«Техника-молодежи» 2001 г №4, обл, с.2-5
| Юрий ЕСЬКОВ, член-корреспондент Академии космонавтики имени К.Э. Циолковского | КОСМОНАВТИКА XXI века |
| ... Последствия выхода в космос многократно превзойдут в отдаленной перспективе сегодняшний непосредственный эффект и окажут глубочайшее воздействие на весь последующий ход эволюции нашей цивилизации.
М.В. Келдыш |
Вступая в XXI в., российская космонавтика отмечает два, хотя и не круглых, но важных, юбилея: 90-летне со дня рождения Мстислава Всеволодовича Келдыша — «теоретика космонавтики», как его (не раскрывая, правда, имени) называли в наших газетах в 50 — 60-е гг., и 40-летие полета Юрия Алексеевича Гагарина.
ИТОГИ ВЕКА МИНУВШЕГО. Со дня запуска первого искусственного спутника Земли в 1957 г советская космонавтика (как и мировая в целом) достигли впечатляющих успехов (однако не того уровня, о котором мечтали ее пионеры)
На практике «мирная» космонавтика оказалась побочным продуктом при создании военной техники — ракетно-ядерного оружия. Ракеты-носители на первых порах создавались на базе межконтинентальных баллистических ракет. Различные спутники научного и прикладного (народнохозяйственного) назначения использовали в основном технологии военных аппаратов (разведчиков обзорной и детальной разведки, спутников связи, навигации и систем предупреждения о ракетном нападении).
Сегодня пестрый парк одноразовых ракет-носителей обеспечивает широкий диапазон грузоподъемностей по полезным нагрузкам (от нескольких десятков килограмм до — теоретически — 100 т), однако стоимость выведения на низкую опорную орбиту все еще весьма велика: до 30 тыс. долл./кг для малоразмерных ракет, 10 тыс. долл./кг для частично многоразовой системы «Спейс-Шаттл» и 2 тыс. долл./кг для одноразовых носителей класса «Протон». Снижение стоимости выведения в дальнейшем связывают с применением многоразовых носителей, но и при этом мало кто надеется снизить ее до 700 — 1000 долл./кг.
Общий ежегодный объем космических услуг в мире сегодня составляет вроде бы значительную сумму — около 100 млрд долл.; к 2010 г ожидается ее удвоение. Однако эти цифры впечатляют лишь на первый взгляд: они ничтожны в сравнении не только с мировым ВНП (оцениваемым почти в 30 трлн долл.) или с оборотом топливно-энергетического комплекса —ТЭК (около 4 — 5 трлн), но и даже с непроизводственным сектором, например, туризмом (более 3 трлн)
Сейчас прибыльную часть космических услуг составляют, главным образом, связные и телекоммуникационные спутники, подавляющая же часть остальных космических программ убыточна и дотируется из бюджетов почти во всех космических державах.
В части научных открытий стоит отметить обнаружение радиационных поясов Земли, картографирование Луны, Марса и Венеры и посадку на их поверхность автоматических станций, доставка на Землю лунного грунта, обнаружение косвенных признаков наличия воды на Луне, измерения состава газовыделений из ядра кометы Галлея, обнаружение жидкой подледной воды на спутнике Юпитера, доставку космического аппарата к астероиду Эрос и посадку на его поверхность, исключительно эффектным оказалось применение оптического телескопа «Хаббл», а также ряда рентгеновских, УФ— и ИК-телескопов (расширены видимые границы Вселенной, зафиксированы взрывы сверхновых и т.д.)
Впечатляющие успехи достигнуты на пути в космос человека. Главные из них — полет Юрия Гагарина, выход Алексея Леонова в открытый космос, создание орбитальных станций, высадка на Луну.
Важное значение для будущих пилотируемых полетов имеют результаты, полученные на орбитальных космических станциях «Салют», «Скайлэб» и «Мир». Выявлена высокая эффективность и практическая безальтернативность присутствия космонавтов для регламентных работ, ремонта и особенно внештатных ситуаций (включая аварийные). Стало ясно, что при сооружении сложных крупногабаритных конструкций в космосе без присутствия человека не обойтись.
Особо стоит отметить результаты, полученные в ходе 15-летнего полета ОКС «Мир». Была продемонстрирована возможность длительного существования человека в невесомости (438-суточный полет Валерия Полякова — это не спортивный рекорд для «Книги Гиннеса», но подтверждение возможности пилотируемого полета к Марсу), а также работы людей на постоянной основе на орбитальных производственных комплексах в околоземном пространстве и на Луне.
