируемых полетов к планетам-гигантам – Юпитеру и Сатурну – будут созданы в 2040-е гг.

Пилотируемые полеты обсуждаются несмотря на насыщенные исследования Юпитера с помощью АКА. В 2007 году мимо самой большой планеты прошел АКА НАСА «Новые горизонты» (он направляется к Плутону, которого должен достигнуть в 2015 году). В августе текущего года США запустят к Юпитеру еще один АКА – «Юнона» для детального исследования планеты с орбиты ее искусственного спутника. На 2020 год намечено осуществление грандиозного совместного проекта НАСА и ЕСА (Европейского космического агентства) – «Europa Jupiter System Mission». Он предназначен для изучения крупных (галилеевых) спутников «владыки» планет.

Это не опечатка – в названии именно Europa, а не Europe. То есть в честь одного из спутников Юпитера, которому будет уделено особенно пристальное внимание в ходе этой миссии. Почему именно ему? Потому же, почему проект пилотируемых экспедиций к Юпитеру назван так, чтобы в сокращении он давал слово «надежда».

 Большое Красное пятно Юпитера и галилеевы «луны»

После того, как неоднократные эксперименты АКА для выявления вопроса «есть ли жизнь на Марсе?» выдали отрицательный результат, ученые практически исключили Красную планету из числа объектов, на которых возможна внеземная жизнь. Зато исследования спутников Юпитера и Сатурна с помощью АКА дали неожиданную надежду на то, чтобы все-таки обнаружить жизнь в Солнечной системе помимо Земли.

Выяснилось, что под ледяной корой Европы – второго галилеева спутника Юпитера – существует, по-видимому, сплошной (глобальный – применительно к этому небесному телу) океан жидкой воды. А вода – это, по определению, жизнь (во всяком случае, на Земле). На Марсе, напомним, при нынешних условиях вода не может существовать в жидком виде, поэтому неудивительно, что там нет и жизни (когда-то, возможно, она была – когда там текли реки, следы которых на поверхности Марса видны во многих местах).

Океан жидкой воды в недрах Европы превосходит по объему мировой океан Земли! Он достигает глубин в десятки километров. В сущности, по своей геологической роли он для Европы – то же, что мантия для Земли. Но мантия, пригодная для возникновения и существования жизни! Причем ледяная кора спутника и толстый слой воды способны защитить эту жизнь от космической радиации, которая на Европе, мягко говоря, неслабая. Кстати, океан на Европе, скорее всего, соленый, что еще больше сближает его условия с условиями возникновения и первоначального существования жизни на Земле

На третьей и четвертой галилеевых «лунах» Юпитера – Ганимеде и Каллисто – судя по всему, также огромные запасы жидкой воды под поверхностью. Правда, в отличие от Европы, там, по-видимому, все-таки нет сплошного океана в недрах. Но сам факт наличия жидкой воды делает эти гигантские спутники (каждый из которых больше Меркурия) тоже потенциальными объектами для возникновения жизни.

Интересные данные для поисков жизни были добыты также в системе Сатурна. Правда, на Титане – единственной «луне» в Солнечной системе, обладающей плотной атмосферой (давление в полтора раза выше земного), – воды мало (есть «водоемы», но они – из жидкого метана, что, впрочем, делает этот спутник интересным объектом промышленного использования) и настолько холодно, что жизни на его поверхности нет. Зато там найдены пребиотические высокомолекулярные соединения, которые, как считают некоторые специалисты, при некоторых условиях могут давать начало белковым молекулам. Вдобавок к этому, ученые с большим основанием подозревают наличие в недрах Титана океанов жидкой воды – как на трех из спутников Юпитера.

Самые большие сюрпризы преподнес маленький (поперечником всего 500 км) спутник Сатурна Энцелад. Он на 100% состоит из воды! Естественно, сверху он покрыт ледяной корой. Но под ней залегает свободная жидкая вода! Доказательства этому были получены АКА «Кассини» в начале этого века, сфотографировавшим колоссальные извержения (типа вулканических) воды из-под ледяной коры этого спутника! Причем струи таких фонтанов, благодаря слабой силе тяжести, выбрасываются там на высоту в десятки км!

