http://93.174.130.82/digest/showdnews.aspx?id=5311528b-ce29-4b46-b1ab-852ba86150ba&print=1© 2024 Российская академия наук
Борис Шустов рассказал о лунных амбициях, их причинах и о проблеме космического мусора
Вопросы космических полетов и обеспечения их безопасности становятся все более актуальными. Проблема уже не только в надежности самого космического аппарата, но и в том, как избежать столкновения с огромным количеством космического мусора. Эта проблема обсуждалась на первом в этом году заседании президиума Российской академии наук, где докладчиком был член-корреспондент РАН, научный руководитель Института астрономии Борис Шустов.
Корреспондент "Интерфакса" Вячеслав Терехов побеседовал с ним о космических полетах и о том, как избежать угрозы столкновения. Кроме того, мы не смогли не поинтересоваться и результатами исследования китайскими учеными обратной стороны Луны. Это вызывает большой интерес не только у ученых, но и у простых граждан.
Есть ли жизнь на Луне?
- Пока мы не летали в космос, мы не знали о том, что такое космический мусор. Но с развитием цивилизации эта проблема становится все более и более насущной. Так что мы сами себе устроили головную боль. Но прежде чем приступить к беседе на нашу основную тему, хотел бы затронуть вопрос, который сегодня интересует очень многих: что делают китайцы на обратной стороне Луны? Вы же помните, что последние годы, если не десятилетия, была очень распространена тема о том, кто построил на обратной стороне Луны космическое поселение? Китайцы обнаружили что-нибудь подобное? Откуда вообще пошли эти слухи?
- Сказку про Незнайку писателя Носова помните? Вот он и виноват. Конечно, это все фантазии. Но человеку хочется верить. Есть такое философское выражение "ужас бытия". Когда человек понимает, что он в этом мире гость, и как лампочка - включили-выключили и всегда перегорает - некоторых охватывает, мягко говоря, беспокойство. Как с этим жить? Вот и уходят в фантазии, в мечты. Это один из способов ухода от реальности. Как Пушкин говорил: "Ах, обмануть меня не трудно, я сам обманываться рад". Это касается не только любви!
- Но слухи, как я понимаю, идут и от астронавтов, которые якобы видели это все.
- Вы имеете в виду Базза Олдрина, который говорит, что видел что-то подобное на орбите. Здесь лучше пусть психологи свое слово скажут. У Олдрина действительно были сбои в психике после полета. Это не так просто - слетать в космос! Мой хороший коллега, товарищ, земляк, космонавт Виктор Савиных на вопрос: "Что чувствовал в космосе?" ответил: "Пойми, когда ты видишь черноту с этими звездами, то даже "тертые" люди, подготовленные космонавты испытывают стресс. Хочется верить, что ты в космосе не один".
- Хорошо, китайцы сейчас исследуют обратную сторону Луны. Что они там увидели?
- В значительной степени этот китайский эксперимент - даже не столько научно-технический, сколько демонстрационный: Китай показывает свою технологическую зрелость. Россия, конечно, космическая держава, но в жизни все динамично и сейчас наша роль уже не первая. Китай еще 10 лет назад продемонстрировал свою технологическую, военную зрелость: они разбили ракетой свой спутник на высоте 800 км - это была демонстрация. Они показали, что они могут. И они постоянно показывают свой флаг. Каждый год они делают серьезную политическую заявку: вот никто не смог, а мы сделали.
Конечно, никаких городов там они не увидели. Конечно, они провели биологические эксперименты, выращивали какие-то растения, то есть научные цели есть. Ученые смотрят, что возможно на Луне, а что нет. Это те самые детские шаги, из которых потом что-то вырастет. Если, например, поселения создавать, то нужно всю технологию иметь на месте: никаких магазинов на Луне не будет, естественно. Обратная сторона Луны действительно отличается по рельефу от видимой стороны. Это результат формирования и эволюции нашего спутника. Процессы непростые и мы пока в них еще до конца не разобрались.
