Лунная база и освоение Марса: какие  планы у лидеров космической отрасли

Это материал из цикла «Безответственные прогнозы», в котором SETTERS Media вместе с экспертами представляет ближайшее будущее интересных нам феноменов и индустрий.

Планетарный геолог, основатель просветительского проекта NewSpace и менеджер по развитию компании «Образование будущего» Алиса Зарипова рассказывает, какие технологии позволят нам совершать межпланетные полеты, какие подвиги совершают частные компании в космической отрасли, когда появится станция на Луне и как может выглядеть освоение Марса.

Кубики для освоения космоса

С тех пор, как был запущен первый искусственный спутник Земли, внешний облик, размеры и функции космических аппаратов менялись и усложнялись. Пожалуй, самый любопытный из них — кубсат. В этот кубик с габаритами 10×10×10 см (1U) можно поместить бортовые системы космического аппарата: микроконтроллер или бортовой компьютер, различные датчики, радиомодуль, солнечные панели, даже полезную нагрузку¹ в виде камеры или научного прибора, в зависимости от назначения аппарата. При этом масса кубика едва превышает 1,5 кг.

(1)

Тип или масса полезного оборудования, ради которого создается или запускается космический аппарат.

Если добавить к этому кубику еще один такой же или больше, то можно отправляться вместе с посадочным модулем на Марс и передавать телеметрию с минимальной задержкой во время прохождения аппарата сквозь разреженные слои атмосферы планеты. Именно так поступили инженеры миссии Mars Cube One: они запустили два кубсата формата 6U ² вместе с космическим аппаратом NASA InSight, продемонстрировав новую систему связи для будущих миссий к другим телам Солнечной системы.

(2)

10x10x60 см, или шесть стандартных кубов, объединенных в один спутник.

***

Есть и другие примеры использования кубсатов. Например, в прошлом году вместе с китайской автоматической межпланетной станцией (АМС) «Чанъэ-6» на окололунную орбиту был запущен пакистанский 3U-кубсат для дистанционного зондирования Луны. Аппарат к тому же измерил лунное магнитное поле для создания модели и протестировал спутниковую связь Луна — Земля.

В декабре 2024 года NASA также вывело на орбиту пять спутников-кубсатов, среди которых был LignoSat — первый японский спутник, созданный из специального дерева для проверки устойчивости материала к космическим условиям.

Еще один пример — 12U-кубсат CAPSTONE, который находится на почти прямолинейной окололунной гало-орбите. Его задача — исследовать параметры устойчивости орбиты для последующего размещения космической окололунной станции Gateway на ней.

Кроме этого, Европейское космическое агентство рассматривает предложения по использованию кубсатов для изучения астероидов. Более грандиозные планы у NASA для доставки кубсатов к Европе, спутнику Юпитера.

По данным Nanosats, к началу 2023 года было запущено больше 1 тыс. коммерческих кубсатов. Одной из первых частных космических компаний, оценивших полезность и удобство кубcатов, была компания Planet. Сегодня ее «созвездие» состоит более чем из 600 аппаратов в космосе.

К сентябрю 2024 года количество кубсатов, запущенных разными организациями, выросло до 2,5 тыс. (2381 из них достиг своей орбиты). Статистика показывает, что в течение следующих десяти лет число запусков кубсатов будет расти ежегодно на 20%.

Станции, которые придут
на смену МКС

Международная космическая станция — самый масштабный проект в космосе сегодня. В нем участвуют 16 стран, включая Россию и США. Однако, несмотря на свою исключительность, даже такой исторически значимый проект рано или поздно морально и технически устаревает: материалы деградируют, а геополитические противоречия влияют и на сотрудничество в космосе. Так, «Роскосмос» и NASA уже не первый год перекидываются заявлениями о выходе из проекта с последующим сведением станции с орбиты и затоплением ее модулей. По последним новостям, Россия планирует использовать МКС до 2028 года. NASA, в свою очередь, продлило срок эксплуатации станции до 2030 года.

