Антон Первушин - Последний космический шанс
Возвращаясь к космонавтике, нужно отметить: все вышесказанное о корпускулярном механизме передачи и усвоения информации в полной мере относится и к ней. Поскольку многие подробности тех или иных событий часто держатся в секрете (коммерческая, военная, государственная тайны), а крохи, попадающие в сеть с барского стола космических агентств, обычно сложны для понимания профанов, начинается вакханалия интерпретаций и комментариев. Вспоминаю о том, какое безумие царило в сетях после гибели корабля «Колумбия» в феврале 2003 года, какие гипотезы выдвигались, как бесновались комментаторы. Читать все это безобразие мало-мальски знающему человеку было физически больно. Сетевые журналисты доболтались до того, что обвинили Пентагон в уничтожении американского космического корабля! Когда угар прошел, и тема утратила актуальность, выяснилось, что обсуждение породило несколько устойчивых мифов. Один из них – «Колумбию» можно было спасти. Действительно, после завершения расследования агентство НАСА рассмотрело два варианта спасения несчастного шаттла: ремонт поврежденного крыла на орбите с использованием кустарно изготовленной затычки и эвакуация экипажа «Колумбии» на корабле «Атлантис». Впрочем, чтобы воспользоваться этими вариантами, нужно было хотя бы осознать глубину проблемы, чего в принципе сделано не было. Но самое интересное – в сознании российского обывателя закрепились не эти варианты, которые имеют хоть какое-то техническое обоснование, а убеждение, будто бы обратись НАСА к Роскосмосу, экипаж «Колумбии» легко эвакуировали бы с помощью «Союзов». Кое-кто из моих приятелей, имеющих высшее техническое образование, даже спрашивал, почему этого не было сделано. Я пытался объяснить и вдруг понял, что наталкиваюсь на некое всеобщее заблуждение, причем его корни лежат куда глубже, чем кажется поначалу. Обратив на эту проблему внимание, я стал копать и обнаружил, что сам заблуждение отчасти разделяю.
Дело в том, что мы воспринимаем космонавтику как сферу свободного полета. Дескать, если уж мы способны запускать ракеты, космические корабли и межпланетные станции, то слетать на орбиту и починить там что-то проще простого. Как нашим предкам было трудно себе представить громадность и пустоту космоса – так и нашим современникам, привыкшим к бодрым рапортам космонавтов, трудно представить, что в космосе имеются жесткие границы. И одна из них – наклонение орбиты. То есть ее высота тоже имеет значение, и про высоту, конечно, все знают (хотя часто и не подозревают, что орбита может иметь высокоэллиптическую форму с очень высоким апогеем и очень низким перигеем), но и наклонение – весьма важная характеристика, поэтому ее значение обязательно приводят, описывая тот или иной космический запуск. «Колумбию» нельзя было спасти с помощью российских «Союзов», потому что наклонение ее орбиты составляло 39°, а минимальное наклонение, которое может обеспечить космодром Байконур – 50°. И для специалиста это звучит как смертный приговор. Наклонение орбиты (а под этим термином понимают угол между плоскостью орбиты и плоскостью экватора, то есть на экваторе оно равно 0°, а на полюсе – 90°) не может быть ниже широты, на которой находится стартовая площадка. Байконур находится на 45,6° с. ш., а мыс Канаверал, с которого запускалась «Колумбия» – на 28,6° с. ш. Если говорить в категориях сравнительной достижимости, то орбиты шаттла и «Союзов» находятся словно бы на разных планетах. Разумеется, существует возможность поменять наклонение орбиты, находясь в космосе, однако по энергозатратам такой маневр сопоставим с выводом самого аппарата на орбиту. Так, американский шаттл, потратив весь запас бортового топлива, может поменять наклонение всего лишь на 2°. «Союз» не может и этого.
Когда начинаешь думать об орбитальных характеристиках, то внезапно понимаешь, что вся советская/российская пилотируемая космонавтика – это узкий кольцевой «туннель» в небе высотой от 200 до 500 км и с наклонением орбиты от 50 до 52°. Только вдумайтесь! За пятьдесят лет наша страна освоила только мизерный фрагмент пространства (о спутниках и беспилотных аппаратах не говорим). У американцев ситуация получше, поскольку Канаверал находится ближе к экватору, но на данный момент программа «Спейс Шаттл» закрыта, и когда полетят их новые космические корабли, не скажет уверенно даже глава НАСА. Получается, вся мировая пилотируемая космонавтика сегодня сосредоточена в небесном «туннеле».
Очевидно, что для дальнейшего развития космической экспансии необходимо расширить пространство возможностей, сделать околоземные орбиты более доступными. Но прежде чем говорить об этом, давайте обсудим, чем мы располагаем на текущий момент.