Чем еще важна для астрономов обратная сторона Луны? А тем, что оттуда Землю не видно. Земля, как известно, излучает радиоволны больше, чем Солнце. Если посмотреть на Землю в радиотелескоп из межзвездного пространства, то на коротких волнах (пример, в диапазоне телевещания) Земля будет ярче светить, чем даже Солнце. Астрономам это очень мешает. Это все равно, если пытаться наблюдать звезды днем через облака: шумы, рассеянный свет создают сильные помехи. У радиоастрономов есть мечта наблюдать Вселенную на сверхдлинных радиоволнах, но для этого нужно отгородиться от Земли. Вот поэтому и родилась идея разместить на обратной стороне Луны радиотелескоп. Он будет экранирован от Земли, и тогда можно будет изучать реальные излучения из космоса.
- А чья эта идея?
- У нас есть несколько авторов: у хороших идей всегда много отцов. В России эту работу продвигает Астрокосмический центр ФИАН. Но надо иметь в виду, что это очень затратная идея. На поверхности Луны надо разложить гектары приемных устройств, а для этого их нужно туда доставить. Даже, если пользоваться сверхтяжелыми носителями, которые еще разрабатываются, то даже они должны будут сделать не один полет. Так что пока это только мечта.
Зачем нужна Луна?
- Значит Луна интересует лишь как возможность "послушать космос"?
- Отнюдь нет. В лунной гонке участвуют многие страны: и США, и Индия, и Китай. Китай катается на своих "нефритовых зайцах" - у них так называются "роверы" - уже по двум сторонам Луны. Многие страны участвуют в лунной программе с очень далеким прицелом на лунные ресурсы. Дело в том, что когда-то в начале прошлого - конце позапрошлого века была золотая лихорадка. Мы все мальчишками читали Джека Лондона. Сейчас примерно такая же вещь начинается в космосе. Она, естественно, с более отдаленными перспективами и речь идет не о золоте, а о космических ресурсах. Нам кажется, что ресурсов на Земле много. Но это только кажется. Причем речь сейчас идет даже не о золоте и о нефти с газом.
Все прозаично: в каждом из гаджетов, например, много платины. А гаджетов только в России многие десятки миллионов. В то же время, по разным оценкам, платины на Земле осталось на срок от 30 до 1000 лет. Если брать пессимистичную оценку - 30 лет, то уже сейчас надо искать ее новые источники. А такого рода материалы, как платина, и другие - присутствуют в астероидах. Мы можем обнаружить их в метеоритах, упавших на Землю. А на Луне их если не залежи, то, по крайней мере, очень много, там же никто не занимался их добычей. Значит, через некоторое время платину и другие материалы будет выгодно получать там. Вот одна из практических целей лунной гонки.
Платина также присутствует во всех самых эффективных катализаторах, без которых химия не может работать: есть вещества, которые без таких катализаторв просто не синтезируются. Катализатор - это некий материал, который сам в реакции не участвует, но без него реакция не идет. Такая своеобразная молекулярная "сваха". Учитывая строение платины, на ее "гористой" электрической поверхности молекулы газа и жидкости имеют отличные условия для вступления в реакцию, и тогда вы получаете новое вещество. Без этого процесса невозможно развивать современную химию.
В России изучением роли катализа для получения новых веществ очень серьезно занимаются ученые Института катализа имени Борескова Сибирского отделения РАН.
Мы затронули только один пример - платину. А если уж говорить про другие ресурсы, то важнейшим космическим ресурсом, как ни странно, является вода. Вода, которая находится в тех же астероидах. В кометах вода тоже есть, скорее всего, кометы воду и на Землю тоже принесли. Но кометы летают слишком быстро. Нужно потратить гигантское количество топлива, чтобы, грубо говоря, ее догнать для забора оттуда воды. А с астероидами дело проще: скорости намного ниже.
- В чем разница между кометой и астероидом?
