В 2022 году Земля потратила на космические программы 103 миллиарда долларов, побив все предыдущие рекорды. Львиную долю — 62 миллиарда долларов — выделили в США. Основные достижения NASA за тот год — научные и технологические: открытия звезд и экзопланет, успешные испытания новаторского оборудования для полета человека к другим планетам. Это мощно, без преувеличений. Однако и расходы колоссальные. Другие государства в 2022 вложились в космос ощутимо меньше, но суммы все равно внушительные: от китайских 12 миллиардов долларов до 720 миллионов долларов у Южной Кореи.
Действительно ли освоение космоса сейчас настолько необходимо человечеству? Действительно ли эти расходы приоритетнее, чем климатическое финансирование уязвимых стран, на которое вечно «не хватает бюджета», или чем восстановление гибнущих экосистем?
В статье разбираемся, что дает человечеству исследование космоса и стоит ли оно того.
Кто наследил на Луне
Азия активно осваивает космос. Последняя нашумевшая новость — прилунение Японии. До этого свою первую посадку на Луне совершила Индия. Но первенство в XXI веке принадлежит китайцам: с 2013 по 2020 они реализовали три успешные миссии и даже доставили на Землю образцы лунного грунта. Азиатским странам удалось осуществить то, что сейчас безуспешно пытались повторить Россия и США.
Как известно, на каждую удачную попытку прилунения приходится множество неудачных. Не меньший резонанс, чем достижения Японии с Индией, в последние годы вызвали новости о провале миссии американского исследовательского модуля Peregrine и крушении российской автономной станции «Луна–25». Оба проекта были масштабными, и в оба аппарата было вложено много средств. В этом смысле японцы оказались куда экономичнее. Они четко сфокусировались на основной задаче — испытании новой технологии высокоточной посадки — и динамических свойств мини-луноходов. Глобальных научных целей JAXA (Японское агентство аэрокосмических исследований) в этот раз не ставило. И правильно: поначалу связь с аппаратом была утеряна, но посадку совершить удалось и техническое испытание прошло успешно, так что основная задача была выполнена. Другой вопрос, оправданы ли сейчас, в эпоху поликризиса, все эти астрономические затраты — когда климатический кризис грозит подорвать условия нашего существования уже в течение нынешнего века.
Пикник на обочине
У NASA и SpaceX много совместных планов, и одно из направлений сотрудничества — развитие космического туризма. Начиная с 2000-х, на МКС принимали туристов от частной компании Space Adventures, позже там открылась секция SpaceX, которые доставляют путешественников по заказу стартапа Axiom Space. Теперь и NASA собирается открыть там собственный турсегмент. А пока участвует в организации полетов частников. Так, 20 января 2024 года корабль SpaceX успешно доставил на станцию трех гостей — экипаж впервые полностью гражданский — которые будут работать вместе с сотрудниками МКС и проводить научные эксперименты. Каждый из них заплатил около 55 млн $: сумма включает в себя предварительную подготовку к выходу в космос и жизни в невесомости.
МКС — не единственное развлечение в космосе. В 2022 SpaceX уже отправляли туристов на орбиту, а 2 другие американские компании скоро начнут продавать полеты в пределах земной орбиты с выходом в невесомость на пару минут. А пионеры рынка, те самые Space Adventures, предлагают и полет вокруг Луны — на будущем корабле Starship. Первые места уже зарезервированы.
По прогнозам аналитиков, космические полеты сильно подешевеют уже к 2030-м, и тогда начнет развиваться массовый туризм. Многие фирмы уже вовсю готовятся: проектируют собственные шаттлы, вместительные космические капсулы и даже будущие орбитальные отели.
Как известно, где туристы — там и мусор. Когда космос станет индустрией, количество мусора в околоземном пространстве может возрасти в геометрической прогрессии: по опыту очевидно, что далеко не все бизнес-компании заботятся об окружающей среде и минимизации собственных отходов.