***

Пока космические державы и их партнеры решают судьбу орбитальной лаборатории, тайконавты из Поднебесной уже четыре года эксплуатируют свою станцию «Тяньгун» и с завидной регулярностью выводят на околоземную орбиту новые ее модули, а еще проводят на станции разнообразные эксперименты. Например, с образцами кирпича, изготовленного из искусственного лунного грунта. Так, китайские космонавты намереваются получить ценные данные о процессах старения и распада материала в агрессивных условиях. Этот эксперимент проводится в рамках китайской лунной программы: исследователи планируют использовать лунные ресурсы для строительства базы на спутнике Земли (это должно сократить расходы и повысить шансы устойчивого присутствия человека в космосе).

Индийские партнеры не хотят отставать от коллег и планируют запустить первые модули своей станции в 2028 году и полностью завершить ее строительство к 2035 году. Помимо научных экспериментов, она будет служить форпостом для полетов к Луне. К 2040 году с борта станции планируется запуск первого индийского пилотируемого корабля к спутнику Земли.

Между тем ориентировочно в 2027 году на полярную орбиту Земли должен быть выведен первый модуль Российской орбитальной станции (РОС). Окончательно она должна быть сформирована на рубеже 2032-2033 годов. Орбита с наклонением 96,8 градуса позволит станции пролетать практически через оба полюса Земли и наблюдать всю территорию России, да и любую точку планеты (в отличие от МКС, траектория которой пролегает в большей степени над экватором и прилежащими областями). Так как магнитные поля у полюсов слабее и, следовательно, защита от радиации в этих зонах меньше, экипаж РОС сможет проводить медико-биологические эксперименты, касающиеся радиационной и гипомагнитной безопасности космонавтов. Полученные данные будут полезны для подготовки пилотируемых полетов на Луну и Марс. В научную программу входят и другие исследования — например, нацеленные решить проблему лунной пыли³.

(3)

Лунная пыль может представлять серьезную угрозу для здоровья будущих экипажей на Луне, так как она имеет липкие свойства и состоит из крошечных острых обломков разрушенных пород, подвергшихся мощному космическому излучению. Пыль может забиваться в скафандр и даже его повредить, а также — попасть в дыхательные пути космонавта, что чревато летальным исходом.

В свою очередь, в 2020 году NASA договорилось с компанией Axiom Space о разработке космической станции. Запуск первого модуля также намечен на 2027 год. При этом аналогичные сделки агентство заключило и с четырьмя другими компаниями: Nanoracks, Blue Origin, Northrop Grumman, Vast Space. Последняя вместе со SpaceX планирует в мае 2026 года запустить первую коммерческую космическую станцию Haven-1. Недавно компании объявили конкурс исследований, которые помогут улучшить пребывание человека в космосе.

Лунная гонка 2.0

Со времен первой прогулки человека по поверхности Луны прошло более 50 лет, но мечта освоить ее по-прежнему не дает многим покоя. В новом этапе лунной гонки игроков кратно больше.

В начале 2019 года китайский космический аппарат «Чанъэ-4» доставил на обратную сторону Луны посадочный модуль с луноходом, который продолжает работать по сей день. Так, Китай стал первой и единственной страной, совершившей мягкую посадку на обратной стороне Луны. В рамках миссии ученым удалось вырастить побег хлопка в специальном инкубаторе на борту посадочного модуля, но растение прожило несколько дней и погибло во время лунной ночи. Тем не менее это еще один шаг в колонизации спутника Земли и других планет.

Сейчас Лунная программа Китая на четвертом этапе реализации. В 2026 и 2028 годах планируются запуски миссий «Чанъэ-7» и «Чанъэ-8». Последняя вместе с российским аппаратом «Луна-28» должна будет начать строительство Международной научной лунной станции (МНЛС) на южном полюсе Луны (там сосредоточены залежи водяного льда). В проекте участвуют и другие страны.