Однако сегодня положение космонавтики двойственно. С одной стороны, прежние престижные проекты (типа гонки к Луне), характерные для времен противостояния США и СССР, уже не выдвигаются; резко снизилось бюджетное финансирование космонавтики, причем не только в переживающей системный кризис России, но и в других, вполне благополучных, странах. С другой стороны, происходит коммерциализация космонавтики (возник полноценные рынок средств выведения, связных спутников и т.д.). В этой связи уместно попытаться сделать прогноз развития космонавтики на XXI в.
ПАРУ СЛОВ О ПРОГНОЗАХ. Вообще, к прогнозам следует относиться с известной осторожностью Нелишне вспомнить, например, что Менделеев главной проблемой наступавшего двадцатого века считал... утилизацию навоза от стремительно возраставшего поголовья лошадей. Луи Блерио, первым в 1909 г, перелетевший Ла-Манш утверждал, что авиация в лучшем случае будет служить для спорта или перевозки почты и никогда — в военных целях (использование боевой авиации началось в 1912 г, в Триполитанскую кампанию, а к концу Первой мировой войны выпуск самолетов измерялся десятками тысяч). Еще в 1911 г. Вернадский говорил об использовании атомной энергии, но большинство европейских физиков начисто отрицали возможность создания атомного оружия... буквально за несколько лет до его первого применения. Перечисление подобных примеров можно продолжить, тем не менее на этом фоне случаются отрадные исключения.
Так, почти все прогнозы, сделанные отцом космонавтики к.Э.Циолковским почти 100 лет назад, блестяще подтвердились. Реализован сам принцип реактивного движения. Созданы ракетные двигатели с тягой в сотни тонн, реализованы многоступенчатые ракеты, созданы искусственные спутники и орбитальные станции, реализовано использование самого энергетически эффективного и экологически чистого ракетного топлива — кислород-водородного — в ракетных двигателях средств выведения и разгонных блоков космических аппаратов.
Даже такая частная проблема, как управление вектором тяги ракетного двигателя с помощью газовых рулей и качанием всего двигателя, было решена «по-циолковски». Пожалуй, единственным пока еще недовыполненным пунктом его прогноза является следующий: ...Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе всё околосолнечное пространство».
Но вот вопрос: что и зачем нам завоевывать?
Постараемся более прагматично оценить романтический тезис классика о «погоне за светом и пространством». Ведь если вспомнить эпоху Великих географических открытий, то Колумб и Васко-да-Гама отправлялись в свои опасные путешествия отнюдь не для доказательств шарообразности планеты, а за золотом и пряностями (куда более дорогими, чем золото). Так какие же «пряности» мы можем найти в космосе?
ПРЕЖДЕ ВСЕГО ~ ИНФОРМАЦИЯ. Как прикладными спутниками, так и межпланетными космическими аппаратами (КА) научного назначения, космонавтика решает только информационные задачи. В нынешнем, XXI в. они сохранятся и разовьются. Хорошо освоенные прикладные задачи, не требующие, как правило, новых типов двигателей и энергетических установок связь, телевидение, Интернет, дистанционный мониторинг Земли (включая, естественно, военные спутники)...
Важным направлением останется создание аппаратов для фундаментальных исследований. Хоть ученые и шутят, что наука есть способ удовлетворения собственного любопытства за казенный счет, вложения в эту область на самом-то деле весьма выгодны (10 долл. дохода на один вложенный).
Конкретными направлениями тут будут исследования структуры вещества, процессов преобразования энергии (включая изучение звезд, квазаров, черных дыр и т.д.). Вполне вероятным практическим выходом может стать освоение новых процессов, энерговыделение в которых на порядки превзойдет термояд и аннигиляцию. Правда, такие исследования должны вестись, в основном в межзвездном пространстве или вблизи самих звезд.
Буксир для захвата и буксировки к Земле астероидов. Цифрами обозначены: 1 — атомный реактор; 2 — капельно-жидкий радиатор; 3 — силовая ферма;
4 — электроракетные двигатели; 5 — баки с рабочим телом, 6 — стыковочное устройство; 7 — якорь. |
Продолжится изучение планет с целью более глубокого понимания эволюции Солнечной системы и распределения химических веществ в планетах и спутниках. Это позволит более грамотно прогнозировать поиск полезных ископаемых на Земле.