Однако ситуация уже сейчас близка к критической. Каждый успешно запущенный спутник и исследовательский объект занимает место на орбите, тем самым усложняя будущие выходы в космос. По подсчетам, в середине 2023 года вокруг Земли вращалось около 25 тысяч искусственных спутников, причем с каждым годом количество новых запусков растет. Один только Starlink располагает группировкой в 5 тысяч аппаратов. Впоследствии все они выходят из строя и становятся космическим мусором, который уже изрядно захламил околоземное пространство. Хуже того: при столкновении друг с другом эти объекты разбиваются на мелкие обломки и занимают еще больше пространства.
По сути, мы создали вокруг своей планеты искусственный астероидный пояс. И он несет нам множество угроз. Во-первых, кружащийся хлам может стать плотным кольцом и перекрыть нам интернет и GPS, ради которых во многом и создаются группировки спутников. Во-вторых, обломки могут заблокировать нам выход в космос. В-третьих, мусор может врезаться в пилотируемый корабль или МКС с людьми на борту. На таких скоростях обшивку может повредить даже мельчайший обломок, а столкновение с объектом больше 10 см — уже фатально. Наконец, не исключено и неконтролируемое падение крупного объекта на Землю. Последствия — те же, что при ударе астероида.
К сожалению, разработка дорогостоящих технологий космической уборки пока идет очень медленно, хотя как раз они нам давно уже актуальны. В 2010-х успешно прошли испытания сетей и гарпунов для ловли мусора, и все ждали их внедрения в ближайшее время, но проекты по разным причинам откладывались. Ближайший запуск космического уборщика готовится в 2026 году: это реактивный буксир ClearSpace-1, который захватывает клешнями крупный объект и пилотирует его к земной атмосфере. Там они сгорают вместе. Технология не слишком экономичная, потому что денег в одноразовый аппарат вкладывается много. Есть и более перспективные идеи, вроде уничтожения мусора лазерным излучателем или сдувания его к атмосфере Земли ионным потоком, но все они пока ждут дальнейшего финансирования.
Романтика далеких звезд
Как ни странно, финансирование получают не только предприимчивые дельцы, но и подлинные романтики космоса — астрофизики. Вопросы, которые их занимают, чаще всего далеки как от получения прибыли, так и от решения насущных проблем. Впрочем, без теоретической науки и мечтаний о межгалактических перелетах космос никогда не стал бы реально достижимым — и никаких компаний вроде SpaceX сейчас бы не существовало. Загоревшись безумной идеей выхода за пределы Земли, именно теоретики когда-то создали надежные предсказательные модели и чертежи первых ракет. Тогда они были на шаг впереди современного им общества — и сейчас так же.
В настоящий момент космические исследования — один из основных двигателей фундаментальной науки. Данные телескопов и обсерваторий стимулируют появление новых концепций и даже пересмотр основополагающих теорий. Недавний инженерный прорыв позволил ученым получить реалистичные снимки черной дыры и даже покадрово наблюдать за ее вращением.
Светящееся кольцо, которое видно на слайдах, — это фотоны, вращающиеся вокруг самой дыры: световое облако частиц, притянутое сверхмассивным объектом. А дыра отображается как таинственная тень в центре. Это удивительно точный символ загадок и противоречий современной физики. Вращение фотонов, падающих за горизонт событий, будоражит фантазию и остается предметом постоянного научного моделирования. А что находится за горизонтом событий, внутри искаженного пространства-времени, постичь пока не удается. Хотя предположения, разумеется, есть.
В этих зияющих безднах сталкиваются так и не сведенные в общую картину теория относительности и квантовая механика. Проблема в том, что ОТО хорошо описывает взаимодействие крупных тел в ткани пространства-времени, но дает абсурдные результаты, если попытаться ее применить к поведению мельчайших частиц. И наоборот: законы микромира на макромир не растягиваются. Непротиворечивое их объединение — вызов, стоящий перед теоретической физикой. А изучение черных дыр дает возможность, с одной стороны, проверять в деле предсказания теории Эйнштейна, с другой стороны, исследовать поведение фотонов, захваченных в гравитационную ловушку.
