Космос + Популярная механика

Буря столетия

Солнце-самый важный источник энергии для поддержания жизни на Земле, оно даёт свет и тепло, необходимые для растительного и животного мира, управляет нашей погодой. И по мере того как наша цивилизация становится более развитой, мы становимся более уязвимыми к воздействию солнечных (магнитных) бурь. Современная техногенная цивилизация уязвима перед подобными событиями — солнечные бури, взаимодействуя с магнитным полем Земли, вызывают множество различных разрушительных эффектов, которые в свою очередь приводят к перебоям в подаче электроэнергии, снижению функциональности коммуникационных систем, проблемам в работе спутников.

Система предупреждения о солнечных бурях

Вспышки порождают потоки фотонов рентгеновского и УФ-диапазона, которые вызывают возмущения ионосферы, нарушая радиосвязь, и разогревают атмосферу, в результате чего она «вспухает», что приводит к торможению низкоорбитальных спутников. Ионосферные возмущения также «сбивают с толку» загоризонтные радары, системы раннего предупреждения о ракетном нападении (что, вообще говоря, чревато глобальной войной!) и системы спутниковой навигации, на которые завязано множество коммерческих применений — от бурения нефти до гражданской авиации. Возмущения геомагнитного поля у поверхности Земли генерируют индуцированные токи в трубопроводах (что приводит к коррозии и вызывает ошибки в диагностике состояния труб), линиях электропередач (выводит из строя трансформаторы) и железнодорожных путях (нарушает системы железнодорожной сигнализации).

Дмитрий Мамонтов, «Популярная механика» №12, 2013

И сейчас, когда активность Солнца растёт, мы должны научиться лучше предсказывать солнечную погоду.

Эта солнечная вспышка в форме морского конька появилась на Солнце 7 августа 1972 года. Это был год мощнейших солнечных бурь.

NASA/ Big Bear.

Одним из самых запоминающихся примеров влияния подобных событий — буря в марте 1989 года (Квебекское событие), в результате которого шесть миллионов человек почти на сутки остались без тепла и света. Событие Кэррингтона, названное в честь астронома-любителя, который его записал в сентябре 1859 года, также являлось солнечной бурей.

Передовые технологии в 1859 году были представлены телеграфными линиями, большинство из которых и вышли из строя. Ну или Хэллоуинская буря 2003 года:

Долгое время этот случай (Событие Кэррингтона) оставался крупнейшей солнечной бурей, не знавшей себе равных. Однако в октябре 2003 года наше светило решило побить этот рекорд, породив гигантскую солнечную вспышку. Так как максимум ее воздействия пришелся на канун Дня всех святых, позднее ее назвали «Хэллоуинской бурей». Она повела себя совершенно по-хулигански, начав с выведения из строя японско-американско-французского спутника ADEOS II стоимостью $630 млн. Количество заряженных частиц, достигших атмосферы Земли, было столь велико, что для пассажиров и экипажей самолетов, пролетавших в приполярных районах, возник серьезный риск получить повышенную дозу радиации, так что несколько десятков трансполярных пассажирских рейсов были перенаправлены другими маршрутами. Связь в полярных районах была нарушена, более суток не работали системы спутниковой дифференциальной навигации, вышли из строя некоторые сегменты систем энергоснабжения (жители шведского Мальмё почти час просидели без электроэнергии).

Дмитрий Мамонтов, «Популярная механика» №12, 2

Учёные сходятся во мнении, что это лишь вопрос времени, когда следующая мощная солнечная буря объявится на горизонте. И в этот раз стоит ожидать более «крутых» последствий, всему виной наша растущая зависимость от технологий. Ну а пока мы ждём очередного сюрприза от нашей звезды, исследователи были рады объявить в марте 2021 года, что они раскопали новые свидетельства солнечной бури 1582 года.

Перо Руис Суарес был португальским писателем 16-го века. Он и его современники не знали о связи между солнечными бурями и северным сиянием, и так он описывал событие 1582 года:

На севере, в небе появилось пламя. Вся эта часть неба, казалось, горела в огненном пламени; казалось, что небо горело. Никто не помнил, чтобы видел что-то подобное. … В полночь над замком поднялись огромные огненные лучи. На следующий день случилось то же самое в тот же час. Все отправились в деревню, чтобы увидеть это великое знамение.

Согласно заявлению учёных, изучавших это событие:

По всему земному шару: в феодальной Японии, в Лейпциге (Германия), Yecheon (Южная Корея) и десятке других городов Европы и Восточной Азии.наблюдатели также отмечали появление огненно-красного свечения в небе.

В течение нескольких дней люди, глядя на небо – не понимая, что происходит – удивлялись сильному проявлению полярного сияния, которое было мало понято в то время и предметом многих мифов и легенд. Полярные сияния наблюдаются преимущественно в высоких широтах, и их не часто можно увидеть в более низких широтах, таких как Португалия. Однако это и есть одно из проявлений бушующей бури.

Современные исследователи стремятся изучить подобные события прошлого, такие как солнечная буря 1582 года. Они надеются узнать как часто они происходят, надеются предсказать будущие солнечные бури. В настоящее время, при ограниченном понимании закономерностей, учёные предполагают, что такие мощные события происходят по крайней мере раз в столетие:

Согласно имеющимся данным, можно предположить, что подобные события происходят как минимум, раз в столетие, и поэтому мы должны ожидать, что один или несколько из них обрушатся на Землю в 21 веке.

Этот снимок южного полярного сияния был сделан во время геомагнитной бури, которая, вероятнее всего, была вызвана выбросом корональной массы на Солнце 29 мая 2010 года. В момент, когда был сделан снимок, Международная космическая станция пролетала над южной частью Индийского океана на высоте 350 километров.

NASA

У нашего Солнца есть ещё одна удивительная черта — периодические изменения в его активности, т.н. солнечная цикличность. Магнитная активность Солнца изменяется в соответствии с 11-летним циклом, в течение которого его активность то нарастает, то вновь начинает убывать. 25-й Солнечный цикл официально начался в конце 2020 года. Другими словами, мы движемся к очередному солнечному максимуму, когда Солнце будет наиболее активным. Ученые прогнозируют, что максимума активности Солнце достигнет в июле 2025 года, и этот максимум будет примерно таким же, как во время прошедшего 24-го цикла.

Прогнозирование

Ну а пока учёные ожидают следующую по-настоящему большую солнечную бурю, Рами Кахваджи из Брэдфордского университета пишет в своей статье:

Мы с коллегами разработали автоматизированную компьютерную систему реального времени, использующую технологии обработки изображений и искусственного интеллекта для мониторинга и анализа данных со спутников (до этого классификация солнечных пятен была тяжёлым процессом, кропотливо выполняемым специалистами). Это помогает предсказать вероятность солнечных вспышек в ближайшие 24 часа. В нашем исследовании мы применили новый метод обработки изображений к снимкам обсерватории NASA Solar Dynamics Observatory, SDO. Наша система прогнозирования космической погоды находится в открытом доступе и в настоящее время используется в качестве одного из инструментов принятия решений для роботизированных миссий NASA.

Чудеса астрономии: передовой оптический телескоп… из 1939 года

В февральском номере журнала «Популярная Механика» от 1939-го года рассказывалось о наиболее совершенном телескопе той эпохи, который находился на горе Паломар, к юго-востоку от Пасадены. В те времена этот телескоп мог собирать в четыре раза больше света и мог «видеть» в два раза дальше любого другого телескопа из когда-лидо построенных. Паломарская обсерватория остаётся действующим исследовательским центром вот уже более 80 лет.

Уже через год самый могучий телескоп о котором мы только могли мечтать – гигант, стоимостью 6 миллионов долларов, который было «невозможно построить» – будет прочёсывать небеса, внося новый вклад в человеческие знания. Огромный 500-сантиметровый рефлектор, принадлежащий Калифорнийскому технологическому институту, начнёт работу в конце 1939-го, или в начале 1940-го года, значительно опережая график.