Отдельное направление — проблема происхождения жизни, в первую очередь поиск ее следов на планетах и их спутниках, где обнаружена вода в жидком состоянии.
Будут продолжены давно ведущиеся исследования по поиску в Галактике иных цивилизаций. Правда, их практические результаты, как легко догадаться, принципиально непредсказуемы; более того, есть обоснованное мнение, что обнаружение более продвинутых цивилизаций не сулит нам ничего хорошего. В качестве технических средств измерения могут быть использованы крупногабаритные телескопы космического или лунного базирования, например — на основе радиотехнических и энергетических элементов будущих крупномасштабных систем экологически чистого энергоснабжения Земли по микроволновому лучу. Но не будем забегать вперед...
Мы видим, что даже для решения информационных задач уже недостаточно традиционных космических энергоустановок и двигателей. Даже здесь очень пригодятся агрегаты ядерные, ядерно-электрические, термоядерные.
«ДЛИННЫЕ РУКИ» НАУКИ. Но роль таких установок только возрастает, если рассматривать куда более интересные и важные, «неинформационные», направления освоения космоса — назовем их «транспортно-энергетическими с использованием космических сырьевых ресурсов».
Весьма вероятно, что именно они будут определять в ближайшие 30 — 50 лет не только основные приоритеты в развитии космонавтики и космической техники, но и саму возможность существования человечества как единой всепланетной цивилизации. Речь идет об использовании уникальных возможностей космонавтики для преодоления беспрецедентного кумулятивного воздействия демографического, экологического, энергетического и сырьевого кризисов в условиях стресса от все более осознаваемой опасности глобальных естественных катастроф. Не останавливаясь вовсе на прогнозе по прикладным спутникам, упомяну только возможные пути решения некоторых энергоемких задач с помощью КА научного назначения. Более подробно будут рассмотрены крупномасштабные системы — защиты Земли от астероидов и энергоснабжения нашей планеты из космоса.
Запуск первых КА к границам Солнечной системы, что требовало баллистических затрат примерно 8 км/с осуществлен еще в конце XX в. с использованием только жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) и бортового радиоизотопного источника электроэнергии малой мощности (до 500 Вт) Дальнейшее продвижение в исследовании космоса во многом зависит от использования ядерной энергии как в двигателях, так и в энергоустановках Так, в КА для запусков в дальний космос эффективны ядерные ракетные двигатели (ЯРД) большой тяги, где высокотемпературные реакторы обеспечивают нагрев самого эффективного рабочего тела — водорода. В наземных стендовых образцах активных зон достигнуты температуры нагрева 2500 — 3000 К, что соответствует скорости истечения 8-9 км/с. В США и России проработаны и частично испытаны ЯРД с тягой 1,7 и 25т
С помощью ЯРД с тягой в 1 т можно реализовать «быстрый» (за 4 года) односторонний полет к Плутону малоразмерного КА с начальной массой 6,5 т при массе полезного груза 200 кг. Более сложные задачи требуют перехода к ЯРД большей тяги (желательно с дооснащением их дополнительным энергетическим замкнутым контуром, а также применения бортовых и напланетных ядерных энергоустановок, ЯЭУ). Так, при использовании ЯРД с тягой 7 т, дооснащенного энергетическим контуром 5 кВт.эл и напланетной ЯЭУ мощностью примерно 200 кВт, возможно решение весьма сложной задачи двухстороннего полета к спутнику Юпитера Европе с посадкой и доставкой к Земле ампулы с образцами воды из подледного океана.
Полет продолжительностью около 6 лет требует значительного набора скорости (22 км/с). Высокие затраты энергии на тепловую проходку ледовой скважины глубиной около 10 км (3 млн МДж), а также значительные мощности электролизного завода и криогенной установки для получения изо льда криогенного рабочего тела для возвращения требуют значительной массы полезного груза (так, проходческое оборудование и ЯЭУ весят 10 т). Масса такого трехступенчатого КА на околоземной отлетной орбите — 240 т (включая 190 т жидкого водорода). Он вполне может быть сформирован путем стыковки нескольких «сухих» модулей, выведенных современными носителями, — с последующей дозаправкой «земным» водородом.