- Кометы - это тела каменисто-льдистые, то есть с большим количеством льда, а твердое вещество может присутствовать в виде пыли или каких-то мелких кусочков. Что такое "звездные дожди"? Это когда лед в комете испарился, а оставшиеся камушки - их целый рой - летят в межпланетном пространстве и, натыкаясь на Землю, сгорают в атмосфере.
Астероид более монолитный, более каменистое вещество, с меньшим содержанием льда. Но льда может не быть в чистом виде, вода может быть в виде гидратов. Есть, например, такие углистые хондриты (один из видов метеоритов - ИФ), которые могут содержать до 30% воды. Эксперименты по удалению из них воды уже проводятся. Берется вещество - углистый хондрит, помещается в термокамеру, нагревается, вода испаряется и собирается. Это своего рода подготовка для извлечения воды в космосе.
Зачем нужна вода в космосе? Не только для того, чтобы пить - бытовые вещи понятны. Самое главное в том, что вода - это топливо для двигателей межпланетных кораблей. Не сама вода, H2O, конечно, а ее составляющие. Если у вас есть энергия (в космосе солнечная), есть время, вы разлагаете воду на водород и кислород с помощью электролиза, с помощью солнечной энергии, и у вас получается два компонента – водород и кислород. При соединении получим мощный водородный двигатель. Это считается сейчас основным фактором для обеспечения возможности распространения человечества по Солнечной системе! Нужно топливо, а с собой много топлива с Земли не возьмешь - это очень дорого. Да к тому же для такой операции нужна гигантская конструкция. А вот если научиться находить воду в космосе и использовать ее, как топливо - это один из перспективных разрабатываемых методов. Можно сказать, что "золотая лихорадка" превращается в "водную".
- Получается, что астрономия - это не только фундаментальная наука, а и прикладная.
- Конечно. Вот, например, когда мы говорим о космических угрозах, прикладной аспект абсолютно очевиден. Когда нам говорят: а что вы, астрономы, людям даете, кроме этой самой романтики, которая нашу короткую нашу жизнь украшает? Мы можем перечислить массу практических нужд, которые решает астрономия.
- Теперь перейдем к теме космического мусора. Недавно было заседание Президиума РАН, на котором речь шла о космическом мусоре. Называлась даже число - 23 тысячи обломков мусора. В вашем докладе отмечалось, что космический мусор как угроза стоит на первом месте. Если мусор будет самопроизвольно размножаться в результате взаимного столкновения на орбите, то все околоземное пространство будет засорено космическими обломками. И летать просто будет невозможно. Но космическая сфера - это экономическое понятие, потому что в ее развитие вкладываются гигантские средства. Вы говорили, что оценка стоимости всех аппаратов и всех услуг, которые связаны с космической деятельностью, достигает $1 трлн.
- Все совершенно правильно. Главная угроза в космосе для полетов - это космический мусор. Он разделяется на три класса: от 0,1 до 1 см величиной, от 1 до 10 см и более 10 см. Крупных объектов более 10 см и насчитывается примерно 23 тыс. А более мелких, конечно, намного больше.
- Откуда берется этот мусор? Это космическая пыль? Остатки комет?
- И то, и другое, но есть и третье. Третье – это рукотворное. В ранние периоды космической эпохи довольно часты были просто взрывы космических аппаратов. Взрыв аппарата - это сразу огромное количество обломков. А летают они, эти обломки, с большими скоростями - 8, а то и более километров в секунду. А на этих скоростях, я могу вспомнить Высоцкого, - "на этих скоростях песчинка обретает силу пули". Как ни странно, это примерно так. Мелкая частица весом 0,01 грамма, можно сказать, пылинка, но на той скорости в космосе приобретает убойную силу 10 граммовой пули. Считается, что убийца космических аппаратов на низких орбитах - это любой обломок размером более 1 см.
- А низкая орбита - это сколько?