2.1. Туннель в небе
Популяризаторы, рассказывая о стратегии космонавтики, привычно цитируют Циолковского: «Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчет, и уже в конце концов исполнение венчает мысль». Но так можно говорить только о теоретической космонавтике. Продолжая этот ряд с переходом к практике, можно добавить, что первое «исполнение, венчающее мысль» – это научная разведка; за разведкой следует осознание возможностей и границ; за осознанием – конструкторские решения, позволяющие расширить возможности и преодолеть границы.
Для пояснения нового ряда приведу напрашивающийся пример, развеяв еще одну иллюзию. «Летающие острова» придумали задолго до основоположников теоретической космонавтики – это, по определению Циолковского, была мысль/фантазия/сказка. Основоположники, прикинув на логарифмических линейках, доказали, что межпланетные сообщения можно сделать куда более легкими, если организовать на околоземных орбитах промежуточную базу (т. е. орбитальную станцию) для заправки, ремонта, научных экспериментов и смены экипажей космических кораблей. Причем каждый из основоположников по-своему понимал главное назначение станции. Константин Циолковский лелеял утопическую надежду, что на орбитальных станциях будут жить лучшие из лучших – гениальная элита человечества, которая построит более совершенное общество. Герман Оберт смотрел на будущее более прагматично, полагая, что станции можно использовать для проведения научных экспериментов в условиях невесомости, для разведки и картографирования, для воздействия на климат или в качестве стратегического оружия массового поражения. Герман Ноордунг соглашался с Обертом и добавлял к списку, что на станции можно разместить большой телескоп, который кардинально расширит возможности астрономии. Ари Штернфельд в принципе разделял мнения предшественников о возможных применениях орбитальных станций, но во главу угла ставил обеспечение полетов на Луну и к другим планетам.
Возник первый практический вопрос: на какой высоте разместить станцию? Основоположники ракетостроения знали, что влияние даже очень разреженной атмосферы будет тормозить станцию, но точных данных о том, как высоко распространяется воздух, не было. Опираясь на наблюдения метеоров, был сделан вывод, что на высоте порядка 1000 км влияние будет близко к нулю, а значит, орбитальная станция, выведенная на такую орбиту, сможет оставаться там неограниченное время. Это, по определению Циолковского, был научный расчет.
Однако оставалась загадкой физическая природа среды на такой высоте. Понятно, что там вакуум. Но почему в таком случае этот вакуум не пропускает радиосигналы? Эффект отражения небом радиоволн был открыт в начале XX века, а в 1902 году выдающийся английский физик-самоучка Оливер Хевисайд выдвинул гипотезу, что в высших слоях атмосферы существует электропроводящий слой. Впоследствии существование такого слоя подтвердили – он получил название «ионосфера», поскольку наполнен ионами газов, заряженными солнечными и космическими лучами. Наличие ионосферы беспокоило основоположников космонавтики – получалось, что этот слой фактически блокирует радиосвязь Земли с орбитальной станцией и межпланетными кораблями. Сразу возникла идея установить на космические аппараты оптический телеграф, но такая форма связи заметно утяжелила бы конструкцию. К счастью, в первой половине 1930-х годов были запатентованы радиопередатчики на ультракоротких волнах, для которых ионосфера – не помеха. Проблема решилась сама собой, но главное и, пожалуй, самое неприятное для космонавтики открытие было впереди.
Всерьез структурой земной атмосферы занялись после Второй мировой войны, когда осознали стратегическое значение больших высот. Запускались тысячи воздушных шаров, аэростатов и специальных змеев, в небо поднимались летающие лаборатории. Тогда же бурное развитие переживало ракетное зондирование атмосферы. Собственно, первые робкие попытки в этом направлении предприняла еще команда Вернера фон Брауна, однако баллистические ракеты А-4АУ-2 предназначались прежде всего для войны, поэтому большую научно-исследовательскую работу с ними развернуть не удалось. Зато такими исследованиями занялись бывшие союзники по антигитлеровской коалиции. Весной и летом 1946 года американцы запускали с полигона Уайт-Сэндз (штат Нью-Мексико) собранные из готовых немецких узлов ракеты А-4 с доработанными под научные цели головными частями. В Советском Союзе аналогичные запуски начались через год, осенью 1947 года, на полигоне Капустин Яр. И там, и там удалось получить довольно большой объем материала по химическому составу, давлению и температурам на высотах от 70 до 100 км. Каких-то особых природных аномалий ученые не выявили, что внушало оптимизм. Однако ракеты на основе А-4 не могли подняться высоко: «потолок» самой глубокой ее модификации Р-5А, сконструированной в бюро Сергея Королёва, не превышал 500 км. Поэтому открытие радиационных поясов стало полной неожиданностью.