Запуск КА в межзвездное пространство потребует набора еще больших скоростей — -до 150-200 км/с, что, например, может быть реализовано при помощи электроядерных двигательных установок (ЯЭРДУ) малой тяги. 45-тонный одноступенчатый аппарат (здесь учтен и полезный груз: телескоп — 2,5т, ЯЭУ замкнутой схемы — 10 т), располагая электрической мощностью 2000 кВт с ЭРД на ксеноне — со скоростью истечения 150 км/с, за 30 лет (включая 10-летний активный участок) удалится от Солнца в область межзвездного пространства на расстояние 600 а.е. (900 млрд км).
Полеты же даже к ближайшим звездам, дальности до кoтopых измеряются световыми годами, требуют перехода к термоядерным двигателям. Для одностороннего 60-летнего полета к звезде Барнарда на дальность 6 световых лет (55000 млрд км) с полезной нагрузкой 450 т потребуется двуступенчатый КА массой более 50 тыс т с термоядерным двигателем мощностью в несколько миллиардов кВт. Двигатель, обеспечивающий скорость истечения 10 000 км/с. — пульсирующего типа, работающий на гелии-3 с дейтерием. Масса такого КА хотя и велика, но соизмерима с массой геостационарной микроволновой станции для электроснабжения Земли. В случае освоения управляемого термоядерного синтеза такой двигатель и КА могут быть созданы к концу нынешнего столетия. Пилотируемые же полеты к звездам — явно за пределами XXI в. (если не произойдет еще одной научно-технической революции, сравнимой с той, что случилась в середине прошлого века. — Ред.).
КОЕ-ЧТО О КАТАСТРОФАХ. Подробно обосновывать важность системы гарантированной защиты Земли от столкновения с опасными космическими объектами (астероидами и кометами) сейчас уже нет нужды (эту задачу неплохо решает Голливуд. — Ред.). Стоит лишь отметить, что возможные масштабы экологических последствий такого столкновения соизмеримы с рассматривавшейся ранее моделью «ядерной зимы».
Необходимость принципиально нового подхода к экологически чистому энергоснабжению (электроснабжению) Земли уже в первой половине XXI в. диктуют следующие обстоятельства.
— Продолжается практически неконтролируемый рост населения Земли. Сегодня это 6 млрд человек, к 2050 г. прогнозируется 10 млрд. В связи с этим необходим значительный рост мощностей электроэнергетики. При сегодняшней мощности всех электростанций Земли 3 млрд кВт среднедушевое потребление электроэнергии, характеризующее уровень жизни, составляет 0,5 кВт/чел. Даже при сохранении душевого потребления на этом уровне потребуется рост установленных мощностей, по крайней мере, на 2 млрд кВт. А так как желательно довести среднедушевое потребление до 2 кВт/чел. (что обеспечит достаточно высокий уровень жизни при ее большой продолжительности и низкой смертности), то требуемый прирост составит 8 млрд кВт. Неслучайность выбора уровня в 2 кВт/чел., полученного на основе обработки результатов по нескольким десяткам стран, обосновывается тем, что при снижении этой величины показатели существенно ухудшаются. а при превышении и дальнейшем росте — практически не улучшаются.
При современной структуре электроэнергетике, когда 85% энергии дают тепловые электростанции работают на угле и угловодородном топливе, а на долю атомных и гидроэлектростанций приходится, соответственно, 10 и 5%, требуется наращивать мощности, что невозможно. Именно ТЭС являются одним из основных техногенных источников выброса углекислого газа в атмосферу (до 60%). Возникающее благодаря парниковому эффекту глобальное повышение температуры атмосферы приведет к таянию приполярных льдов, повышению уровня океана и затоплению громадных (причем наиболее продуктивных) прибрежных территорий. Еще более опасен эффект сдвига к северу границы вечной мерзлоты в Сибири и Канаде (на 600 — 800 км), наряду с превращением огромных территорий в малопроходимые болота, он приведет к размораживанию подземных запасов гидратов метана и выбросу в атмосферу огромного количества газообразного метана, являющегося также парниковым газом. Это усугубит процесс разогрева атмосферы и может довести его до необратимого катастрофического состояния. Даже при сегодняшних темпах роста температуры тепловая катастрофа может наступить к 2030 — 2040 г.
— Истощаются запасы дешевого углеводородного сырья (нефти хватит на 30 лет, газа — на 60, угля — на 200).