- По классификации - до 2 тыс. км. Но большая часть аппаратов летает на еще более низких, ниже 800 км. И здесь скорости порядка 8 км/с. Поэтому даже маленький, сантиметровый кусочек, , обладает такой энергией, чтобы уничтожить космический аппарат. На геостационарной орбите скорость ниже, уже не 8, а 3 км/с. Там опасность грозит от столкновения с кусочком побольше - размером в 3 см и более. Фрагмент космического мусора такого объема может обладать энергией, сравнимой с убойной силой меньшего обломка на нижней орбите. Так вот, мы пока наблюдаем более-менее уверенно только обломки размером более 10 см. Их и насчитывается около 23 тысяч. А обломков, которые больше 1 см и которые, и как мы говорим, могут быть убийственными, - их под миллион. А более мелких еще больше. Они тоже имеют свои, скажем так, гадкие свойства. Ну, например, мелкие обломки портят солнечные панели, портят иллюминаторы станций, иногда обшивку, хотя и нефатально.
- Известны случаи крупных столкновений с нашими станциями?
- Сколько угодно. Но не со станциями, а со спутниками. Станции охраняются особо. Окружающий их космос очень внимательно мониторится. А вот со спутниками были и прямые столкновения. Совсем недавно наш, правда, мертвый, спутник "Космос" столкнулся с "Иридиумом". "Иридиум" - это американский спутник из системы вещания. Их много, целое созвездие. Столкновение произошло над Сибирью. В результате появилась куча обломков. Таких ситуаций много. Некоторые даже сняты на камеру. На американском аппарате дистанционного зондирования Земли "Сентинел" камера зафиксировала удар об этот аппарат очень маленькой частицы, массой всего 0,2 грамма. Крохотная. Но она выбила 5% солнечной панели и немного изменила орбиту. Конечно, она спутник не убьет. Но если в космонавта попадет, то может его скафандр прошить.
- Как же планировать уход от них станции МКС?
- МКС каждый год совершает несколько маневров уклонения от опасных частиц, соответствующие службы с помощью инструментов наземного и космического базирования следят за полетом таких частиц, вернее, вычисляют их траекторию. Пока в основном все расчеты опираются на данные наблюдений с Земли. Поскольку высота полета станции небольшая, примерно 400 км, то можно наблюдать радарами. На больших высотах радары объект уже не достают. Маневр уклонения совершается, если есть заметная вероятность столкновения с обломком более 1 см. Более определенно - если вероятность такого столкновения больше, чем одна десятитысячная, принимается решение о маневре.
- А при запуске ракеты-носителя, какие предпринимаются меры предосторожности?
- Когда заключается контракт на запуск космического аппарата, то обязательный пункт содержит гарантию, что ваш аппарат не должен производить мусор сверх неизбежного. Если раньше не особо заботились о том, что что-то при запуске могло отлетать - например, крышечки отстреливались, всякие зажимы и так далее - то сейчас это не допускается. Все части, которые могут отлетать, фиксируются так, чтобы, если крышка отскочила, то она никуда не могла улететь. И так далее. Нужно соблюдать эти правила, иначе вы лицензию на запуск можете не получить.
Еще один пункт - спутник обязательно должен иметь запас топлива на борту. Если у вас, например, геостационарный спутник, вы его после использования должны увести из этой зоны. Хоть космос и большой, но сама эта зона ограничена. Поэтому запас должен быть иногда до 10% топлива от того, что необходимо для совершения маневров, чтобы увести аппарат на последнюю орбиту, так называемую орбиту захоронения. Геостационарная орбита имеет высоту 36 тыс. км. Если вывести аппарат на 200-300 км выше, то там этот аппарат будет тысячи лет крутиться, не угрожая столкновением. А если низкий спутник, то делают по-другому, стараются не увести повыше, а снизить, чтобы он вошел в атмосферу и сгорел.
- Но мусор появляется и самопроизвольно, разбиваясь друг от друга. Это не на Земле: машиной не соберешь и погрузчиком не отгрузишь. Как быть?
- Вы по-другому как раз и формулируете так называемый "синдром Кесслера": если ничего не делать, то через некоторое время опасных обломков будет столько, что мы не сможем летать в космос. Что делать? Часть мусора на низких орбитах постепенно снижается, входит в атмосферу и сгорает. Самоочистка работает только для самых низких орбит, а выше, например, в зоне расположения ГЛОНАСС, GPS и других спутников и тем более на геосинхронных орбитах атмосферы нет совсем.
