Почему полеты в космос настолько дорогие? Почему «Роскосмос» как будто сидит без дела? 15 простых вопросов о космосе
Почему новости про американские космические миссии доносятся из каждого утюга, а про проекты «Роскосмоса» и других стран ничего толком не известно?
Вы настройку утюга поменяйте. А если серьезно, по части самопиара NASA и тем более Илону Маску трудно найти равных. NASA заявляет 12 проектов — от аппарата New Horizons за орбитой Плутона до пилотируемой программы, по которой Илон Маск запустил Crew Dragon с астронавтами к МКС. Другие страны не могут похвастаться таким количеством миссий, особенно в дальнем космосе.
На то есть объективные причины: финансирование NASA — более $20 миллиардов в год, почти в десять раз больше бюджета «Роскосмоса» ($2,3 миллиарда) и примерно равно доходам Республики Белоруссия. Бюджетом как у американцев не могут похвастать ни Европейское космическое агентство (ЕКА), ни Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA), ни Китайское национальное космическое управление (CNSA).
Если бы мы захотели форсировать высадку российских космонавтов на Луну, нам понадобился бы триллион рублей только на сверхтяжелую ракету. А еще на орбитальный и посадочный модули. Получается примерно по 6000 рублей c каждого гражданина России. Сброситься всей страной — не вариант. Придется расставлять приоритеты и сотрудничать. И этой тактике вынуждены следовать все агентства — даже NASA не может сделать сразу все.
Например, «Роскосмос» развивает пилотируемые полеты — в течение девяти лет только эта компания могла доставить космонавтов на МКС. Сейчас отправлять людей на орбиту умеют еще США и Китай. А, например, JAXA специализируется на автоматизированных миссиях: от доставки грузов на МКС до сумасшедшей по сложности операции по транспортировке на Землю грунта с астероидов.
А почему все время рассказывают об иностранных миссиях? «Роскосмос» совсем плох?
Нет, конечно. Совместный с Европой проект « ЭкзоМарс » работает на Марсе уже пять лет. Есть неожиданные научные данные — например, сейчас ученые ломают головы, в ходе каких процессов в атмосфере Марса возникает хлороводород, обнаруженный орбитальным зондом миссии. Вторая часть «ЭкзоМарса» ждет пусковое окно 2022 года.
Совместный российско-германский « Спектр-РГ » — крутой современный рентгеновский телескоп космического базирования. Он улавливает лучи, отправившиеся в путь, когда еще Земли-то не существовало. Буквально охватывает своим металлическим зеркальным оком галактики на огромном расстоянии вокруг нас. Те уголки космоса, где нас пока нет, и не факт, что мы туда когда-то доберемся. Он позволит увидеть черные дыры и другие компактные объекты, которые активно излучают в рентгеновском диапазоне. С его помощью мы сможем понять, откуда берутся переменные источники излучения, что они собой представляют, по каким законам работают.
Поближе к Земле — на орбите сформировалась группировка навигационных спутников ГЛОНАСС. Она настроена так, что лучше помогает определять координаты в высоких широтах (на которых расположена большая часть России и многие другие страны), чем GPS. В итоге ведущие производители электроники включили в свои чипы ее поддержку — будь то iPhone или какой-нибудь навигатор для рыбаков.
Аппараты « Электро-Л » снимают Землю в экваториальной зоне, а «Арктика-М» — в высоких широтах. Они позволяют оценить условия для пролета самолетов, обнаружить природные катастрофы, оценить факторы, влияющие на урожай, и заснять атмосферные массы для точного прогнозирования погоды.
А есть еще планы по возвращению на Луну в этом году, созданию российской орбитальной станции в 2026 году, высадке аппарата «Венера-Д» на буйную соседнюю планету в 2029-м, разработке ядерного буксира и, возможно, доставке космонавтов на Луну в 2030 году. Причем это не просто повтор миссий других стран. Да, человечество было на Луне с 1969 по 1972 год, но, похоже, не в самых интересных местах. Льда больше в приполярных областях, теперь стоит исследовать их. Начнем с зондов, а потом отправим космонавтов. На Венеру последний раз садились 45 лет назад, с новой аппаратной базой мы лучше поймем, как устроена планета и атмосфера, что привело к превращению в горячий ад, и, возможно, найдем следы прошлой жизни, если она была там. Ну а ядерный буксир — это просто билет в будущее, он в разы быстрее сможет доставить приборы или людей к другим планетам и телам Солнечной системы.