Сейчас производятся заключительные работы над огромным стальным куполом высотой с 14-этажный дом, который накроет астрономическое оборудование на самой вершине горы Паломар в 140 километрах на юго-восток от Пасадены. Сам телескоп, за исключением хрупких оптических элементов, будет готов этой зимой.

Благодаря тому, что телескоп будет собирать в четыре раза больше света, чем любые существующие аналоги, Паломарская обсерватория сможет «видеть» в два раза дальше, нежели любой телескоп на планете. Фокусное расстояние у него будет в два раза больше, чем у следующего по величине телескопа. Обсерватория будет использоваться для изучения небесных объектов слишком тусклых для существующих инструментов.

Астрономы надеются, что смогут обнаружить системы, состоящие из десятков миллиардов звёзд, каждая из которых будет размером с наш Млечный Путь, и тем самым расширят границы изведанной Вселенной ещё как минимум на один миллиард световых лет. Один световой год равняется расстоянию в 9,4 триллионов километров, то есть тому расстоянию, которое преодолевает свет за один год.

Сердцем нового телескопа станет пятиметровое сферическое зеркало, которое сейчас находится на заключительном этапе полировки и придания ему необходимой формы. Около двух тонн стекла были сошлифованы для придания поверхности вогнутой формы. Ещё немного стекла будет удалено на протяжении последующих двенадцати месяцев окончательной полировки. Поверхность зеркала будет отполирована с точностью до одной миллионной доли сантиметра, а в специальной вакуумной камере на зеркало будет нанесён алюминиевый отражающий слой, всего несколько молекул толщиной.

Этот телескоп не будет похож ни на что ранее существующее, и будет более универсальным, чем большинство инструментов. Новый вид монтировки позволить ему охватить всё видимое небо: от северного полюса до южного горизонта. Его оптические элементы могут сочленяться разными способами чтобы способствовать конкретному виду исследования.

Прямые наблюдения будут проводиться в центре основного фокуса, точке, в которой пересекаются отражённые от сферического зеркала лучи. Исследователь будет размещаться в небольшой пулевидной постройке внутри каркаса телескопа. Разумеется, постройка будет уменьшать количество попадающего на зеркало света, но астрономы считают, что этот метод будет более эффективен, нежели диагональное зеркало, которое обычно размещается в центре основного фокуса и отражает лучи из оптической трубы телескопа в точку наблюдения.

Заменив клетку наблюдателя на зеркало в центре основного фокуса, и отражая собранный свет вниз через отверстие в центре пятиметрового зеркала до точки наблюдения ниже, достигается совершенно иной оптический эффект. Даная схема Кассегрена будет использоваться для спектрографических и фотографических исследований. Однако при иной схеме размещения зеркал, известной как схема Куде, свет отражается от зеркала в центре основного фокуса к диагональному зеркалу, размещённому над гигантским «глазом» пятиметрового зеркала, и передаётся через систему других зеркал в помещение с постоянной температурой, где будет работать специальное спектрографическое оборудование. В данной схеме свет будет передаваться по системе из пяти зеркал. Для перемещения оптических элементов над телескопом будет размещён стреловой кран, который будет приводиться в движение электромоторами.

Астрономы считают, что этот телескоп по части многих наблюдений будет в два раза мощнее, чем было изначально запланировано. Всё благодаря значительным улучшениям, которым подверглись вспомогательные инструменты, с тех пор как телескоп был впервые спроектирован. Фотоэлектрическое оборудование, корректирующие линзы и чувствительность фотографической эмульсии были значительно улучшены, тем самым расширяя границы наблюдений и для всех остальных астрономических телескопов.

Большим шагом вперёд стало внедрение нового супертермометра, изобретённого доктором Джоном Стронгом – астрофизиком Калифорнийского технологического института. Этот инструмент, называемый радиационным пирометром, напоминает небольшой телескоп и оснащен линзами из каменной соли и кварца, которые экранируют все, кроме инфракрасного излучения. Эти лучи падают на два тонких золотых листочка, прикрепленных к проводам крошечного гальванометра. Помимо его важности в астрономических исследованиях, инструмент может измерить температуру человека на расстоянии нескольких миль, а также измерять поверхностное тепло облаков или воздушных шаров.

Новые идеи, новые материалы и новые методы – всё это было необходимо в постройке такого «гиганта» в мире телескопов. Точность и скрупулёзность, которые раньше никогда не применялась на таких масштабах, здесь были крайне необходимы. Направить огромный телескоп на звезду, и удерживать изображение неподвижным во время медленного движения звезды по ночному небу, сравнимо только с удержанием в прицеле оружия цели, находящейся в десяти километров и двигающейся со скоростью метр в минуту. Чтобы постоянно следовать за звездой, телескоп должен двигаться одновременно по двум осям. Большой купол над ним также должен вращаться, чтобы инструмент всегда смотрел сквозь открытые створки в крыше. Различные движущиеся элементы весят по сотни тонн каждая, и даже малейшие вибрации могут полностью перечеркнуть все достоинства телескопа.

Для некоторых научных задач, улавливаемое огромным собирающим свет «оком» изображение звезды должно проходить через щель шириной в одну тысячную сантиметра. И любая вибрация может испортить это изображение. Однажды, во время наблюдений на другом телескопе, вибрации от бетономешалки в полторы лошадиные силы мощности, которая находилась в нескольких зданиях от обсерватории, было достаточно, чтобы повлиять на корректную работу оборудования.

Одним из самых сложных вызовов стала разработка механизма плавного движения огромного купола весом более 900 тонн. Даже небольшая вибрация, которая бы заставила слегка дребезжать стакан воды, стала бы слишком ощутимой при работе телескопа. Проблема была решена с помощью нового типа приводов, разработанного младшим инженером проекта – Эдмундом Грантом. Купол поддерживается тридцатью двумя четырёхколёсными тележками железнодорожного типа, которые двигаются по рельсам вокруг округлой стены. Вместо того, чтобы использовать для поворота купола обычную зубчатую рейку, Грант создал новый вид фрикционного привода, который состоит из четырёх электродвигателей мощностью семь с половиной лошадиных сил каждый, соединённых вертикально с огромными обрезиненными колёсами-катками, как у грузовика, которые с силой прижимаются к куполу.

Двигательная установка в тридцать лошадиных сил неспешно вращает резиновые катки, которые прижимаются ко внутренней стене купола. Огромные пружины давят на катки с силой более 38 тонн. Каждый двигатель и каток установлены на резиновых вибропоглотителях. Система работает настолько тихо, что иногда трудно понять, когда двигатели работают, а когда нет. Также при строительстве телескопа и купола вместо клепки использовалась дуговая сварка.

Изоляция большого зеркала от перепада температуры чрезвычайно важна, поскольку малейшее изменение формы вогнутой поверхности зеркала может снизить его эффективность. На самом деле, сам купол состоит из двух куполов, один из которых поддерживается внутри внешней оболочки. Для изоляции, они разделены между сбой более чем метровым слоем воздуха. Внешний купол покрашен под алюминий (для отражения солнечных лучей). Внутренний купол также покрыт защитным алюминиевым покрытием. По оценке, даже в самые жаркие дни температура внутри купола не должна подниматься больше, чем на пять градусов. Когда пятиметровое зеркало в основании телескопа не будет использоваться, оно будет защищено теплоизолирующими металлическими листами, которые складываются над зеркалом, как лепестки цветов. Для их открытия используется специальный привод.