— Высока трудо— и капиталоемкость основных элементов ТЭКа. И это при том, что в развитых странах доля трудоспособного населения, прямо или опосредованно занятого в ТЭКе, составляет 15 — 20%, и ее дальнейшее увеличение малореально.
Прогнозируемые сроки кризисов по глобальному потеплению и истощению топливных запасов практически совпадают, что может создать неприятнейшие кумулятивные эффекты. Поэтому неизбежной представляется необходимость перехода к экологически чистой беспарниковой электроэнергетике с использованием возобновляемых ресурсов.
КОСМОС СПАСЕТ! В качестве такой энергетики предлагается электроснабжение из космоса по микроволновому лучу и создание наземных термоядерных электростанций (ТЯЭС) на экологически чистом топливе дейтерий + гелий-3. Гелий-3 на Земле практически отсутствует и может добываться лишь в космосе.
Оценка масштаба двух ключевых (имеющих высший приоритет) космических систем — защиты и энергоснабжения Земли — дана для следующих конкретных количественных исходных данных.
1. Отклонение «попадающей» траектории «неожиданного» тяжелого железного астероида массой 10 млн т в районе Земли на 100 тыс. км с помощью многократного воздействия взрывов ядерных зарядов ракет-перехватчиков.
2. Микроволновое электроснабжение Земли с лунной энергетической системы (ЛЭС) или с геостационарных микроволновых станций (КЭС) имеет суммарную мощность на наземных приемных станциях 3 млрд кВт (что соответствует мощности всех современных электростанций).
3. В качестве альтернативной системы электроснабжения рассматривается термоядерная система на дейтерии и гелии-3 при потребных темпах доставки гелия-3 300 т/год.
Информационная часть системы защиты — радиолокационная станция — обнаруживает астероид, имеющий диаметр 100 м на дальности примерно 10 млн км при скорости сближения с Землей 30 км/с и минимальным рубеже последнего ядерного взрыва 1 млн км. Термоядерный боезаряд перехватчика — 200 кТ. Масса полезной нагрузки ракеты-перехватчика — 0,3 т (собственно ЯБЗ, системы самонаведения и управления). Перехватчики массой по 2,5 т, общим числом 12000 штук, снабжены разгонными блоками на ЖРД. Они находятся на высокой залунной орбите дежурства в охраняемой зоне. Общая масса топлива в перехватчиках и транспортных КА для доставки — «сухих» перехватчиков с низкой орбиты на залунную — 100 тыс. т. При десятилетнем сроке развертывания системы темп доставки топлива — 10000 т/год (разумеется, не с Земли!).
Геостационарные КЭС изготавливаются из астероидного сырья (железных и каменных астероидов) с требуемым грузопотоком из астероидного пояса 500 000 т/год.
Доставка астероидов ведется при помощи одноразовых автоматических буксиров с ЯЭРДУ мощностью по 50 МВт эл. (тепловая мощность реактора — 100 МВт), обеспечивающих самодоставку буксира в пояс и последовательную стыковку сначала с «топливным» ледяным астероидом, а затем с «товарным» астероидом (железного или каменного типа). Начальная масса буксира перед транспортировкой к Земле — 30000 т. Длительность двухстороннего полета — 10 лет (1 год — туда и 9 — обратно) Масса заправленного буксира на околоземной орбите — 300 т, включая 30 т рабочего тела ЭРД (кислород). Требуемый темп пусков на орбиту — 50 буксиров в год при общем грузопотоке Земля — околоземная орбита — 15000 т/год (в том числе 1500 т рабочего тела ЭРД). Рабочее тело ЭРД в обратном полете — кислород, добываемый путем электролиза из ледяного астероида при расходе 50 г/с.
Лунные электростанции (ЛЭС) изготавливаются из лунного сырья на лунном же заводе, где производится и лунное топливо для космических аппаратов транспортной системы — кислорода для ЭРД межорбитального буксира (между околоземной и окололунной орбитами), а также ракетного топлива лунной ракеты (ЛР), курсирующей по маршруту Луна — окололунная орбита — Луна, — для ЖРД, работающего на топливе кислород — алюминий. Чтобы развернуть ЛЭС за 30 лет, потребуется доставлять с околоземной орбиты 5000 т оборудования лунного завода в год, для чего темп производства топлива на Луне должен достигнуть 30 000 т/год (топливо является попутным продуктом при производстве главных материалов ЛЭС: железа 300 000 т/год и кремния — 15 000 т/год). Для реализации необходимого грузопотока на Луну потребуются одновременно всего 7 буксиров с ЯЭРДУ, аналогичными астероидным. Каждый буксир массой 250 т совершает в год 10 рейсов, доставляя с околоземной на окололунную орбиту 70 т полезного груза за рейс. Общий расход ЯЭРДУ за 30-летнюю кампанию — всего 21 установка.