При СССР в год осуществляли 100 запусков, а сейчас — меньше 20. Провал?
За более чем 60 лет освоения космоса ракеты и аппараты стали гораздо надежнее. Раньше управление аппаратами было сложнее, электроника — уязвимее, да и знаний о космосе было меньше. Сейчас можно себе позволить запускать ракеты не так часто, как прежде.
Красноречив пример марсианской программы. В 1960-е казалось, что Марса можно достичь относительно легко, узнать, как устроена планета, даже найти на ней жизнь. А поиски жизни, особенно разумной, — заветная цель многих ученых. Страна, которая обнаружит разумную жизнь вне Земли, войдет в учебники всех стран. Есть и более понятный аспект полетов на Марс — демонстрация технологического превосходства страны. Ведь аппарат, преодолевший 50 миллионов километров между планетами и поддерживающий связь на такой дальности, покажет высокий технологический уровень страны-изготовителя. СССР и США наперегонки запускали свои зонды к Марсу.
В итоге СССР запустил более 20 миссий. Однако большинство из них закончилось неудачно из-за ошибок и поломок оборудования. А единственный старт ракеты «Протон-М» в 2016 году вывел на орбиту Марса зонд TGO, в котором половина приборов были российские. На данный момент они проработали у Красной планеты уже дольше, чем длилась вся советская марсианская программа. В 2022 году планируется продолжение «ЭкзоМарса» — второй совместный с ЕКА аппарат «Казачок» с посадочным блоком и автономным колесным ровером.
Получается, что не всегда количество запусков соответствует достигнутым результатам. Сначала идет стадия накопления опыта, фаза экспериментов, проб и ошибок. А потом достойный результат могут принести и единичные миссии.
Почему космос такой дорогой, а на самолете можно пролететь полмира за $500?
Пассажирские летают на высоте около 10 км. Военные могут «подскочить» в несколько раз выше, но ненадолго. Космос начинается на высоте 100 км, где проще разогнаться до 8 км/с и стать искусственным спутником, чем создать подъемную силу с помощью крыльев.
Вместо самолетов приходится строить технологически сложные ракеты, которые способны разогнаться и подняться на орбиту с грузом. Хотя стоимость самолетов и ракет сравнима (например, покупка Airbus A380 и запуск Delta IV Heavy стоят примерно по $400 миллионов), но ракета везет меньше (грузов и людей) и ее хватает на один запуск. Илон Маск пытается исправить ситуацию с Falcon 9, возвращая и перезапуская первую ступень, но вторая-то ступень все равно теряется. Самый дешевый вариант доставки 1 кг груза на орбиту стоит от $3 тысяч — если покупать пуск ракеты Falcon 9 у SpaceX целиком. Альтернатива — закупка у NASA по стоимости $20 тысяч за 1 кг.
Кстати, самолетную схему пробовали в программах космических кораблей Space Shuttle и «Буран». Последний совершил единственный автоматический полет, после чего проект был закрыт из-за распада СССР. А шаттлы летали 30 лет, но так и не прослыли ни дешевым, ни безопасным транспортом. Летали редко, возили мало грузов, обслуживались дорого. К сожалению, с шаттлами произошло две катастрофы, в которых погибло 14 человек: в 1986 году взорвался на старте «Челленджер», а в 2003 году из-за изъяна в теплозащите сгорела при возвращении на Землю «Колумбия».
Если у «Роскосмоса» меньше средств, чем у NASA, зачем потратили деньги на ракету «Ангара»?
Долгое время самой мощной ракетой-носителем СССР, а потом и России был «Протон». Отличная ракета, выводит на низкую околоземную орбиту более 22 тонн и может забросить аппарат массой около 3 тонн на геостационарную орбиту. Она выполняла и военные, и гражданские задачи. Но была создана еще во времена СССР, как военное изделие. Отсюда некоторые ее недостатки. Работает на токсичном топливе — диметилгидразине и азотном тетроксиде, ядовитом и канцерогенном. Все возможности по ее модернизации за прошедшие годы исчерпали. Кроме того, запуск ее проводился c космодрома Байконур в Казахстане, ведь раньше это была одна страна с Россией.