Для того чтобы заранее убедиться в том, как этот небесный гигант будет работать, и исправить любые возможные просчёты в конструкции, учёные построили на крыше кампуса астрофизического института в Пасадене масштабную модель всего строения, включая электроприводы и купол. Модель, в масштабе 1 к 10 от реального размера, оборудована 50-сантиметровым зеркалом, и также оказалась очень полезным и эффективным инструментом.

До запуска «большого» телескопа остаётся ещё год, но Паломарская обсерватория уже вошла в историю, так как там установлен самый большой в мире телескоп Шмидта, с зеркалом диаметром 61 и апертурой 45 сантиметров. В сотрудничестве с обсерваторией Маунт-Вилсон института Карнеги, в Паломарской обсерватории изучается один из самых загадочных феноменов во Вселенной.

Тут учёные изучают сверхновые – звёзды обычной или незначительной яркости, которые внезапно вспыхивают невероятным свечением без явных на то причин. Такие звёзды могут увеличивать свою яркость практически от нуля до яркости ста миллионов Солнц. Конечно, такие сверхновые находятся от нас так далеко, что увидеть мы их можем только в телескоп. Может потребоваться целый месяц, чтобы вспышка достигла пика своей яркости, после чего «одичавшая» звезда снова начинает тускнеть.

В изучении сверхновых учёные находятся на самой границе неизведанного. Спектр излучения этих звёзд не похож ни на один из спектров других известных объектов. Вероятно, химические элементы в этих звёздах находятся в таком физическом состоянии, что они не могут быть распознаны или сравнены с известными нам элементами. Вместо тонких спектральных линий, по которым определяются элементы входящие в состав звёзд, линии от сверхновых занимают очень широкий диапазон.

Изучение удивительного характера спектра, внезапных вспышек яркости и огромного высвобождения энергии, обнаруженных в сверхновых, может привести к огромному количеству новых открытий. Однако сегодня, практически всё что мы о них знаем – это большая загадка.

В любой системе, такой как галактика, где находится наше Солнце, сверхновая звезда может возникнуть только один раз в 600 или 1000 лет. Важность телескопа Шмидта заключается в его способности обнаруживать такие сверхновые звезды по мере их появления. После чего другие научные инструменты могут быть направлены на них для тщательного изучения. Нынешний телескоп Шмидта перерождается в ещё более крупном инструменте с 180-сантиметровым зеркалом, на самой вершине горы Паломар.

Айзек Азимов: Как мы будем жить на Луне?

АВТОР: МАРК РОМАНОВ · 25 ИЮНЯ, 2020

Взгляд в будущее из прошлого. Март 1988 года. В журнале «Популярная механика» опубликована статья, написанная одним из столпов научной фантастики – Айзеком Азимовым. В ней писатель поднимает вопрос о будущем нашего пребывания на Луне. Новые планы NASA относительно спутника Земли, а также выпущенный президентом США Дональдом Трампом указ, разрешающий добычу лунных ресурсов частными компаниями, делают видение Азимова как никогда актуальным. Этот материал – перевод оригинальной статьи 1988 года в полном объёме.

Абсолютная тишина.

Лунарианец стоял в вечной темноте кратера на Южном полюсе Луны. Он думал о том, насколько же всё-таки Луна молчалива – чувство успокаивающее и одновременно пугающее. Безусловно, он не был настоящим лунарианцем. Он прибыл с Земли. И по истечении девяноста дней вернётся на родную планету, в объятия её сильной гравитации.

Не было ни движения, ни шума живых существ. Свет, сияющий вдоль края кратера, казался таким же вечным, как и темнота на его дне. На противоположной стороне также было светло.

Лунарианец посмотрел в этом направлении, и светочувствительное стекло его шлема сразу же потемнело.

Линия, разделяющая свет и тьму, медленно двигалась то к нему, то от него – по четырёхнедельному циклу. Она никогда не достигала места его пребывания и никогда не исчезала из виду. Если бы он переместился на несколько миль ближе к светлой стороне, то увидел бы Солнце, скользящее по краю кратера вдоль горизонта. Но стекло его шлема стало бы практически непрозрачным, если бы он только взглянул на светило. В определённые промежутки времени он мог видеть Землю или её часть, выступающую над стеной кратера. От каждого взгляда на родной мир его сердце таяло. Он старался не думать о Земле.

Оригинальное описание: два лунарианца созерцают Землю-мать с окраины кратера, возвышающейся над передовой лунной базой. Этот объект может похвастаться пусковой установкой для отправки партий лунного кислорода в космос, обсерваториями, а также комплексными сооружениями, в которых размещаются лаборатории и средства жизнеобеспечения. Это видение может стать реальностью уже к концу следующего столетия.

Сейчас он был на Луне. Он мог разглядеть линию фотоэлектрических элементов в солнечном свете. И он знал, что бесконечная солнечная энергия питает все ещё маленький мир под его ногами. Уже десятки людей живут в этом мире. При его жизни, возможно, их число возрастёт до сотни. Тут есть экспериментальная ферма, химическая лаборатория для изучения лунного грунта, а также печь для выработки небольшого количества ценных летучих элементов из соответствующих руд.

Это была не единственная база на Луне. Гораздо более крупное поселение существовало в районе экватора: там шла добыча грунта с его последующей отправкой в космос, где он использовался в качестве строительного материала. Ещё одно поселение, гораздо более специализированное, существовало на обратной стороне Луны. Там строился гигантских размеров радиотелескоп, укрытый нашим спутником от радиопомех Земли.

Лунарианец думал: “2028 год. Луна стала нашим вторым домом”.

Сейчас 1988 год. Нам удалось посетить Луну шесть раз в период с 1969 по 1972 годы: 12 человек ступили на её поверхность. Но это были простые визиты. Мы ушли не задержавшись – общее время, проведённое всеми людьми на Луне, составляет менее двух недель.

Но мы оттачивали наши навыки в космосе. И когда мы вернёмся на Луну – мы на ней останемся. В будущем настанет день, по прошествии которого мы никогда не покинем наш спутник.

NASA уже планирует создание лунной базы. В последние годы знатоки, учёные, инженеры и промышленники проводили встречи, чтобы обсудить научные, производственные и социологические вопросы, связанные с жизнью на Луне. Бывшая астронавтка и по совместительству первая американская женщина в космосе, доктор Салли Райд, недавно подготовила доклад с изложением национальных космических интересов США. Спутниковые исследования Земли, наряду с отправкой беспилотных космических аппаратов для изучения Солнечной системы, всё ещё будут иметь высокий приоритет.

Но этот так называемый “Ride Report” также подчёркивает необходимость создания постоянного поселения на Луне, акцентируя внимание на том, что нужно полностью использовать ресурсы и научные возможности спутника. И в то же время увеличивать наш багаж знаний о космических перелётах, прежде чем отправиться в увлекательное путешествие к Марсу.

Независимо от того, будем ли мы следовать рекомендациям Райд, или нет, Луна, вероятно, сыграет большую роль в будущих космических исследованиях. Но почему так? Луна – это пустынный и мёртвый мир без воздуха и воды. Огромная супер-Сахара. Что же заставляет нас хотеть отправиться туда, не говоря уже о том, чтобы жить?

Супер-Сахара или нет, Луна может быть очень полезной для нас – в какой-то степени, даже жизненно необходимой. Некоторые из этих выгод не являются материальными по своей природе. Взять, например, вопрос познания. Луна не испытывала серьёзных потрясений после первых полумиллиарда лет существования Солнечной системы (чего нельзя сказать о Земле). Мы изучили более 360 килограмм найденных астронавтами лунных камней. Но их транспортировка на Землю в какой-то степени загрязнила их, а сами астронавты обследовали лишь небольшие территории в местах своих высадок. Если бы у нас получилось начать изучение лунных пород непосредственно на Луне – в течение длительных периодов времени и по всей поверхности спутника – то мы смогли бы узнать больше подробной информации о раннем прошлом как Луны, так и Земли.