До появления наглядных изображений исследования этих уникальных объектов оставались умозрительными. И производились с помощью сложных математических выкладок. «Бублик» на снимке на самом деле состоит из множества световых колец. Как кольца дерева, они хранят в себе слепки прошлого. Фотоны запечатлевают Вселенную в тот момент, когда они оказались в воронке черной дыры.
Новое изображение год спустя продемонстрировало смещение тени на 30°. Таким образом видно, как вращаются световые кольца. Совмещение изображений предоставляет достаточно информации для того, чтобы делать выводы о массе черной дыры и скорости ее вращения. Такой метод наблюдения можно сравнить с воссозданием внешности человека по его многочисленным отражениям в зеркалах. И результаты косвенно подтверждают справедливость теории Эйнштейна, поскольку размер самой дыры укладывается в предсказания, сделанные на основе его модели.
Исследователи рассчитывают, что дальнейшее более точное наблюдение позволит им дополнить и уточнить две основополагающие физические концепции. Для повышения эффективности и скорости работы команды потребуется дополнительное финансирование — 73 миллиона долларов. Но именно оно, возможно, обеспечит дальнейший научный прорыв.
К каким открытиям и новым технологиям нас ведут эти исследования, пока сказать сложно: теоретическая наука всегда стремится заглянуть дальше наших обыденных представлений, за горизонт текущих событий. Но перспектива проглядывает. Кто знает, что мы приобретем, если лучше поймем устройство времени и пространства, а также пространственно-временных искажений? Что мы увидим, когда заглянем в темное прошлое Вселенной — и к каким выводам придем в итоге? Вполне возможно, что некоторые идеи и технологии из научной фантастики уже к середине века окажутся нашей реальностью.
Sci-fi технологии
Другое направление постоянных инвестиций — развитие инновационных космических технологий. Рассчитаны они в первую очередь на расширение возможностей в самом космосе, а не на решение запросов общества. При всех амбициозных планах космических агентств и частных фирм, пока люди не вполне освоились в безвоздушном пространстве — и создают все новые разработки, чтобы претворить задуманные проекты в реальность. Не меньше востребованы космические изобретения в науке: ученым постоянно требуются более мощные и совершенные приборы для уточнения данных и ускорения их обработки.
Из последних новостей, на которые оказался так богат январь 2024 года, — запуск рентгеновской обсерватории с телескопом полного обзора. Новейшее оборудование устроено подобно глазу омара, то есть имеет практически бесконечное поле зрения. Einstein Probe, или Зонд Эйнштейна, вращается вокруг Земли и запечатлевает панораму видимой Вселенной несколько раз в сутки. Уникальность технологии в том, что видно не только широко и далеко, но еще и с высоким разрешением. Улавливатель рентгеновских лучей, совмещенный с основным телескопом, позволяет оперативно замечать интересные астрономам события, вроде вспышек сверхновых и пролетающих мимо комет. Если случится нечто из ряда вон выходящее, режим обзора автоматически переключится на режим детального изучения выбранного участка небосвода. Уже сейчас на «глаз омара» рассчитывают многие астрофизики, например, те же исследователи черной дыры. А в перспективе эта технология дает полноценный обзор будущим исследовательским миссиям. И возможно, дальним космическим кораблям.
Буквально в ноябре предыдущего года NASA отправило на МКС терминал лазерной связи под названием Lincoln Laboratory — и это прорыв в космической коммуникации. На сегодняшний день связь с космосом обеспечивается по радио. Радиоволны доходят до Земли не так быстро, как хотелось бы, и позволяют передавать не слишком много информации. А лазер работает в инфракрасном диапазоне, то есть на короткой длине волны, и передает данные в десятки раз быстрее. Еще системы лазерной связи во всех отношениях экономичнее радиочастотных: они меньше весят, занимают меньший объем пространства и потребляют меньше мощности.
Новейший прибор был установлен не только на МКС, но и на межпланетный зонд «Психея». Достигнув расстояния в 80 раз дальше Луны, он передал на Землю 24-секундное видео с котиком, гоняющимся за лазерной указкой.
