Всё о космических путешествиях за 60 минут - Пол Парсонс

обратный билет, предполагающий безопасное возвращение на Землю. При суборбитальном полете это не так сложно. Существует два основных способа. Первый – раскрыть парашют и либо приводниться, либо с помощью двигателей или подушек безопасности смягчить удар о землю. Второй – спуститься на так называемом крылатом планере и приземлиться на взлетно-посадочную полосу, как самолет. Оба этих способа успешно применяются.

Но гораздо опаснее вернуться с орбиты. Проблема заключается в скорости: чтобы достичь низкой околоземной орбиты, необходимо разогнаться до 7,8 км/с, что эквивалентно 28 000 км/ч, и для успешного приземления космический корабль должен сбросить эту скорость. Казалось бы, самый простой способ замедлиться – запустить тормозной двигатель. Но для торможения с такой скорости необходимо много топлива, которое сначала придется поднять на орбиту, – что, в свою очередь, потребует огромного количества топлива при запуске космического корабля, а следовательно, и невероятно большой и дорогой ракеты.

Вместо этого в качестве естественного тормоза предпочитают использовать атмосферу Земли. Космический аппарат запускает свои двигатели на короткое время, чтобы начать спуск с орбиты. По мере спуска атмосфера постепенно становится плотнее, создавая сопротивление (подобное сопротивление оказывает жидкость, когда тело движется сквозь нее), которое замедляет корабль. Проблема в том, что при этом образуется много тепла. Воздух перед космическим аппаратом сжимается и, подобно тому как нагревается велосипедный насос при сжатии воздуха, тоже нагревается – только в этом случае температура достигает 1600°С, чего вполне достаточно, чтобы расплавить сталь.

Достичь Марса будет очень, очень трудно, это будет стоить огромных денег, а возможно, и человеческих жизней.

Скотт Келли, астронавт (2017)

Вот почему космический аппарат, возвращающийся с орбиты, должен иметь систему тепловой защиты – теплозащитный экран, ограждающий его от высоких температур при входе в атмосферу. Космические корабли в 1960–1970-х годах, в том числе «Аполлоны», использовали так называемые абляционные тепловые экраны, которые при нагревании обугливались, что позволяло их маленьким частицам отрываться и отводить тепло. Само собой, такие экраны можно было использовать лишь один раз.

В «Спейс шаттле», однако, применялась смесь легких керамических плиток, углеродных композитов и изоляционных покрытий. Эта система была многоразовой, но ее хрупкость с самого начала вызывала обеспокоенность. Опасения подтвердила трагедия, произошедшая 1 февраля 2003 года, когда шаттл «Колумбия» сгорел при возвращении на Землю. Все семь членов экипажа погибли. Последующее расследование показало, что кусок изолирующей пены, оторвавшийся от внешнего бака аппарата во время запуска, пробил отверстие в тепловом экране на передней кромке левого крыла. В результате образовалось большое количество перегретого газа, который быстро расплавил внутреннюю алюминиевую конструкцию, что и привело к разрушению шаттла.

Возможно, именно из-за катастрофы «Колумбии» следующее поколение пилотируемых космических кораблей вернулось к испытанной и проверенной конструкции абляционных теплозащитных экранов. И запускаются они на ракетах, где капсула с экипажем установлена на самом верху, что позволяет предотвратить попадание осколков, которые могут повредить систему тепловой защиты.

Хотя путь таит в себе множество угроз для космонавтов, инновации помогают преодолевать многие из них. И все же всегда будут слишком опасные места и миссии, которые, однако, далеко не всегда требуют присутствия исследователя из плоти и крови. Поэтому иногда лучше вообще не отправлять людей в космос, о чем и пойдет речь в следующей главе.

05. Когда машины заменят людей

Исследование планет и их спутников, а также комет и астероидов с помощью роботов действительно революционизировало наши знания о Солнечной системе.

Джеймс Ван Аллен (2004)

Стоит упомянуть роботов в космосе, и воображение сразу рисует образы R2-D2 и С-ЗРО из «Звездных войн» или механического помощника с извивающимися руками из «Затерянных в космосе». Хотя реальность может сильно отличаться от художественного вымысла, роботы действительно играют важную роль в освоении космоса человечеством. Фактически в каждом уголке Солнечной системы, где люди оставили свой след (по крайней мере, за пределами Луны), мы сделали это с помощью роботов.

Они обладают способностью выживать в экстремальных условиях – там, где у людей-космонавтов просто нет шансов не погибнуть. Вот почему, когда дело доходит до изучения ледяных просторов Плутона, полета сквозь жар солнечной короны или совладения с огромным давлением на поверхности Венеры, роботы пока единственные, кто способен выполнить подобные задачи.

Роботы справятся с работой намного лучше и к тому же обойдутся гораздо дешевле, потому что их не нужно будет возвращать.

Стивен Хокинг (2004)

Космические путешествия не только опасные, но и очень дорогие. Большая часть финансирования при отправке людей в космос тратится на всевозможные системы жизнеобеспечения для космонавтов. Генерация кислорода для дыхания, запас пищи и воды, а также защита космического корабля от вредоносного излучения – все это добавляет аппарату вес, который, в свою очередь, требует больше топлива и более крупной, более дорогой ракеты, чтобы она подняла этот вес в космос.

Чтобы внести ясность, я хотел бы отметить, что в последующем изложении буду называть любой аппарат, отправленный в космос без людей в составе экипажа, роботизированным. Даже если он дистанционно пилотируется людьми на Земле.

Лунные машины

Первый роботизированный космический аппарат был запущен СССР в 1951 году. В качестве экипажа там находились две собаки – Дезик и Цыган. В 1957 году Советский Союз вывел на орбиту первый искусственный спутник Земли «Спутник-1», а затем и «Спутник-2» с собакой Лайкой на борту.

Революция ИИ

По мере того как роботизированные космические аппараты перемещаются дальше, людям на Земле становится все труднее их контролировать. Даже до тех, что находятся на Юпитере, радиосигналы, движущиеся со скоростью света, идут более 40 минут в одну сторону. Это делает невозможным общение в реальном времени, а выполнение сложных задач становится мучительно медленным. Искусственный интеллект, или ИИ, способен предоставить компьютерам и роботам, которыми эти компьютеры управляют, некоторую степень автономии в принятии решений и выполнении задач, чтобы они справлялись без посторонней помощи. Он может помочь орбитальному спутнику определить, например, над какой поверхностью тот пролетает. Или позволить беспилотному транспортному средству двигаться в указанное место назначения, выбирая оптимальный маршрут. На планете, где все стремительно меняется, автоматическое обнаружение и предотвращение опасностей в реальном времени имеет большое значение для выживания аппарата. Марсоход NASA Curiosity уже использует ИИ для автоматического определения того, какие из находящихся поблизости камней интересны и заслуживают дальнейшего анализа. Множество технологий ИИ должны быть использованы в рамках предстоящих миссий.

В 1958 году США последовали этому примеру, запустив роботизированные орбитальные аппараты Explorer 1 и Vanguard 1. Это произошло незадолго