В отличие от первых вылазок человека на Луну, будущим путешествиям будет подспорьем наличие низкоорбитальных околоземных космических станций, орбитальных кораблей и лунных посадочных модулей. Предполагается, что первые исследователи Луны будут жить в герметичных модулях и шлюзах – мало чем отличающихся от модулей, разрабатываемых сейчас для космической станции, но в то же время имеющих свои особенности. Поскольку на Луне нет атмосферы, первые поселенцы будут покрывать свои жилища двухметровым слоем грунта. Всё ради того, чтобы обезопасить себя от воздействия излучения Солнца. Подобные модули в будущем могут уступить место более крупным сооружениям, расположенными под арками из реголита. Или зданиям из лунного бетона, если это потребуется. В действительности, строительные материалы могут стать основной статьёй экспорта в экономике Луны.

Оригинальное описание: Астрономическая исследовательская лаборатория с радиотелескопом, установленным в кратере, расположенная в районе Южного полюса Луны.

Энергетические потребности ранних лунных поселений будут обеспечены благодаря наличию солнечных коллекторов, фотоэлектрических систем и небольших ядерных реакторов, расположенных вдали от мест жительства людей. Вырабатываемая энергия будет поддерживать не только жизнь исследователей, но и широкий спектр научной и промышленной деятельности: главным образом, добычи ресурсов и астрономических наблюдений. Луноходы на солнечной энергии смогут обеспечить транспортировку и погрузочно-разгрузочные работы. Аппараты вертикального взлёта на реактивной тяге помогут в картографировании местности и изучении удалённых уголков спутника.

Некоторые задачи будут решаться интеллектуальными роботами прямо у чертёжной доски.

Некоторые визионеры представляют появление (по прошествии какого-то времени) на Луне комплекса жилых помещений и исследовательских лабораторий для геохимических, физических и биологических исследований. Созданная на Луне искусственная атмосфера могла бы поспособствовать развитию сферы экологии и сельского хозяйства, что в конечном итоге помогло бы нам создать полноценную самодостаточную колонию. Специализированные детекторы помогли бы нам анализировать излучения далёких астрофизических объектов, а размещённые на Луне ускорители частиц – природу материи. Добычей кислорода займутся специальные установки; также они будут выполнять очистку новых керамических и металлических материалов. Адаптированные землеройные машины помогли бы нам создать строительные и добывающие площадки.

С какой целью всё это делать? Прежде всего Луна является прекрасным местом для астрономических наблюдений (но она не является единственным таким местом).

Отсутствие атмосферы делает зрение телескопов намного более острым. Обратная сторона Луны позволит радиотелескопам работать без помех от человеческих источников света и радиоволн. Медленное вращение нашего спутника может позволить наблюдать одни и те же объекты непрерывно в течение двух недель. Нейтрино, гравитационные волны и другие экзотические физические явления проще было бы изучать с Луны, нежели чем с Земли. На самом деле, радиотелескопы Земли и Луны могут работать совместно; такая работа позволила бы нам узнать больше информации об активных ядрах галактик, в том числе и нашей собственной.

Луну также можно использовать для экспериментов, которые мы бы не стали проводить на Земле. Подумайте о генной инженерии, которой мы могли бы заняться, об экспериментальных формах жизни, которые мы могли бы создать. Мы смогли бы извлекать достаточно количество энергии – настолько большое, что его хватило бы не только для нужд Луны, но и для космического строительства (и, возможно, Земли). Подумайте о безопасных атомных электростанциях (работающих как на реакциях деления, так, в конечном итоге, и синтеза), которые мы могли бы возвести. Подумайте о том, насколько эффективна на Луне солнечная энергия без рассеяния, поглощения и затемнения атмосферы.

Оригинальное описание: Для того, чтобы помочь человечеству в освоении Луны, инженеры Технологического института Джорджии разработали Skitter: трёхногого автономного робота-вездехода.

Из лунного грунта можно получить различные элементы. Сорок процентов грунта составляет кислород (связанный с другими элементами). Его можно извлечь. Среди минералов на Луне распространён ильменит (титанистый железняк). Обогатив этот минерал водородом, мы можем извлечь из него воду, которую затем можно было бы разделить на компоненты ракетного топлива: водород и кислород.

Но откуда взять водород? В тех частях Луны, что мы изучали, отсутствуют жизненно важные лёгкие элементы: водород, азот и углерод. Создаётся впечатление, что их придётся завозить с Земли. Но, возможно, на Луне имеются места, где эти элементы могли бы сохраниться. Например – в полярных регионах, где солнечное излучение не так интенсивно. Лунный водород можно использовать для извлечения кислорода, а лунный азот – для его разбавления. Вот и готова искусственная атмосфера.

Другие элементы, в частности железо, алюминий и титан, очень полезны в строительстве и распространены в лунном грунте, поэтому могут добываться прямо оттуда. Кроме того, из грунта можно извлечь кремний, который является базовым компонентом для микроэлектроники. Поначалу Луна будет большой активной горнодобывающей станцией. Часть добытых ресурсов может быть выведена в космос с помощью ускорителей массы, работающих благодаря наличию электромагнитного поля, вырабатываемого с помощью солнечной энергии. Создание таких ускорителей не составит труда, потому при меньшей массе Луна имеет и меньшую чем у Земли гравитацию. И на выведение в космос одного и того же груза ускорителям массы на Земле и Луне потребуется разное количество энергии: наш спутник потребует менее пяти процентов от той энергии, что необходима Земле.

Оригинальное описание: Машина-сборщик реголита (слева) занимается сборкой богатого кислородом лунного грунта. Посадочный модуль (в центре) займётся доставкой грузовых контейнеров на поверхность Луны. Лунное жилище (справа) оборудовано домашним роботом, плоским телевизионным экраном и приятным видом гидропонной фермы.

Для строительства обсерваторий, лабораторий, фабрик и поселений в космосе имеет смысл использовать лунные материалы, тем более что население Земли крайне нуждается в её ресурсах.

Из-за своей слабой гравитации Луна является прекрасным местом для строительства и запуска космических кораблей. Для подъёма ракеты с поверхности Луны требуется гораздо меньше энергии, чем для подъёма ракеты с поверхности Земли. Это значит, что лунные ракеты будут иметь возможность доставлять большую полезную нагрузку при меньшей массе горючего и окислителя.

Со временем, когда космические орбитальные поселения начнут разрастаться, они могут взять на себя роль космических верфей. Но у Луны всё ещё будет ряд неоспоримых преимуществ. Во-первых, она будет представлять собой мир с большими просторами, в котором будет отсутствовать аура клаустрофобии космических станций. А во-вторых, гравитация Луны хоть и слаба, но всё же остаётся постоянной. В космических поселениях, гравитация которых имитируется центробежными силами и может быть почти такой же, как на Земле, существует вероятность некоторого изменения её значений в зависимости от положения человека в поселении.

Кроме того, очевидным фактом является то, что Луна уже существует. Её не нужно строить с нуля. Безусловно, её необходимо осваивать в первую очередь – используя как полигон для создания искусственных экосистем.

Как только лунные колонисты поймут, как создать сбалансированную экосистему основанную на ограниченном количестве видов растений и животных (а это может занять некоторое время), эти знания будут использованы для обеспечения жизнеспособности космических поселений.

В конце концов, Луна, с её большим количеством различного рода ресурсов, может стать ещё одним обитаемым телом в Солнечной системе, независимым от Земли. Безусловно это станет возможно до того, как такой статус приобретут небольшие поселения в открытом космосе.