Так что в целом, конечно, сейчас есть понимание, что чистить нужно. Прежде всего не надо мусорить (это так называемый пассивный способ очистки), но в каких то важных зонах надо и чистить, то есть уводить опасные объекты из этих зон.
Забросил космонавт "сеть" и вытащил...
- Есть на Земле такая табличка: "Чисто не там, где убирают, а где не мусорят".
- Точно! Если при запусках обеспечивать недопустимость появления мусорных объектов в космосе, то уже будет чище. И спутник после использования должен уйти в область захоронения. Это и есть пассивный метод.
Активными называют те методы, когда применяются меры с использованием наземных средств воздействия на мусор. Например, лучом лазера или другим методом можно уничтожить или изменить орбиту небольшого обломка. Или применить специальные космические аппараты. В наши дни прорабатываются новые экспериментальные системы. Например, RemoveDebris - это аппарат, который был запущен летом прошлого года, а уже в сентябре выполнил очень интересный эксперимент в космосе. Этот аппарат сделан командой британского университета Surrey при поддержке различных фондов. Основной спутник массой 100 кг выпустил микроспутник массой 3 кг. Когда микроспутник удалился от основного на некоторое расстояние, то основная матка выстрелила сетью и поймала эту модель объекта космического мусора. Сеть конечно "на веревке", за которую основной спутник утащит "мусор" в плотные слои атмосферы в этом году.
- Это не фантазия?
- Я сам этот фильм видел в интернете, он снят в космосе аппаратом, установленным на основном спутнике. Сеть охватила вот этот самый микроспутник, который играл роль мусора. Это один из методов. Затратный, конечно. Его можно использовать только в очень серьезных случаях, когда это действительно очень необходимо. По мелким обломочкам сетью не настреляетесь. А вот по крупному аппарату - да.
Есть другие методы для крупных объектов: их можно не хватать сетью, а прикрепить к этому объекту надуваемую оболочку. Оболочка после прикрепления раздувается и ее площадь увеличивается, точнее увеличивается лобовое сечение объекта, и он быстрее сваливается в плотные слои атмосферы, где сгорает.
Есть и другие виды. Паруса разные ставят и прочее. А наши физики работают над двумя другими методами. Смысл одного такой: на объект направляется лазерный луч, он должен быть хорошо сфокусирован, чтобы в том пятне, куда он попадает, началось испарение вещества, а испарение означает отток вещества. Пары вещества мишени отлетают, а раз они отлетают, то получается ракетный эффект. То есть вы с помощью лазерного луча создаете реактивный эффект на этом объекте. И он уходит с орбиты.
Лазер простив мусора
- Применительно к МКС этот метод действует?
- Тут идея такая: чтобы МКС не уклонять с пути, так как это дорого, то как только появляются в поле зрения мелкие, но угрожающие объекты - направлять в них лазер. Лазер бортовой, он не очень мощный. С огромным куском, конечно, ничего не сделаешь, и тогда надо уходить, а вот на мелкий можно направить лазер, с тем, чтобы изменить его орбиту и не допустить столкновения.
Над этим методом использования лазера работают не только в России, но и в других странах. Есть хорошая кооперация - Россия, Франция, Италия, Япония. Один член из команды Франции даже получил недавно Нобелевскую премию, но не за этот проект. Он работал по лазерам в частности с нашими физиками из Института прикладной физика РАН.
- Наши радары - насколько они мощные и можно ли на них положиться в поисках этого мусора, чтобы фиксировать его?
- Все низкие объекты и даже мусор в основном отслеживаются радарами, но только низкие. Мощные радары в сотни мегаватт - это поисковые радары, они ищут, и в основном не мусор, а военные объекты. У них другие цели. На недавнем заседании президиума РАН отмечалось, что нам нужны радары гражданского назначения, которые могли бы по мусору работать, в Штатах они есть. Поисковые радары эффективны только в самом ближнем космосе, на высотах до нескольких тысяч километров. Что касается более далеких объектов, то поиск и мониторинг объектов космического мусора, как и опасных астероидов, идет в оптическом диапазоне с помощью наземных средств. Хотя у американцев есть и спутники. Для отслеживания мусора у них работают шесть спутников.