Наличие жидкой воды на этой «луне» Сатурна представляет пока одну из самых больших загадок Солнечной системы. Ни одна, основанная на имеющихся у нас данных, модель гравитационного сжатия Энцелада (очень слабого), влияния магнитосферы и гравитационного поля Сатурна не может объяснить разогрева недр этого спутника, достаточного для того, чтобы сохранять там воду в жидком состоянии. Этот феномен сам по себе напрашивается на изучение и разгадку.

Но нужен ли он – поиск жизни на далеких небесных телах? Если и есть жизнь в этих многокилометровых толщах подкоркового океана, куда не проникает ни единый солнечный луч, то наверняка в каких-то неприглядных формах!

Что ж, человеку туда непосредственно соваться, очевидно, не придется. Но само обнаружение внеземной жизни, какой бы она не оказалась, станет самым крупным открытием за всю историю человечества. Его значение как для фундаментальной, так и для прикладной науки было бы невозможно переоценить.

А если жизни там нет – отрицательный результат в науке есть тоже результат. Нам тогда станет яснее уникальность феномена жизни на Земле – уникальность в Солнечной системе, а быть может, во всей Галактике, а то и во Вселенной. Как знать, может, осознание этого факта немного подвинет нас к тому, чтобы больше ценить и беречь эту жизнь.

3. Долететь реально уже в наше время!

Пилотируемый полет к Юпитеру представляет собой проблему не там, где ее обычно видят. С технической точки зрения в этом полете нет ничего фантастического уже на современном уровне развития.

Главная проблема состоит в том, что существующие средства защиты от радиации резко огранивают поле деятельности человека в системе Юпитера. Первый и второй галилеевы спутники – Ио и Европа – вращаются в зоне радиационных поясов мощной магнитосферы Юпитера, что исключает в обозримом будущем высадку человека на их поверхность. За несколько часов в аппаратах, подобных нынешней МКС, там достигается смертельная доза облучения. Даже приборы на АКА, проходивших через радиационные пояса Юпитера, начинали давать сбои!

Зато уже на Ганимеде радиация вполне приемлемая для кратковременного посещения. Самая благополучная в этом плане из больших «лун» Юпитера – Каллисто.

Кроме того, есть еще совсем уж безопасная зона – ниже радиационных поясов, непосредственно над атмосферой Юпитера. Околоземные орбитальные станции обращаются в аналогичной зоне Земли. Но туда – под защиту магнитосферы Юпитера – еще нужно суметь попасть, преодолев зону высокой радиации… Впрочем, уже выдвинута идея аэростатических поселений, плавающих в тех верхних слоях атмосферы Юпитера, где давление и температура близки к земным. Но это, видимо, дело совсем уж отдаленного будущего. К тому же жить там было бы не очень комфортно - из-за вдвое большей, чем на Земле, силы тяжести.

В обозримом будущем реальной выглядит высадка только на Каллисто (где, кстати, сила тяжести в восемь раз меньше, чем на Земле). Этот самый внешний из галилеевых спутников Юпитера наилучшим образом походит в качестве базы для исследования всей системы.

АКА, направлявшиеся к Юпитеру сразу после старта с Земли, достигали величайшей из планет за 18-21 месяц. Рекордсменом стал летящий ныне к Плутону АКА «Новые горизонты», добравшийся до Юпитера всего за 13 месяцев. Год с небольшим – такой непрерывный срок в невесомости, как теперь известно, человек способен провести без вреда для себя. Правда, понадобится еще столько же на обратный путь.

Для пилотируемого полета к Юпитеру оптимальной выглядит схема, использованная для миссии АКА «Галилео». Он трижды осуществлял гравитационный маневр для ускорения у Земли, Венеры и снова у Земли прежде, чем вышел на траекторию полета к Юпитеру. Такая сложная конфигурация была выбрана потому, что «Галилео» запускался не ракетными двигателями, а… пружиной из грузового отсека космического челнока «Атлантис»!

Гравитационное поле Земли способно ускорить движение космического тела до 7,9 км/сек за одно сближение (конечно, при правильно выбранном угле сближения; при неудаче, наоборот, тело замедлит свое движение). Космический корабль (КК), запущенный с Земли со второй космической скоростью (11,2 км/сек) на гелиоцентрическую (вокруг Солнца) орбиту, за три последующих сближения с Землей может увеличить свою скорость до 34 км/сек. Последний этап полета от Земли к Юпитеру по гиперболической траектории на такой скорости займет «всего» семь месяцев с небольшим.