Луна, как независимый мир, будет представлять собой совершенно новый виток в истории человечества. Если Земля подвергнется опасности извне – например, астероидной угрозе (которая, на минуточку, поспособствовала вымиранию динозавров); или собственным действиям человечества, решившего уничтожить себя в ядерной войне – то второй мир продолжит своё существование. Человечество выживет, а его история, знания и культура не будут забыты.

Но когда произойдет колонизация? Естественно, мы не можем дать определённый ответ, поскольку колонизация зависит не только от технологических факторов. Непредсказуемая экономическая и политическая обстановка также играет в этом вопросе большую роль.

Если всё пойдёт хорошо, нет никаких причин полагать, что работа над проектом не начнётся в 1990-х. К 2005 году может быть создан первый форпост. К 2015 – постоянное поселение на поверхности Луны. А затем может случиться так, что лунные поселенцы освоят свой мир настолько, что к концу 21 века станут независимыми от Земли.

С другой стороны, если дела на Земле будут плохи настолько, что на освоение космоса просто не останется денег и усилий, или же человечество захочет превратить космическое пространство в арену боевых действий, отказавшись от мирной экспансии, ну или, наконец, уничтожит само себя в результате ядерной войны, то, очевидно, не будет никаких лунных поселений. И, возможно, никакого разумного будущего.

Источник https://www.popularmechanics.com/space/moon-mars/a32267341/h...

В 1960-х, когда «космическая гонка» между СССР и США находилась на пике, и в них вкладывались колоссальные ресурсы обеих супердержав, — вызов им бросила молодая африканская страна, только лишь получившая независимость. В 1964 г. бывший британский протекторат Северная Родезия превратился в Замбию, и первый президент республики Кеннет Каунда провозгласил «позитивный нейтралитет» в отношении обоих политических лагерей, противодействовавших друг другу в то время.

Его слова цитировались в обширном редакционном материале о новом государстве, опубликованном влиятельным журналом Time. Серьезная, взвешенная публикация вошла в историю благодаря упоминанию другого видного замбийца того времени — Эдварда Макуки Нколосо, школьного учителя и главу свежеиспеченной Национальной академии наук, космических исследований и философии. «Нколосо уже тренирует 12 замбийских астронавтов, включая пышную 16-летнюю девушку, — сообщал Times, — раскручивая их в стальной бочке вокруг дерева и обучая их ходить на рукам — как «единственному доступному способу передвижения по Луне»».

В 1960-х, когда Интернет с его бесконечными парадами курьезов еще не существовал, такая история не могла не произвести большого впечатления, и в мировых СМИ поднялся невероятный шум. «Многие думают, я просто сумасшедший, — заявил Нколосо в интервью для Associated Press, — Посмотрим, кто будет смеяться, когда я установлю на Луне замбийский флаг». Слушая его выступления, многие буквально покатывались со смеху: Нколосо, в частности, сообщал, что наблюдения телескопов его секретной обсерватории обнаружили, что Марс населен примитивными людьми. В своем ли он уме? Да и вообще — кто такой этот Нколосо?

Чернокожий Королёв

Эдвард Фестус Макука Нколосо (Edward Festus Mukuka Nkoloso) родился в 1919 г., в племени бемба в северной части Северной Родезии и был знаком с будущим президентом Каундой еще с детства. Оба они получили образование у местных миссионеров и собирались сделаться священниками. Однако началась Вторая мировая, Нколосо был призван в армию и служил в Абиссинии и Бирме, в войсках связи.

После войны он стал переводчиком и открыл собственную школу, вскоре закрытую колониальной администрацией. Возмущенный, Нколосо присоединился к движению за освобождение и к Объединенной партии национальной незавивимости Кеннета Каунды. Участвовал в создании конституции нового государства, провозгласил основание Национальной академии наук, космических исследований и философии и объявил о начале собственной космической программы для отправки «афронавтов» на Луну, а затем — и на Марс.

Соответствующим образом выглядела и сама космическая программа страны. На ферме неподалеку от столицы был устроен импровизированный центр подготовки «афронавтов». Босые добровольцы отрабатывали высадку на Луну, скатываясь в пустых стальных бочках со склона в пустыне. Некоторые — включая 16-летнюю Мату Мвамбу (Matha Mwamba) и пару кошек — готовились к полету сразу на Марс.

Байконур на стадионе

«Это — стартовая площадка, а это — ракета, — показывал Нколосо журналистам новейшие разработки своей команды. — Она взлетит из Лусаки и доберется хоть до Луны, если только получится найти достаточно средств». Первая версия носителя D-Kalu 1 (названная в честь президента Каунды) напоминала ту же стальную бочку, только побольше — три метра высотой и два в диаметре. Запуск ее был объявлен без долгих проволочек. 24 октября 1964, в день провозглашения независимости Замбии, она должна была отправиться с поля столичного стадиона с помощью мощных катапульт.

Как и можно было ожидать, к назначенному сроку безумная «космическая программа» страны полностью развалилась. От Нколосо разбежались даже добровольцы: «Двое лучших моих людей ушли в запой месяц назад, и с тех пор я их не видел», — сокрушался «генеральный конструктор». Еще один присоединился к музыкальной этно-группе и занялся исполнением традиционной музыки и танцев, а 16-летняя Мата Мваба забеременела, и ее забрали родители. Впрочем, их Нколосо в неудаче нисколько не обвинял: по его словам, главной загвоздкой оказались финансы.

Очевидно, что свежеиспеченное государство испытывало серьезные трудности с деньгами и для куда более насущных своих нужд, не говоря о космосе (напомним, что на свою лунную программу в США затратили более 20 млрд долларов в ценах 1960-х гг.). Чернокожий «генеральный конструктор» пытался найти деньги, как мог, отправляя частные запросы и в ЮНЕСКО, и правительствам СССР и США. Очевидно, что ответов он не дождался. Даже его родное правительство сочло маскарад не слишком уместным, и старт на День независимости отменили.

Трудности интерпретации

В то время население Замбии составляло 3,5 млн человек, из которых не набралось бы и сотни с высшим образованием. Глупо было бы ожидать, что у них что-то «взлетит» — однако многие обозреватели отмечают, что космическая программа могла играть важную идеологическую роль в политике президента Каунды. Нколосо выступал его специальным представителем в Центре освобождения Африки — организации, которая боролась против колониализма, еще сохранявшегося тогда в соседней Южной Родезии и ряде других государств континента.

По некоторым сведениям, под прикрытием этой бурной деятельности Нколосо вел подготовку вполне нешуточных боевиков, сражавшихся за независимость по всей Африке. Однако воспользовался этим и противоположный лагерь. Консерваторы западных стран то и дело указывали на злополучную космическую программу, как на пример «скудоумия» африканских народов, якобы, в принципе неспособных к самостоятельной жизни в сложном современном мире. Со временем Нколосо окончательно сделался шутовской фигурой, всплывающей лишь в списках «главных безумцев нашего времени» и т. п.

Некоторые эксперты считают, что эту позицию он занял намеренно. Еще в 1969 г. представитель посольства Замбии в США, отвечая на запросы прессы, сказал: «На самом деле, мистер Нколосо — весьма начитанный человек; все это было грандиозной шуткой». По словам одного журналиста, «Нколосо никогда не выходил из роли. Он всегда оставался в образе жюль-верновского героя, который сам для себя создал».

Гость из будущего

Дальнейшую часть жизни он космосом напрямую уже не занимался, продолжая карьеру в политике и сделавшись довольно видным государственным деятелем Замбии. Нколосо так и остался довольно противоречивой фигурой и поддерживал традиционное ведовство, однако после смерти в 1989 г. был похоронен с большими почестями. Отдельные обломки замбийской космической программы до сих пор пылятся и ржавеют в столице страны и в бывшем «центре подготовки». Но интерес к фигуре самого «чернокожего Королёва» со временем только усиливается.