***

К Луне в последнее время также летали российская АМС «Луна-25», разбившаяся о поверхность спутника в августе 2023-го, индийская «Чандраян-3», совершившая мягкую посадку в тот же месяц, и японский модуль SLIM, который прилунился вверх ногами в январе 2024 года и после трех лунных ночей перестал выходить на связь.

Лунные подвиги пытаются совершить и частные американские космические компании. Одна из них — Intuitive Machines. В феврале 2024 года ее модуль IM-1 Nova-C совершил посадку возле южного полюса Луны. Хотя лендер сломал ножку и прилег на бок, он смог проработать несколько дней. Так Intuitive Machines стала первой частной компанией, совершившей мягкую посадку на наш естественный спутник. У команды подписан контракт с NASA на доставку еще шести полезных нагрузок на южный полюс Луны в 2027 году.

В будущем Луна будет не столько источником полезных ископаемых (железа, алюминия, титана, кремния и других), сколько форпостом для межпланетных перелетов. Из молекул воды можно будет получать кислород и водород, необходимые как для жизни будущих поселенцев, так и для производства ракетного топлива для будущих путешественников.

Сильно разреженная атмосфера Луны позволит ученым строить астрофизические обсерватории, например, на ее обратной стороне и проводить наблюдения практически без помех. Ученые Института космических исследования РАН планируют развернуть такой проект в начале 2030-х годов и разместить в полярной области Луны две обсерватории — для радиоастрономических исследований и исследования космических лучей.

***

Если подходить совсем «безответственно», то можно представить, как может изменить наш мир гелий-3, находящийся в избытке в лунном грунте. Гелий-3 считается источником энергии будущего: его запасы на Луне могут обеспечить земную энергетику более чем на 1 тыс. лет. Правда, сначала человечеству необходимо освоить управляемый термоядерный синтез.

Однажды Луна станет для нас временным приютом при поиске второго дома, ведь цикл развития Земли как планеты конечен, а значит, человечество будет вынуждено осваивать новые планеты, чтобы продолжить существование.

Геймчейнджер современной космонавтики

Но настоящее безумие сейчас происходит в штате Техас, недалеко от городка Браунсвилл, в окрестностях деревеньки Бока-Чика, ныне известных как Starbase. Среди лагун и рыбацких портов прочно обосновались и стремительно расширяются испытательный космодром и производственная площадка компании SpaceX. До недавних пор дикая и практически безлюдная местность стала центром притяжения и местом паломничества космических энтузиастов со всего мира, ведь все испытательные полеты системы Starship происходят именно здесь.

***

Проект уникален не только зрелищностью исполнения, но и революционными инженерными решениями. Starship — это первая в мире полностью многоразовая сверхтяжелая ракета-носитель. Первая ее ступень (Super Heavy) контролируемо возвращается на стартовый стол и удерживается при помощи захватывающего устройства. Вторая — пока тестируется на мягкое приводнение в Индийском океане. Эта ступень называется Ship, и ее можно будет использовать в качестве космического корабля — как грузового (дозаправка топливом на орбите), так и пилотируемого (существует проект лунного посадочного модуля на базе Ship).

Систему Starship разрабатывают, чтобы доставлять на низкую околоземную орбиту 100–150 т полезной нагрузки в многоразовой версии и до 250 т в случае одноразового использования ускорителя. Это позволит увеличить количество выводимых на орбиту спутников Starlink, которые обеспечивают связью и интернетом труднодоступные уголки нашей планеты. На Starship будут запускать модули космических станций и размещать космические телескопы, а отдельные корабли станут заправочными станциями на орбите Земли для путешествий на Марс.

Илон Маск заверил, что Starship без экипажа совершит посадку на Марсе примерно через два года, то есть уже в 2027-м. Возможно, в это же время состоится пилотируемый облет Марса, а через четыре года первые люди ступят на Красную планету.