Без новой ракеты «Ангара» пришлось бы трудно. Она использует достаточно экологичную топливную пару «керосин — кислород», поэтому не испортит природу при старте, а также позволяет создать пилотируемую версию ракеты-носителя. Инфраструктура для запуска «Ангары» теперь будет в России — на космодромах Плесецк и Восточный. И главное — «Ангару» можно собирать на российских предприятиях из отечественных комплектующих, что важно в условиях санкций.
Стоит признать: пока самая мощная в семействе «Ангара-А5» сравнима с «Протоном» по грузоподъемности, а стоимость ее запуска вдвое выше — $100 млн против $50 млн. Но с запуском ее в серийное производство стоимость снизится. А еще ее можно модернизировать — уже готовится более мощная «Ангара-А5М», а параллельно готовится модификация с водородной ступенью «Ангара-А5В», которая будет на треть мощнее текущего варианта, пригодится для новых задач на орбите, а также в полетах к Луне и Марсу.
Зачем нужна тяжелая ракета «Ангара», если и для полетов на МКС, и для космического интернета OneWeb достаточно средней ракеты-носителя «Союз»?
Коммерческий рынок спутников изрядно просел. Кризис добивает, конкуренты не дремлют. Примерно две трети наших спутников завязаны на безопасность: защищенная связь, навигация, космическое наблюдение. Жизненно важные задачи, которые у нас, к сожалению, предпочитают держать за семью замками вместо того, чтобы рассказывать об успехах. И многие спутники требуют мощной, тяжелой ракеты, а не «Союза».
Еще несколько десятков российских спутников обслуживают нужды землемеров, водников, экологов, метеорологов… Об этом редко вспоминают, но информация с орбиты о состоянии полей, водных ресурсов и погоды очень важна для урожаев. А для страны, которая сейчас экспортирует продукты на десятки миллиардов долларов в год, умудряясь продать даже картошку в Беларусь и сало на Украину, наблюдение со спутников — очень важная задача.
Зачем мировым державам делить космос, ведь гонка XX века за первенство уже кончилась?
Возьмем самый яркий пример — Индию: вроде бы и не лидер мировой экономики, но при этом обладает удивительно большой спутниковой группировкой. Зачем?
Дело в том, что по численности даже бедная индийская сельская глубинка в три раза больше РФ: около 450 миллионов человек. Люди зависят от скудных годовых резервов пресной воды. Им критично важно, насколько хорошо космические спутники фиксируют погоду в стране. Насколько хорошо ловится связь в глухих уголках. Как работают дистанционное образование и эпидемический контроль. На сколько миллиметров в год тонет материковая плита Индии под горами Тибета — не грозит ли это разрушительным землетрясением? Это практические задачи, которые решаются только с помощью космической техники.
Почему нельзя просто договориться о совместном использовании спутников и сэкономить?
В ряде случаев можно. Страны договариваются и экономят как могут. Например, расходы миссии «ЭкзоМарс» на Красную планету «Роскосмос» поделил с ЕКА. В российской миссии «Венера-Д» пригласили участвовать NASA, а МКС обеспечивают ресурсами 15 стран.
Но общее решение можно найти не всегда, потому что орбита спутника не произвольная и даже самый зоркий спутник контролирует сравнительно узкую полосу Земли. Орбиту можно спланировать так, чтобы лучше всего наблюдать свои земли, но следить за чужими тогда не получится.
Существует еще и спутниковая разведка, ее данными делиться никто не захочет. Спутники навигации и геопозиционирования выдают данные всем желающим, они полезны и автомобилистам, и мирном флоту. Но в случае войны надеяться на данные от спутников врага наивно, поэтому многие страны завели собственные системы навигации.
Сейчас все занимаются только прикладными задачами в космосе и забывают про науку?
Конечно нет. Любой космический аппарат, который умеет наблюдать Землю, может использовать примерно те же решения для исследования космоса.