«Афрофутуризм» — направление, представляющее технологическое и культурное развитие Черного континента — стало в последние годы весьма модным, и такой эксцентричный герой, каким был Нколосо, оказался здесь весьма кстати. Даже нереалистичность его заявлений пригодилась в рамках этого нового тренда. Весьма возможно, что со временем, когда Африка окончательно догонит развитые страны, фигура Нколосо приобретет для континента такие же грандиозные масштабы и такое же значение, как для Америки — Вернер фон Браун, а для России — Сергей Королев. А уж изобретенный им термин «афронавты» точно закрепился и остался с нами навсегда.

Роман Фишман

https://www.popmech.ru/technologies/563854-oni-hoteli-obogna...

Журнал "Популярная механика"

В Индии можно услышать, что свой первый космический старт страна провела еще в 1963 году, почти сразу за Советским Союзом и США. Это верно лишь с большой натяжкой: хотя история индийской космонавтики и начинается с середины сороковых годов, запуск 1963 года трудно счесть полноценным. Стартовавшая тогда с полигона Тхумба двухступенчатая ракета Nike Apache (Argo B-13) была американской и совершала полет по баллистической траектории. Несмотря на подъем до апогея в 160 км и пересечение линии Кармана, условной границы космоса, аппарат не достиг низкой околоземной орбиты. Такие запуски и тогда, и сейчас не считаются «настоящими» — те же США между 1961 и 1978 годом запустили сотни таких ракет, и ни один из запусков не учитывается в космической статистике NASA.

"Ракета GSLV Mk. III (на фото выше) — самый тяжелый из индийских носителей — должна стать основой национальной пилотируемой программы."

Похожая история связана и со стартом первого индийского спутника Aryabhata-1, который вышел на орбиту 19 апреля 1975 года. Он запускался не только ракетой «Космос-3М», но и с советской площадки в Капустином Яру. Лишь 18 июля 1980 года состоялся первый целиком индийский космический старт. После серии неудач с космодрома Шрихарикота на низкую околоземную орбиту поднялась индийская ракета SLV-3. Зато уже через четыре года в космосе побывал первый индийский (и 138-й в мире) космонавт. Без помощи СССР снова не обошлось: Ракеш Шарма летал по программе «Интеркосмос» в составе экипажа советского корабля «Союз Т-11». Вплоть до настоящего времени Шарма остается единственным космонавтом Индии: еще двое граждан страны готовились к экспедиции на борту американского шаттла, однако после гибели «Челленджера» в 1986 году их полет был отменен.

Так сложилось, что начиная с восьмидесятых годов индийская космонавтика старается развиваться самостоятельно. Исторически ее главным космическим партнером выступали СССР, а затем Россия. Однако за последние годы Роскосмос оказался в кризисе, и его ресурсов хватает лишь на крайне ограниченное участие в совместных проектах.К сожалению, аэрокосмическому агентству страны (ISRO) никак не удается нагнать лидеров или хотя бы приноровиться к их быстрому темпу.

Хватаясь за все

Если посмотреть на список проектов и миссий ISRO, бросается в глаза многочисленность запланированных программ и их широкий охват. Кажется, что агентство пытается успеть сразу все: создать новый космический корабль и начать собственные пилотируемые полеты, посадить межпланетные зонды на Луне и Марсе, слетать к Солнцу и Венере. При этом ISRO не забывает развивать и поддерживать различные спутниковые системы, включая навигационную NAVIC (работающую локально, на территории страны) и INSAT, сочетающую функции телекоммуникаций и дистанционного зондирования Земли.

Все это богатство реализуется при крайне скромном бюджете, составляющем всего около 1,5 млрд долл. в год, — в разы меньше, чем даже у России (около 3 млрд, по данным 2017 года) и Китая (8,4 млрд), не говоря уж о США (48 млрд за тот же год). При этом Индии приходится рассчитывать в основном на собственные силы. В условиях строго ограниченного финансирования это растягивает процесс разработки на долгие — часто очень долгие — годы.

Как итог этой широты планов и неторопливости их реализации, индийская космонавтика долго оставалась ограничена довольно куцей линейкой средств выведения. Основным носителем выступала ракета SLV-3, мощности которой было недостаточно для отправки спутников на геосинхронные и геостационарные орбиты, необходимые для работы спутников дистанционного зондирования и связи. Ракета, способная на вывод тяжелых аппаратов и даже космических кораблей, появилась у ISRO сравнительно недавно: первый запуск PSLV состоялся в 1993 году.

Межпланетная орбитальная станция Mangalyaan проработала на марсианской орбите больше года.

Свои выводы

Изначально разработанная для запуска зондов на полярные солнечно-синхронные орбиты (о чем говорит уже название ракеты — Polar Satellite Launch Vehicle), она тем не менее получила множество вариаций и может использоваться для вывода космических аппаратов на самые разные траектории. Именно на ней — в версии PSLV-XL — в 2013 году стартовал к Марсу первый индийский межпланетный зонд Mangalyaan. А в 2017-м она же установила мировой рекорд по одновременному выведению космических аппаратов, отправив сразу 104 спутника — в основном миниатюрных.

Почти десятилетием позже, в 2001 году, стартовала следующая разработка ISRO, ракета GSLV, способная доставлять до 5 т на низкую околоземную орбиту или до 2,7 т — на геопереходную. Получив такой носитель, Индия начала запуски аппаратов по программе INSAT. Первоначально ракета использовала третью ступень российского производства, но через пару лет индийцы воспроизвели ее самостоятельно — в версии GSLV Mk.II.

Наконец, в 2014 году состоялся запуск еще более мощного носителя GSLV Mk. III, способного выводить на низкую околоземную орбиту до восьми тонн. Одинаковое название — скорее, дань традициям: от GSLV Mk. II ракета отличается разительно. На ней, в частности, используется два огромных твердотопливных ускорителя, уступающих размерами только ускорителям Space Shuttle и европейской ракеты Ariane-5. Летом 2019 года GSLV Mk. III отправила в полет свою вторую лунную миссию, 3,8-тонный аппарат Chandrayaan-2.

Общая стоимость Mangalyaan составила чуть больше 70 млн долл. США — это самая дешевая успешная межпланетная миссия в истории космонавтики.

Именно она должна стать основой будущей пилотируемой программы ISRO. Согласно принципу «все понемногу», реализует Индия и проект по разработке многоразовых ракет RLV-TD, которая пока остается на стадии тестирования прототипов.

Поводы для гордости

За последние годы ISRO удалось самостоятельно реализовать три сложные межпланетные миссии. Стартовавший в 2013-м зонд Mangalyaan успешно вышел на орбиту Красной планеты и проработал более года, передав на Землю снимки марсианской поверхности и данные научных наблюдений. Что характерно, этот проект стал самой дешевой межпланетной миссией современности: на его реализацию было потрачено всего 74 млн долл. Для сравнения: американский зонд Mars Reconnaissance Orbiter обошелся в 720 млн, а российско-европейская миссия «Экзомарс», включающая два старта с отправкой к Марсу нескольких аппаратов, — дороже миллиарда евро.

Проведены индийцами и два запуска к Луне. В 2008 году Chandrayaan-1 вышел на ее орбиту и благополучно сбросил на поверхность спутника ударный зонд, чтобы ученые могли пронаблюдать за составом и свойствами поднятой пыли, а также обнажившейся породы. Сам Chandrayaan-1 проработал около 10 месяцев и, в частности, подтвердил, что в приполярных регионах спутника сохраняются запасы водного льда. Полет второго лунного зонда Chandrayaan-2, состоявшийся в 2019 году, оказался более драматичным. Миссия разрабатывалась долго и мучительно, поначалу — с участием Роскосмоса. Однако после гибели зонда «Фобос-Грунт» российская сторона, по‑видимому, решила перестраховаться и выдвинула новые требования к системам безопасности совместного аппарата. Утяжеленный и усложненный зонд (а заодно выросший бюджет и удлинившиеся сроки) в ISRO не приняли, и с 2015 года индийцы работали над Chandrayaan-2 самостоятельно. Увы, стопроцентного успеха не получилось.