Поверьте, очень нужно 250 млн рублей!
- Что касается российских наземных средств, то хочу отметить, что у нас есть мощный обзорный телескоп. Это телескоп оптический, диаметром 1,6 метра, с большим полем зрения, он отличается от обычных телескопов. Обычный телескоп, даже шестиметровый, не пригоден для обнаружения, так как у него очень маленькое поле зрения. Он в данный момент видит лишь крохотный участок неба, совсем крохотный. А поиск - это означает обзор всего доступного неба и нужно применять сканирование. А для того, чтобы небо быстро сканировать, нужно, чтобы поле зрения телескопа было побольше.
Наши ученые, технические специалисты, промышленность построили хороший телескоп АЗТ-33ВМ, он стоит в обсерватории, расположенной в местечке Монды в Бурятии, и принадлежит Институту солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН. Все бы хорошо, но самую главную часть - приемники излучения (детекторы) мы закупаем за рубежом. Высококачественные приемники - это высокие технологии. В вашем фотоаппарате (например в смартфоне) тоже есть такой приемник. Маленький, меньше 1 см. Он преобразует световые импульсы, то есть картинку, которую строит объектив на приемнике, в электрические сигналы, которые можно передать на компьютер. Там они реализуется в виде картинки. Так вот поле этого телескопа больше 20 сантиметров, а в нем работает всего один детектор, а нужно еще 23. Тогда поле уже будет покрыто более-менее прилично. А пока мы считываем информацию только с одного детектора и телескоп имеет эффективность не более 5%. На детекторы просто нет денег.
- Сколько стоило создание этого телескопа?
- Американские аналоги стоят до $100 млн. Наши построили за гораздо меньшие деньги, потому что есть такое понятие как "энтузиазм"! В основном за академические деньги Сибирского отделения, некоторую сумму "Роскосмос" выделял. Но, чтобы закупить детекторы и закончить строительство этого телескопа, требуется 200 - 250 млн рублей. Если это будет, тогда у нас появится полномасштабный обзорный инструмент мирового уровня.
Если... Два года мы не можем найти деньги.
Эпилог
- В качестве эпилога я решил поставить ответ на мой вопрос, каково сейчас положение в космической науке?
- Космическая наука, несмотря на различные громкие слова, которые произносят ответственные руководители, сейчас не в приоритете. На самом деле ситуация такова: последняя версия Федеральной космической программы, где есть раздел "космическая наука", выглядит так, что финансирование на 2020-2021 года сокращено более чем в два раза по космическим научным проектам. Именно поэтому ученые, занимающиеся космической наукой, сейчас высказывают озабоченность судьбой нашей лунной программы и других проектов. Я работаю в проекте "Спектр-УФ" (ультрафиолет) - это фактически российский Хаббл: чуть поменьше телескоп, но тоже очень могучий. На "Спектр-УФ" финансирование сократили на 2020 год в 15 раз! Когда мы задали вопрос "Роскосмосу": что вы делаете? - ответ прозвучал как детский: "Вы не волнуйтесь, общая сумма федеральной программы рассчитана до 2025 года и общая сумма практически сохранилась, правда подрезана немножко. Но что это означает? Вот сейчас мы вам денег не даем, а в 2025 году дадим сразу все. Разве можно при этом рассчитывать, что вся работа будет сделана?! Это же совершенно несерьезно! Понятно, что в стране могут быть другие приоритеты, вызванные всякими ситуациями, но все-таки при каком-то долгосрочном планировании хоть что-то должно быть стабильным! Или никакого нормального планирования у нас нет? Тогда и нельзя сравнивать результаты в космической науке не только с американцами, но и с европейцами, японцами и китайцами.