Перед этим последним этапом, точнее – перед совершением кораблем последнего гравитационного маневра около Земли – на него и доставляется экипаж. Выполнение всех этих задач, достижение требуемых скоростей облегчается при запусках всех составляющих элементов пилотируемой экспедиции с большой орбитальной околоземной станции, а может быть и со станции, обращающейся вокруг Солнца.

Скорость орбитального движения Каллисто вокруг Юпитера составляет 8,2 км/сек. До такой скорости нужно затормозиться КК. Производится гравитационный маневр уже обратного свойства.

На таком расстоянии, на каком вокруг Юпитера обращается Каллисто, достаточно увеличить орбитальную скорость еще на 5 км/сек, чтобы покинуть систему Юпитера. Правда, чтобы улететь к Земле «по прямой», нужно еще ускориться (точнее, затормозиться, чтобы «падать» в сторону Солнца) на величину орбитальной скорости самого Юпитера, т.е. на 13 км/сек. Парадоксально, но «упасть» на Солнце с орбиты Юпитера проще, чем с орбиты Земли!

Для этого на орбиту вокруг Юпитера заранее выводится модуль КК, предназначенный для последующей доставки космонавтов на Землю. В рассчитанное время он стартует на гелиоцентрическую орбиту, чтобы при следующем прохождении мимо Юпитера набрать требуемую скорость. Гравитационное поле Юпитера способно ускорить движущееся тело до 42 км/сек! (Теоретически; практически же – чем дальше от поверхности планеты, тем меньше; максимальное изменение скорости в ходе гравитационного маневра не может быть выше орбитальной скорости вокруг планеты на данной высоте). Непосредственно перед этим маневром на него доставляется экипаж юпитерианской экспедиции, завершивший свою работу. Модуль КК, доставивший космонавтов к Юпитеру с Земли, остается у чужой планеты.

Для надежного обеспечения всех элементов полета целесообразно предварительно создать станцию на орбите вокруг Юпитера (или вокруг Каллисто), к которой заранее пристыковать основные модули и их дубли (для гарантии) пилотируемого КК для посадки на Каллисто и возвращения на Землю (на Каллисто же посадить дубль взлетного модуля). Таким образом, полет экипажа составит, собственно, только заключительную часть всей программы.

Конечно, ради одного-единственного пилотируемого полета было бы бессмысленно затевать все это дело. Оно должно стать первым шагом в освоении системы Юпитера человеком.

Еще раз подчеркну – современный уровень космической техники позволяет совершить пилотируемый полет к Юпитеру по описанной схеме, с широким использованием гравитационного маневра, без создания каких-то принципиально новых ракетно-двигательных систем!

4. Русское лидерство в Космосе – асимметричный ответ Америке

Возможно, амбициозные планы НАСА относительно освоения планет-гигантов – не более, чем сотрясание воздуха. Что из того? Тем более, имеет смысл самим браться за осуществление высказанных в них идей! Это подсказывается простым соображением.

В обозримом будущем Россия не сможет конкурировать с США в финансировании космической отрасли. Значит, необходимо сосредоточиться на нескольких впечатляющих прорывных проектах. Эти проекты, помимо пропагандистского эффекта, должны доставить взрывной рост технических инноваций и, пожалуй, самое важное, освоение новых пространств русским человеком 3-го тысячелетия.

Завоевание Россией лидерства в освоении Дальнего Космоса способно стать адекватным асимметричным ответом на планетарную гегемонию США.

 
 

Поместить ссылку в:

Опубликовать в своем блоге Livejournal Поделиться в Facebook Опубликовать в Twitter Добавить закладку в Google Добавить в Google Buzz Добавить закладку в Yahoo Поделиться ВКонтакте Поделиться в Моем Мире Добавить закладку в Yandex Поделиться в Одноклассники

 

Список проектов

Полный список

 

© «Проектное государство», 2011

Информация о проекте

Контактная информация:

E-mail: proektnoegosudarstvo@gmail.com

Сделано в OxMedia, 2011