Ролик достиг калифорнийской лаборатории за 101 секунду и транслировался на высокой скорости — 267 Мбит/с. Эта связь примерно в два раза качественнее обычного домашнего интернета и превосходит от 10 до 100 раз радиосвязь с другими космическими зондами. За несколько сеансов коммуникации «Психея» отправила из космоса 1,3 терабита информации. И это абсолютный рекорд. Новейшие телескопы и исследовательские установки позволяли собирать большие объемы информации, но до сих пор возможности передачи были очень ограниченными. Теперь эта проблема решена.
Конечно же, изобретение было сделано с прицелом на дальние космические полеты. Таким образом, они отлично сочетаются с рентгеновским телескопом полного спектра обзора. Будущие астронавты будут обеспечены широкомасштабным наблюдением и своевременной связью с Землей. А пока что эти дорогостоящие игрушки значительно ускоряют и удешевляют астрономические исследования и эксперименты.
Впрочем, со временем многие космические технологии находят применение и на Земле. Например, НАСА приводит целый перечень своих внедренных изобретений. Начинается список с «ловушки парниковых газов», «сохранения энергии» и «сокращения углеродного следа в воздухе». Из наиболее примечательного — аэродинамические конструкции грузовиков и самолетов, которые существенно экономят расход топлива и сокращают выбросы, усовершенствование солнечных батарей и ветряных турбин, а также изоляционные покрытия для энергоэффективных зданий. Помимо прочего, сейчас NASA сотрудничает с климатическими проектами и мониторит состояние окружающей среды со спутников: в частности, возгорания тропических лесов, тенденции изменения земной поверхности, надвигающиеся бури и циклоны и т.п.
Космос для всех?
Еще один дорогостоящий проект NASA в сотрудничестве с Европейским космическим агентством (ESA) напрямую связан с декарбонизацией энергетики. И это радует: наконец-то помимо амбициозных планов туроператоров по развлечению человечества, появляются и крупномасштабные планы по его спасению. А для их осуществления потребуется симбиоз космических технологий с земными.
Это размещение солнечных батарей в космосе и передача энергии на Землю через микроволновое излучение. Пробный запуск небольшой экспериментальной установки оказался успешным, что вдохновило исследователей на дальнейшие разработки.
Поначалу NASA посчитало проект нерентабельным, но те, кто выступает в его поддержку, заявляют, что стоимость солнечных батарей будет и дальше резко падать. Так же, как и стоимость запусков ракет. В последние десятилетия эти две технологии уже изрядно подешевели. Когда аналитики NASA внесли поправки, предложенные ESA, они обнаружили, что стоимость космической солнечной энергии сопоставима с наземной и экологичность — то есть углеродный след — тоже. Потенциально космическая энергия может стать даже более зеленой, чем полученная на поверхности планеты. Но основная привлекательность этой идеи в том, что на орбите солнечные лучи можно ловить круглосуточно, без атмосферных помех.
Наибольшими энтузиастами в этой области выступают европейцы. В 2022 году Европейское космическое агентство запустило инициативу под названием SOLARIS. Ее цель — с помощью подготовительных исследований и разработок всесторонне оценить выгоды и недостатки космической солнечной энергии. Основной риск — использование мощного микроволнового излучения. Во-первых, оно может негативно влиять на здоровье человека, во-вторых — неизвестно, как микроволновый прогрев отразится на состоянии атмосферы. Потребуется установить безопасные нормы мощности и создать нормативно-правовую базу. В-третьих, передатчики могут создать помехи для работы спутниковых радиостанций и систем навигации: вероятно, придется лицензировать отдельные рабочие частоты. В общем, проект действительно требует тщательной проработки.
Вердикт планируется вынести к 2025 году. И это очень взвешенный подход: подготовительная фаза не требует столько же инвестиций, сколько весь масштабный проект с неясными пока перспективами. Неясными, но весьма заманчивыми.