Вышеупомянутая Индия не только научилась следить за своими ресурсами, но и первой в мире подтвердила существование лунных запасов льда с помощью зонда «Чандраян-1». Один аппарат космической разведки на Луне отыскал больше, чем дюжина астронавтов, буквально ходивших по спутнику Земли ногами (оказалось, что не там ходили).
Почему люди не летают к другим планетам?
Если коротко — это дорого. Точнее, безумно дорого. Лунная программа для США с 1961 по 1975 год обошлась более чем в $25 миллиардов в ценах того времени. Это 0,4% всего ВВП страны за те годы. А ведь основные затраты пришлись на 1960-е, когда проводились исследования и первые эксперименты. То есть даже чтобы отправиться на Луну, самая богатая страна должна была тратить проценты своего ВВП. Соответственно, для других стран такие расходы еще выше.
Но высадка человека на Луну в 1969 году состоялась, для США имидж передовой страны был важнее любых затрат. И политические амбиции — первое, что сейчас движет странами, которые хотят вернуть человека на Луну и могут полететь на Марс, — США, Китаем, Россией.
Есть еще одна причина вернуться — это стало дешевле. В современных ценах Лунная программа США эквивалентна $150 миллионам. Но сейчас кардинально лучше электроника, улучшились материалы, поэтому новая Лунная программа США — «Артемида» оценивается примерно в $86 миллиардов . Это тоже значительная сумма, она может возрасти по мере осуществления программы, но все равно это в разы дешевле.
Но даже $150 миллиардов сейчас были бы не такой существенной суммой для США (и других стран). Если в 1961 году весь ВВП США составлял $562 миллиарда , то в 2020 году — $21 миллиард . То есть страна стала богаче в 40 раз, ресурсов стало больше, технологии подешевели. Эта же ситуация верна и для других стран. Теперь Луна — уже четкая цель: США планируют туда вернуться в 2024 году, Китай и Россия впервые могут высадить своих космонавтов после 2030 года.
Марс — более сложная цель. Пока нет точных расчетов, но высадка человека на Марс и его безопасное возвращение могут обойтись примерно в $1 триллион. Много? Безусловно. Но это 0,4% ВВП США за последние 15 лет. Посмотрите на два абзаца выше — магические 0,4% ВВП за право стать первой страной, что покорительницей Луны в 1969 году, что Марса — сейчас. Конечно, ВВП Китая и России меньше, чем у США, но не только деньги определяют победителя, важны технологии, и все три страны вполне способны осуществить высадку на Марс к 2040 году.
Еще одна важная причина. Развитие технологий сделало возможным осуществить многие проекты с помощью автоматических миссий, не рискуя человеческими жизнями. Например, японские космические робототехники из JAXA первыми в мире перехватили в космосе и привезли на Землю маленький кусочек самого настоящего астероида. Вещество, которое в теории поможет объяснить, как сформировались Земля и Солнечная система в целом. Стоимость семилетнего полета зонда туда и обратно на высокотехнологичных ионных двигателях составила около $150 миллионов. Несравнимо с многомиллиардными стоимостями пилотируемых миссий.
Если автоматические аппараты эффективные, почему почти ничего не слышно о результатах их работы?
Мы просто уже привыкли ко всему. Спал ажиотаж. Мол, открыли очередную экзопланету, ну и что? Хотя в космосе активно работают и выведенные российскими «Союзами» европейские телескопы GAIA и CHEOPS, и выведенная Falcon 9 американская обсерватория TESS. Так, характеристики TESS предположительно позволят открыть 20 000 экзопланет, на порядок больше, чем известно сейчас. CHEOPS уточнит размеры и массу уже открытых экзопланет (совместно с наземными телескопами). а GAIA составит трехмерную карту звездного неба. Раз уж мы живем в этой Вселенной, хорошо бы точно представлять, как выглядит наш дом.
Полагаю, вам более известны тяжелые роботы-марсоходы Curiosity и Perseverance. Грустно, когда они попадают в новости из-за прохудившихся колес, ведь они сняли столько видов Марса, планеты, удаленной от нас на десятки миллионов километров. Они не просто фоточки передают, а адекватные научные данные — много, вовремя и дешево. Curiosity открыл места, где раньше на Марсе, скорее всего, текла вода, как формировался рельеф планеты, обнаружил метеорит на Марсе и доказал, что раньше в атмосфере планеты было больше кислорода, хотя не совсем понятно, откуда он.