Сама станция вышла на орбиту штатно, а вот отделившийся от нее посадочный модуль с луноходом на борту мягко приземлиться не смог. В ходе спуска центр управления зафиксировал отклонение модуля Vikram от курса, а на высоте 2 км связь с ним пропала. К сожалению, эта история указала на еще одну особенность индийской космонавтики, роднящую ее с российской. Вокруг ISRO сохраняется множество «ура-патриотов», которые не приемлют неудач и не признают сам факт поражения. Поэтому вскоре по соцсетям распространились сообщения о том, что посадка Vikram прошла благополучно, однако модуль оказался на боку и не смог выйти на связь.

Космический аппарат Aditya, предназначенный для исследования Солнца, планируется запустить в первой половине 2020 года.

В интернете появилась даже тепловая фотография (термография) предполагаемого места падения, якобы сделанная «материнским» аппаратом Chandrayaan-2. На эту информацию купилось множество информационных агентств, перепечатавших новости с некорректной информацией, хотя на зонде нет даже подходящего для такой съемки инструмента. Впоследствии представителям ISRO пришлось краснеть за такую «поддержку». Было выпущено официальное опровержение, которое разъясняло, что «вброс» был произведен с совершенно постороннего аккаунта в Twitter, а сам аппарат все-таки погиб.

Виоманавты будущего

Локальная неудача, разумеется, не остановит планов ISRO, главные из которых связаны с развитием пилотируемой программы. Уже готов космический корабль Gaganyaan, рассчитанный на экипаж из трех человек. Летом 2018 года он прошел бросковые испытания, и предполагается, что его первый полет состоится в 2020 году, а в конце 2021-го на борт поднимутся первые… Кстати, да.

К Луне Индия отправила уже две миссии: Chandryaan-1 (2008 год) включала орбитальный модуль и ударный зонд, а Chandryaan-2 (2019 год) — орбитальный аппарат и спускаемый модуль с луноходом, которому, однако, не удалось совершить мягкую посадку.

Первоначально индийские космонавты назывались «гаганавтами», от санскритского слова «небеса», как и Gaganyaan — «Небесный корабль». Однако такое обозначение оказалось не слишком приятным на слух, и уже около восьми лет в Индии принят термин «виоманавт» — от другого санскритского обозначения небес. Показательно, что даже на выбор слова у индийцев ушло столько лет. Тем не менее, если в 2021 году виоманавты отправятся в запланированный полет, страна станет третьей в мире, сумевшей реализовать собственную программу пилотируемой космонавтики. А следом проектируется и национальная 20-тонная космическая станция.

В самом деле, в ISRO как будто «долго запрягали», но теперь начинают набирать приличную скорость. В ближайшие пять лет агентство собирается реализовать целые четыре дальние миссии. Во‑первых, индийцы надеются-таки провести мягкую посадку на Луне и собираются взять реванш в 2024 году совместно с японскими коллегами. Еще до него должны отправиться зонды к Венере и Марсу, а также аппарат Aditya для исследований Солнца. Если планы ISRO действительно состоятся, то в клубе лидеров космонавтики появится новичок с весьма необычным характером, из тех, для кого даже ограниченный бюджет вовсе не повод отказываться от большой мечты.

Автор Михаил Котов

Статья «Выйти из тени» опубликована в журнале «Популярная механика» (№11, Ноябрь 2019).

https://www.popmech.ru/technologies/522404-gigantskaya-stran...

(с.) журнал «Популярная механика»

"Самолеты, вертолеты, аэростаты… Все это прекрасно летает в плотной, насыщенной кислородом атмосфере, но, увы, кажется совершенно непригодным за пределами Земли. В освоении космоса мы долго уповали исключительно на ракетные двигатели и реактивное движение. Ну, может быть, еще на колесо. Но все же инопланетные авиация и воздухоплавание возможны, вот только новые аппараты для полетов в чужих атмосферах придется сделать очень специальными."

Коптер и надувательство

Ни один созданный для земной атмосферы летательный аппарат, оснащенный поршневым или турбореактивным двигателем, на Марсе летать бы не смог. Для поддержания горения в этих моторах требуется большое количество кислорода, а в марсианской атмосфере его меньше одного процента. В основном газовую оболочку Красной планеты составляет углекислый газ (95%) с небольшими добавлениями аргона и азота (4%). Таким образом, если мы хотим, чтобы на Марсе что-то летало, придется остановить свой выбор либо на электромоторе, либо на другом двигателе, которому не требуется кислород из атмосферы. В 1970-х годах NASA испытывало образец беспилотного аппарата Mini-Sniffer, который мог бы работать на Марсе. В качестве топлива в двигателе использовался ядовитый гидразин: под действием катализатора и в отсутствие кислорода он нагревался, разлагался и выдавал расширяющие продукты реакции, что позволяло применять это вещество как топливо и рабочее тело.

Для марсианской авиации есть хорошая новость: сила гравитации на Марсе сильно ниже, и земные 100 кг потянут там всего на 38. А вот новость плохая: атмосфера Марса чрезвычайно разреженна и давление у поверхности планеты составляет около одного процента от давления на поверхности Земли. Это примерно соответствует давлению земной атмосферы на высотах 30 000−35 000 м над уровнем моря. Да, но ведь там самолеты летают! 30 000 м — это практический потолок для высотного перехватчика МиГ-31.

Запустить в марсианское небо крылатый аппарат задумали давно, и первой проблемой стало топливо для моторов: двигатели, использующие атмосферный кислород, ни на Марсе, ни на Титане не пригодились бы. На прототипе Mini-Sniffer американцы пытались использовать гидразин — ядовитое топливо, саморазлагающееся при нагреве.

Как известно, подъемная сила крыла прямо пропорциональна его площади, а также скорости набегающего потока воздуха. МиГ-31 не падает с 30 км потому, что он преодолевает там воздушное пространство на сверхзвуковых скоростях. Но на Марсе на таких скоростях придется летать даже у самой поверхности. Обеспечить скорость просто: были проекты марсианских беспилотных самолетов, например ARES, которые должны были входить в атмосферу Красной планеты, затем сбрасывать теплозащитный кожух, тормозить с помощью парашюта, включать свой двигатель и нестись над поверхностью Марса, пока хватит топлива (того же гидразина).

Такой полет мог бы продолжаться до часа. Но практически от всех этих идей отказались ввиду их… бесполезности. В самом деле, сейчас поверхность Марса исследуется с орбитальных модулей, и, несмотря на оснащенность супероптикой, детализация снимков оставляет желать лучшего (30 см на пиксель). Ровер, едущий по поверхности планеты, буквально роется в грунте, но ему не хватает обзора. Картографирование местности, разведка окружающего ландшафта роверу не под силу. Заполнить нишу между двумя типами исследовательских аппаратов как раз мог бы мини-зонд, летающий в атмосфере. Но для обстоятельного наблюдения за местностью требуется не носиться над ней на бешеных скоростях, а совершать плавные круги в небе.

1. Лопасти ротора специально адаптированы к неплотной марсианской атмосфере, при этом их вращение остается в комфортной дозвуковой зоне. 2. Обмен с цифровыми данными находящегося на поверхности ровера осуществляется в высокочастотном диапазоне. 3. Благодаря радиолучу радиометрической установки вертолет находится всегда на некотором расстоянии от ровера. 4. Слой аэрогеля и специальный подогреватель позволяют батарее не разряжаться в холодные ночные часы. 5. Гибкие легкие ножки, активное зрение и высотомер обеспечивают безопасную посадку на поверхность. 6. Высокий уровень автономности обеспечивается наличием на борту камеры и целого ряда сенсоров, данные от которых обрабатываются компьютером, умеющим отслеживать ошибки. 7. Цифровая камера дает возможность с высоким разрешением фотографировать местность, находящуюся в радиусе 600 м от ровера. 8. Для подзарядки энергией будут использованы солнечные батареи.