Другие разработки решают научные проблемы и технические вызовы с фокусировкой на отдаленное будущее. А эта инициатива напрямую отвечает на климатический кризис. Но и затраты несопоставимы. Установки лазерной коммуникации и Зонд Эйнштейна запустить было куда проще. Гораздо легче решиться на две небольшие более-менее полезные покупки, чем на одну очень практически необходимую, но крупную — вроде установки бризера, который полноценно очищает воздух в доме.
Похоже, расходы на космос вполне имеют смысл. Но, как водится, дьявол в деталях.
Финансирование климатических проектов и энергоэффективных технологий вопросов не вызывает. Другое дело — непомерные запросы астрофизиков: всевозможные виды колоссальных телескопов, ультраскоростное программное обеспечение и сверхточные спектрометры для того, чтобы рассматривать в деталях далекие звездные скопления и завихрения вокруг черных дыр. Но именно за этими часто не вполне понятными исследованиями нередко открываются головокружительные перспективы развития. Так что вкладываться в фундаментальную науку стоит — чтобы у человечества было будущее.
А вот индустрия космотуризма рождает куда больше сомнений. Сейчас в нее вкладывают свои миллионы богачи, но дополнительно развивать этот рынок за счет налогоплательщиков, которым в ближайшее время такие развлечения не светят, довольно странно. Впрочем, это уже больше касается американцев. Вполне возможно, программа NASA их устраивает — если население вообще в курсе таких деталей.
Что касается технологических инвестиций — пока что космические разработки не то чтобы отвечают на актуальные вызовы, стоящие перед человечеством. Эта сфера сейчас активно развивается, и опираться на нее как на надежного помощника, пока рано. Есть редкие удачные примеры кооперации ученых, изобретателей и активистов: проекты типа SOLARIS или космических уборщиков. Примечательно, что наиболее активно их продвигает Европа, у которой, к сожалению, еще не так много технологических возможностей, как у тех же США.
Планов у космических агентств уже громадье, и для их реализации требуются новые и новые вложения. Но насколько все эти проекты целесообразны — большой вопрос. С одной стороны, было бы неплохо, чтобы все так экономили силы и средства, как это делают JAXA и ESA. С другой стороны, какая из разработок в итоге «выстрелит» и сможет продвинуть вперед те же технологии солнечной космической энергии, заранее предугадать не всегда возможно. Однако хотелось бы, чтобы космические программы были более прозрачны, подотчетны обществу и сообразовывались с потребностями текущего дня. Во многом освоение космоса продолжает оставаться за закрытыми дверями научных лабораторий и оборонных агентств. Такова специфика развития отрасли. К счастью, гражданская наука активно развивается и постепенно приоткрывает завесу космоса для заинтересованных и неравнодушных.
Послесловие: прогнозы на ближайшее будущее
Как видим, уже сейчас растущее геополитическое напряжение становится толчком к соперничеству ведущих космических стран. Каждая стремится установить доминирование в космосе или по крайней мере обрести космический суверенитет. Барометром инвестиционного ландшафта, вероятно, будет выступать SpaceX. Потенциальными катализаторами интереса инвесторов являются два долгожданных проекта компании: корабль Starship и общепланетарный спутниковый интернет Starlink.
Также, по прогнозам, может открыться новая золотая жила в сферах материаловедения и геологии — благодаря микрогравитационным исследованиям. Новые материалы и даже, возможно, новые лекарства, разработанные в космосе, способны не только произвести революцию в фармацевтике и микроэлектронике, но и привлечь масштабные вложения.
Климатическая обстановка на планете тоже сыграет свою роль. Уже в 2023 году в Калифорнии был принят первый в своем роде законопроект, обязывающий крупные компании раскрывать информацию о своих выбросах в атмосферу — включая выбросы в цепочке поставок. К 2026 году компании должны будут публично сообщать о выбросах парниковых газов, возникающих в результате их деятельности. Для этого, кстати, будут использовать данные со спутников. Ожидается и дальше всплеск законодательных мер, направленных на повышение прозрачности информации о климате. Такое развитие событий вызовет бум разработок и внедрения технологий глобального мониторинга жизненно важных показателей планеты.
Автор: Екатерина Доильницына