А Perseverance еще и привез вертолет, который впервые совершил управляемый полет в атмосфере другой планеты. И это только начало, этот марсоход соберет образцы грунта, чтобы следующая миссия доставила их на Землю и тут уже в лабораториях могли подробно исследовать, из чего состоит марсианский грунт, и внимательно рассмотреть, нет ли в нем живых организмов с Красной планеты.
Так что проблема не в космосе, а в нас.
Вот мы о полетах человека в дальний космос заговорили, а когда хотя бы на Луну вернемся?
Луна будет, она всем нужна. Даже когда полетим в дальний космос, естественный спутник Земли останется главными воротами человеческой цивилизации в Солнечную систему. Лунный лед позволит заправлять экипажи и добывать кислород. Учитывая стоимость доставки в космос килограмма груза с Земли (смотрите выше), будет выгодно добывать лед на Луне, на других космических телах, куда доберется человек.
Именно поэтому в 2021 году готовится запуск автоматического зонда «Луна-25». Планируются орбитальный модуль «Луна-26» и посадочный «Луна-27». Их задача — отыскать перспективные районы Луны для их дальнейшего совместного исследования. Аппараты российские, если вдруг еще кто-то сомневается.
У России вообще есть современное оборудование для исследования космоса?
Вопрос бюджетов. Работа ведется, но один только новый космодром Восточный к своей минимальной готовности уже обошелся в несколько годовых бюджетов Рязани, а достраивать его будут еще лет десять. Пока деньги и рабочие часы уходят на строительство, кажется, что «Роскосмос» ничего не делает. Бетонная коробка на земле — это не так наглядно, как ракета в космосе. Но второго без первого не бывает.
Перспективные ракеты вроде многоразового десятитонника «Амур» с вертикальной посадкой и метановыми двигателями пока остаются на экранах разработчиков. Над метановыми двигателями работа идет, ракету чертят. По опыту «Ангары» мы знаем, что ее доводка может занять 20 лет, но для космической отрасли это нормально.
Более того, на днях стало известно , что ведется разработка аппарата с ядерной силовой установкой и высоким удельным импульсом. Теоретически он позволит достигать Марса в разы быстрее, чем на химическом топливе. Человечество ждет ядерных двигателей с начала космической эры — это основа эффективности дальних тяжелых космических экспедиций. Совместных экспедиций.
Почему опять речь о космических экспедициях?
Недавняя декларация о намерениях совместного исследования Луны Россией и Китаем подтверждает, что освоение космоса, даже Луны, — трудоемкая задача. Пекин в сжатые сроки прошел путь развития космонавтики от спутников до космической станции, но он все равно нуждается в опыте ракетостроения России. Для нас же важно умение Китая массово строить сложное космическое железо.
Важно обмениваться результатами. Важно планомерно и последовательно осваивать перспективные «земли» и направления в космосе, а не повторять сделанное другими странами. Даже марсианский зонд «Аль-Амаль», созданный, чтобы показать Арабские Эмираты как космическую державу, нес комплект приборов и полетное задание в рамках общемировых научных запросов.
Умеем ли мы так? Да еще со времен СССР! Даже на пике холодной войны летала совместная космическая программа «Аполлон — Союз».
Планы на освоение космоса хороши, а что Россия может показать уже сейчас? Или так и будем вспоминать Гагарина и обещать ядерный двигатель через 20 лет?
Уникальная рентгеновская обсерватория «Спектр-РГ» — уже в космосе и недавно выложила в открытый космос карту звездного неба. Вторая часть «ЭкзоМарса» (совместная миссия ЕКА и «Роскосмоса» по обнаружению жизни на Марсе) ждет пусковое окно 2022 года. Перспективная «Венера-Д» — первая тяжелая венерианская станция в нашей разработке с 1980-х — на стадии создания приборов. Миссия очень дорогая, но, возможно, в проекте будет участвовать NASA, это позволит поставить больше оборудования. Запуск планируется на 2029 год, так что время договориться еще есть.
Источник