Доставка гелия-3 ведется из гелий-водородно атмосферы Урана. Энергозатраты на 10-летний полет — 240 км/с. Начальная масса гелиевого танкера на околоземной орбите — 450 т, включая 200 т рабочего тела ЭРД — кислорода. На околоурановой орбите танкер заправляется рабочим телом — водородом для ЭРД обратного рейса и доставляет 70 т гелия-3 к Земле за рейс. Темп пуска танкеров с околоземной орбиты — каждые 3 месяца. Грузопоток «сухих» конструкций — 1000 т/год, темп расходования рабочего тела — 900 т/roд.
Таким образом, подтверждается наличие в будущем крупнотоннажного рынка ракетного топлива и рабочих тел двигательных установок КА для развертывания системы защиты и одной из альтернативных систем экологически чистого энергоснабжения с масштабом 12000 т год. Это топливо может быть добыто всего лишь из одного доставленного к Земле ледяного астероида или на топливном заводе на Луне.
Техническая возможность создания таких важных для всего человечества систем сомнения не вызывает (в части ТЯЭС предполагается, что фундаментальная проблема — управляемый термоядерный синтез будет непременно решена, хотя сроки разными экспертами указываются весьма различные). Очевидно, насколько благородна цель такой работы — устранить астероидную угрозу и создать дешевый источник экологически чистой электроэнергии для подъема общего уровня жизни землян. Кстати за тридцать лет работы такая энергосистема позволила бы не только снизить выбросы углекислого газа на 600 млрд т, но и сохранить не менее 200 млрд т ископаемого топлива, а удельную стоимость отпускаемой электроэнергии довести до уровня, не превышающего 0,01 долл./кВт.ч (против нынешних 0,1 долл./кВт.ч).
ХОТИТЕ ЭКОНОМИКИ? Тем не менее эти предложения вполне могут остаться очередным «космическим прожектом» — в силу стереотипности сегодняшнего мышления, далекого от понимания общепланетарных проблем (первые же вопросы тут: «Кто будет платить?» и «Как будут распределяться доходы?»). Поэтому не станем апеллировать к «общечеловеческим ценностям» и прочим высоким идеалам, а попытаемся предложить механизм поэтапного решения предлагаемых задач, связанный с получением хотя бы небольших экономических выгод на каждом из этапов.
Первая идея, предложенная экспертом комиссии Госдумы РФ А.А. Расновским с соавторами, заключается в использовании снимаемых с дежурства МБР и ядерных боезарядов в рамках разоруженческих программ СНВ-1 и СНВ-2. На первом этапе предлагается не система электроснабжения Земли из космоса, а более простая и дешевая, без наземных приемных микроволновых станций, система подсветки Солнцем с помощью орбитальных зеркал для повышения урожайности и борьбы с сельхозвредителями.
Изготовить космические зеркала предполагается из одного железного астероида массой в несколько миллионов тонн. Доставить его в нужное место можно при помощи последовательных взрывов ядерных боезарядов, аналогичных системе защиты Земли. «Разделка» астероида и изготовление зеркал производятся на высокоорбитальных заводах. Ожидается, что затраты на такую систему будут сравнительно невелики, поскольку используется готовая матчасть (с доработками)
 Транспортная система для доставки топлива с Луны на околоземную орбиту: а) лунный топливный завод; б) варианты компоновки лунной ракеты (1 — бак с жидким кислородом; 2 — бак с порошкообразным алюминием: 3 — шасси; 4 — двигатель; 5 — стыковочно-переливной узел): в) околоземная орбитальная станция (топливозаправщик); г) межорбитальный буксир (1 — солнечные батареи; 2 — электроракетный двигатель: 3 — баки с рабочим телом и полезным грузом; 4 — стыковочно-переливной узел). |
Кроме того, понадобятся, правда, межорбитальные транспортные системы для доставки изготовленных на Земле орбитальных заводов с низкой орбиты на высокую и готовых зеркал — с высоких орбит на геостационарную, а также для перевозки персонала орбитальных станций с использованием ракетных двигателей и соответствующих топлив.