Реалистичны ли планы Маска

Расстояние между Землей и Марсом меняется в зависимости от их взаимного расположения. Путешествие до Марса может варьироваться от шести до девяти месяцев в зависимости от баллистической траектории. Как космонавты будут себя чувствовать после такого полета? Во-первых, за полгода в невесомости они будут, как говорят, ограниченно подвижны и им предстоит самостоятельно восстановиться: их там никто из корабля не вытащит и не понесет. Во-вторых, в межпланетном пространстве нет никакой естественной защиты от солнечной и галактической радиации⁴.

(4)

Предельная доза облучения за карьеру космонавта — 1000 мЗв (миллизивертов). На МКС доза облучения космонавта составляет 200 мЗв в год.

Космические излучения могут вызвать у космонавтов повреждения головного мозга, повысить риск смерти от сердечно-сосудистых заболеваний, а также вызвать разнообразные долгосрочные когнитивные нарушения, связанные с работой коры мозга и гиппокампа.

Тем не менее есть и обнадеживающие факты. Во-первых, Марс не так безжизнен, как может показаться. Миссия Insight зарегистрировала на Марсе более 1,3 тыс. сейсмических событий. Раньше считалось, что вся внутренняя тектоническая активность на Марсе прекратилась 3 млрд лет назад и с тех пор там действовали лишь отдельные вулканы. Теперь выяснилось, что геологически это живая планета и в ее недрах продолжается тепловая и геохимическая эволюция вещества. Благодаря этой же миссии ученые обнаружили резервуары жидкой воды на глубине около 10–20 км под марсианской поверхностью. Это существенный бонус к уже имеющимся ледяным полярным шапкам.

В итоге мы имеем наличие воды, достаточно приемлемый температурный режим (от –60 до +27 °C на экваторе), но что делать с радиацией? Есть несколько решений. В краткосрочной перспективе можно, например, обосноваться в марсианских пещерах. В долгосрочной — искусственно менять климатические условия планеты (теория терраформирования). Например, устроить ядерную бомбардировку Марса, чтобы разогреть его полярные шапки, состоящие из углекислотного льда. Углекислый газ создаст парниковый эффект — температура вырастет, грунт оттает, на Марсе пойдут дожди и будут течь реки. Потом заслать туда одноклеточные водоросли и подождать несколько тысяч лет, пока они не создадут на планете пригодную для жизни атмосферу. Но это пока только теория.

***

И все же перед тем, как мы начнем осваивать Марс, человечество будет пытаться обосноваться на Луне. В рамках программы «Артемида-3» лунная версия Starship HLS будет стыковаться с космическим кораблем NASA «Орион» на окололунной орбите, после чего два члена экипажа «Артемиды» пересядут с «Ориона» на Starship и спустятся на поверхность Луны. Там астронавты соберут образцы, проведут научные эксперименты и понаблюдают за окружающей средой Луны, после чего вернутся на Starship к кораблю «Орион». Миссия состоится не раньше 2027 года.

Космические туры

Наконец космос становится ближе. Долгое время он был вотчиной военных и ученых, но ситуация кардинально меняется. 30 лет назад трудно было даже представить, что какой-нибудь предприниматель может запустить собственную космическую миссию, не говоря уже о частном выходе в открытый космос. Но правила меняются, ведь в космос пришел бизнес, который намерен на нем заработать, а заодно и подтолкнуть прогресс.

Частные компании SpaceX, Blue Origin, Virgin Galactic, Deep Blue Aerospace уже вовсю продают космические туры. Трехминутный полет с Virgin Galactic стоит от $450 тыс., Deep Blue Aerospace обещает пять минут в невесомости за $210 тыс., а SpaceX покажет вам настоящий космос за $55 млн. Суммы не маленькие, но уже доступные состоятельным людям, а значит, можно надеяться на активное развитие частного пилотируемого космоса. Возможно, уже на нашем веку полеты на орбиту Земли и на Луну станут такой же обыденностью, как и межконтинентальные авиарейсы.

Лунная база и освоение Марса: какие планы у лидеров космической отрасли