Может быть, летательный аппарат на Марсе смог бы летать медленнее, если недостаток скорости компенсировать большей площадью крыла? Это интересная идея (электросамолет-крыло Helios поднимался в стратосферу Земли), но большое крыло с размахом в несколько метров доставить на планету проблематично. Возможное решение предлагают сотрудники университета штата Аризона Адриан Бускела и Аман Чандра. Их концепт — безмоторный планер (размах крыльев 6 м), который отделяется от спускаемого модуля на высоте 2 км над поверхностью Марса, надувается азотом, а вся конструкция благодаря светоотверждаемому материалу в течение десяти минут получает необходимую жесткость. Идея с надуванием помогает минимизировать объем, который понадобится для размещения планера во время полета. Аппарат, оснащенный 5-мегапиксельной камерой, сможет ловить восходящие тепловые потоки и парить над Марсом на скорости до 360 км/ч.

Очень привлекательны для исследования марсианской поверхности аэростаты, которые вполне доказали свою способность летать в стратосфере, где, как мы знаем, условия почти марсианские. Агентство NASA заявляло, что работы над такими аэростатами ведутся, причем рассматриваются два варианта: шар, накачанный гелием, и монгольфьер. Последний будет наполняться обычным марсианским «воздухом», но за счет нагрева солнцем в дневное время газы внутри оболочки расширятся, и аппарат получит положительную плавучесть.

Шустрый винт

Как бы то ни было, но первым аппаратом, который поднимется в марсианское небо, станет все-таки вертолет. Детище Лаборатории реактивного движения — JPL Mars Helicopter Scout — сможет оказаться на Марсе уже в 2021 году на борту новейшего американского ровера Mars 2020. Во многом это, конечно, будет не полноценный научный зонд, а всего лишь демонстратор для грядущих винтокрылых аппаратов.

Весит Scout всего 1,8 кг и не несет на борту никакого научного оборудования кроме камеры. Лопасти его двух соосных винтов будут приводиться в движение электродвигателем, а тот, в свою очередь, станет питаться от батареи, подзаряжаемой от солнечного элемента. Беспилотный вертолет сможет совершать всего один полет в день длительностью 90 с, остальное время уйдет на подзарядку. В полете аппарат способен подниматься на высоту 400 м и улетать на 600 м. Вертолетная схема позволяет уйти от движения с огромными скоростями, которые понадобились бы аппарату с фиксированным крылом, чтобы сохранять подъемную силу. Однако с этой же целью ротору вертолета придется вращаться раз в 10 быстрее (до 2800 об/мин), чем это было бы необходимо на Земле. Учитывая, что длина одной лопасти составляет 1,2 м, а сам аппаратик — это куб с гранью 14 см, легко догадаться, почему «Скауту» не хватает энерговооруженности для полетов дольше полутора минут. Испытания в вакуумной камере, где был создан аналог жиденькой атмосферы Марса, показали, что вертолет успешно отрывается от поверхности. Возможно, через пару лет мы увидим снятые им кадры марсианских ландшафтов.

Верхом на звезде

На Венере все наоборот, и летать там придется по‑другому. Атмосфера Утренней звезды схожа с марсианской (то же преобладание углекислого газа), но плотность ее намного выше. Благодаря парниковому эффекту поверхность Венеры нагревается еще сильнее, чем у более близкого к Солнцу Меркурия. Таким образом, на Венере творится сущий ад. Давление на поверхности не стратосферное (как на Марсе), а глубоководное (как в нашем океане на глубине 1 км). Спуск в эту преисподнюю — задача не для самолетов, а для каких-то фантастических жаропрочных батискафов. Советский опыт изучения Венеры показал, что аппаратура совершившего мягкую посадку научного зонда не может работать в этой печке (477 градусов) дольше часа. И уже в те времена стало понятно, что оптимальный вариант — это аэростаты. С помощью аэростатов изучали венерианскую атмосферу советские межпланетные станции «Вега-1» и «Вега-2».

Придуманный инженерами Northrop Grumman венерианский летательный аппарат будет являть собой гибрид надувного аэростата и электросамолета типа «летающее крыло», моторы которых станут питаться электричеством от батарей.

В атмосфере Венеры на высоте примерно 50 км находится зона, где и температура, и давление близки к земным. Еще в советских научно-популярных журналах 1970-х годов описывались пилотируемые экспедиции к Венере с созданием плавающих в атмосфере баз-аэростатов, с которых можно было проводить глубинное зондирование атмосферы и поверхности. Идея не умерла и по сей день. В недрах NASA разработана концепция HAVOC, в рамках которой планируется разместить в венерианской атмосфере сначала беспилотный роботизированный дирижабль, а затем и кластер пилотируемых аэростатов. Правда, никаких сроков реализации этих планов NASA не сообщает. Возможно, проект достанется грядущим поколениям. Есть и другие интересные проекты в этом направлении. Например, венерианский самолет VAMP (Venus Atmospheric Maneuverable Platform), разработанный инженерами Northrop Grumman. По сути, это дирижабль аэродинамической формы (типа «летающее крыло»), оснащенный парой пропеллеров, приводимых в движение электромоторами). Летать он должен все на той же благословенной высоте 50−55 км, но долго, возможно годами, получая энергию от солнца.

Летать на Титане — одно удовольствие: давление, ненамного превышающее земное и крошечная сила тяжести. Весящий почти полтонны ровер-октокоптер DragonFly сможет совершать длительные полеты в небесах спутника Сатурна, картографируя местность с близкого расстояния.

«Стрекоза» на Титане

Спутник Сатурна Титан просто рай для аэродинамических полетов. Атмосфера Титана (кстати, прекрасно защищающая от радиации) в четыре раза плотнее земной, зато сила тяжести в 7 раз меньше, из-за чего давление на поверхности лишь в 1,45 раз выше земного. Говорят, там маленький самолет типа Cessna можно поднимать в небо с помощью педального привода, а Дедал и Икар вполне могли бы летать, размахивая крыльями.

На Титане, конечно, очень холодно, зато полет в атмосфере требует минимум энергии. DragonFly («Стрекоза») — это наиболее продвинутый на сегодняшний день проект летающего ровера для исследования спутника Сатурна. Проект разработан Университетом Джонса Хопкинса и включен NASA в программу «Новыe горизонты». Запуск корабля с ровером на борту должен состояться в 2026 году. Это не крошечный двухкилограммовый марсианский винтокрыл — DragonFly будет иметь массу порядка 490 кг. В воздух его поднимут четыре пары соосных винтов с электрическим приводом. Энергией батарею снабдит радиоизотопный термоэлектрический генератор. На аппарат установят массу оборудования, в том числе камеры, буры для забора грунта, спектрометры и разнообразные сенсоры. Благодаря длительным полетам аппарат сможет обследовать огромные территории, что недоступно колесным роверам. К слову, у DragonFly был менее удачливый, но более зрелищный конкурент. Это проект AVIATR — концепция беспилотного самолета, который, будучи оснащенным радиоизотопным генератором Стирлинга, мог бы беспрерывно около года летать над поверхностью Титана, а в конце полета попробовал бы осуществить мягкую посадку. К сожалению, работы над AVIATR так и не получили достаточного финансирования.

Автор Олег Макаров

Статья «Полет над красной пустыней» опубликована в журнале «Популярная механика» (№10, Октябрь 2019).

(с.) Журнал «Популярная механика»