Вторая идея, предложенная автором, заключается в привлечении финансовых средств в откровенно коммерческий проект создания низкоорбитальной накопительной топливозаправочной станции, снабжаемой с помощью транспортной системы Луна — Земля — Луна ракетным топливом, производимым на лунном заводе. Целесообразность создания такой системы базируется на том, что при расходе в ближайшие годы всех КА, запускаемых с околоземной орбиты, до 5000 т/год и стоимости выведения 1000 долл./кг (что соответствует лучшим проектам многоразовых носителей) только затраты на выведение топлива на орбиту составят 5 млрд долл./год. Если бы на орбите появилось некое «космическое топливо» со стоимостью на порядок меньшей, чем «земное», ежегодная экономия составила бы 4,5 млрд долл.
Проработки показали, что такое снижение стоимости вполне реально. Так, масса топлива кислород — алюминий, выработанного на лунном заводе и доставленного на околоземную орбиту за жизненный цикл такой системы (10 — 20 лет), по крайней мере, в 15 — 20 раз превышает суммарную массу всех «сухих» конструкций, выведенных вначале на орбиту (а это собственно накопительная станция, утилизирующая крупногабаритный топливный бак второй ступени носителей «Спейс-Шатгл» или «Энергия»; межорбитальный буксир с солнечной электрической энергоустановкой и ЭРД, работающим на лунном кислороде; лунная взлетно-посадочная ракета с ЖРД на лунном кислород-алюминиевом топливе и лунный топливный завод). Эффективность будет еще выше в том случае, если подтвердится наличие запасов воды в приполярных кратерах Луны и начнут использоваться в лунной ракете и буксире ЯРД, работающие на воде, со скоростью истечения 2 км/с. Масса доставленной воды, преобразуемой в дальнейшем в криогенное кислород-водородное топливо, больше массы всех конструкций системы в 80 раз! Дальнейшая заправка дешевым топливом любых космических аппаратов ведется на коммерческой основе.
Обе эти идеи не противоречат, а лишь дополняют друг друга и могут стать «спусковым механизмом» для начала широкомасштабного освоения космического пространства, включая создание систем защиты и крупномасштабного энергоснабжения.
Так, топливный лунный завод может сначала стать экспериментальной базой для отработки способов извлечения гелия-3 (который тоже содержится в реголите, хотя и в очень малой концентрации) и получения первых товарных количеств этого инертного газа. В дальнейшем, после ввода линий по производству железной фольги (а железо — побочный продукт при производстве кислорода) для тонкопленочных солнечных батарей, завод станет центром формирования первой демонстрационной передающей микроволновой станции энергоснабжения Земли мощностью несколько миллионов кВт.
После создания полномасштабной Лунной системы с миллиардными мощностями станет возможным использовать воздействие микроволнового луча на земную атмосферу. Это позволит разрушать тайфуны на начальных стадиях их развития, «выжигать» в тропосфере (над океанами) озоноразрушающие фреоны, а также воспроизводить озон прямо в стратосфере. В более далекой перспективе удастся управлять погодой.
Микроволновая передача может иметь и чисто «внутриземное» применение — как альтернатива проводным наземным ЛЭП при передаче значительных мощностей (в миллионы или даже десятки миллионов кВт) между наземными пунктами (на расстояние до 10 ООО км) через геостационарные плоские отражатели, что даст значительный экономической эффект.
Никогда еще космонавтика не предлагала каждому человеку (а не «человечеству в целом») решения таких заманчивых и абсолютно понятных задач, гарантирующих: безопасность, стабильность, высокий уровень жизни, обеспечиваемый соответствующим душевым энергопотреблением при неухудшении (как минимум) экологической обстановки. Мало того — для потомков сохраняются неразграбленными запасы главных сырьевых ресурсов. Фактически это и есть один из наиболее реальных вариантов решения проблемы устойчивого развития, рекомендованного заключительным документом конференции ООН, состоявшейся в 1992 г в Рио-де-Жанейро. Главная особенность предлагаемого решения — его гарантированная техническая осуществимость в рамках уже разработанных или далеко продвинутых в разработке технологий.