Новая лунная гонка

Заголовки вида «РКК “Энергия” нашла возможность полета на Луну без сверхтяжелой ракеты», появившиеся на прошлой неделе в прессе, указывают, что российские разработчики ракет ищут пути выхода из одной довольно сложной ситуации: полеты к спутнику Земли в других странах могут начаться уже в 2020-х, но вот у России крайне мало шансов завершить создание нужной для этого сверхтяжелой ракеты в те же годы.

Причины малости этих шансов банальны. В первую очередь такая разработка требует времени и компетентных главных конструкторов, а у нас, в сравнении с конкурентами, на вид есть дефицит и того, и другого.

Зарубежные разработчики начали реально работать над сверхтяжелыми ракетами годы назад, в то время как у России ее пока нет даже на бумаге, в виде законченного эскизного проекта хотя бы среднего уровня проработанности. Значит, у них большая фора по времени. С главными конструкторами у нас тоже некоторые проблемы.

Одна иллюстрация: ракета «Ангара». Хотя именно Россия — родина использования переохлажденного ракетного горючего и окислителя (межконтинентальная баллистическая ракета Р-9А Королева и Мишина, 1960-е), но в «Ангаре» оно не применяется.

Охладив компоненты топлива, можно заметно увеличить их плотность и за счет этого заправить в ту же самую ракету на несколько процентов больше горючего и окислителя — лишь незначительно подняв массу ее конструкции (ей потребуются усиления). Ясно, что больше топлива в той же ракете — больше полезная нагрузка и дешевле ее вывод в космос.

Павел Пушкин, в прошлом работник «Роскосмоса», а сегодня — глава частной космической компании «Космокурс», в ответ на наш вопрос о том, почему на «Ангаре» переохлажденного топлива нет, хотя оно было еще у Королева, сказал просто:

Из этого частного примера видно, что ситуация именно с главными конструкторами ракетной техники у нас весьма тяжелая. Не секрет, что Falcon 9 глубокое переохлаждение использует, а у нас новые ракеты не только не делают этого, но и не планируют. Соревнование главных конструкторов при текущей кадровой обстановке «Роскосмосу» не выиграть.

Что не так с многопусковой схемой полета к Луне

Поэтому новую концепцию РКК «Энергии» «полет к Луне без сверхтяжа», казалось бы, можно только приветствовать. Правда, этому мешает одна проблема. Будет не так просто найти руководителя без поврежденного миндалевидного тела головного мозга — его дисфункция ведет к патологическому бесстрашию, — который решился бы на ее реализацию.

Присмотримся к схеме поближе, и нам станет понятно почему. В ее рамках одна «Ангара-А5В» доставляет к Луне дозаправочную станцию, которая на ракетных двигателях садится на земной спутник и там ждет посадки пилотируемого посадочного модуля с людьми. До — и вне этой схемы — к орбитальной станции типа МКС пристыковывают корабль для полета к Селене.

Затем к орбитальной станции на «Союз-2.1а» доставляют космонавтов, и они садятся на корабль. Далее к станции на паре ракет «Ангара-А5В» доставляют корабль-заправщик и разгонный блок. Стыковав у МКС эти три части, космонавты на них направятся к окололунной орбите. Оттуда садятся на земной спутник, там что-то делают, дозаправляются и улетают. Успех?

Если не задавать никаких вопросов, то да. Например: почему бы не использовать один тип ракет? Ответ прост: «Ангара-А5В» не летает и никогда не летала. Учитывая умеренную частоту ракетных пусков «Роскосмоса», она никакими силами не успеет набрать приемлемой статистики успешных запусков к моменту полета на Луну в 2020-х. Поэтому-то космонавтов и посадят на «Союз» — с огромной полувековой статистикой успешных пусков.

То есть даже люди, выдвигающие многопусковую схему, осознают: часть из ракет схемы может не дать успешного полета. И хорошо, если упадет первая «Ангара-А5В», которая несет лунную дозаправочную станцию. Тогда проект просто перенесут до следующего пуска ракеты с дозаправочной станцией.

А если рухнет третья «Ангара-А5В», и тогда корабль «до Луны» останется без разгонного блока — будучи уже собранным на околоземной орбите и пристыкованным к МКС? Или вторая, и корабль-дозаправщик не прилетит? У «Роскосмоса» они все будут в двух экземплярах, что солидно поднимет стоимость проекта? Или он будет эвакуировать космонавтов из уже собранного корабля и делать вид, что это не имиджевая катастрофа?

Но оставим в стороне имидж. Что будет, если в момент отделения модуля с людьми (для посадки на Луну) емкости ждущей там дозаправочной станции внезапно начнут терять топливо? Или же, например, при самой попытке дозаправки случится крупная утечка?

Тогда дозаправить модуль с экипажем для взлета будет нечем — и космонавты на Селене окажутся обречены. Что сторонники многопусковой схемы смогут сказать в свое оправдание тогда? Мы так не хотели делать сверхтяж, что угробили людей? Из этого сообщения будет довольно трудно сделать позитивный пиар.

Как мы видим, многопусковая схема означает, что шансы на сбой заметно растут. А любой сбой в таком громком проекте — сильнейший удар по репутации.

В общем-то, все это давно не новость. Первую многопусковую схему полета к Луне предложил еще Вернер фон Браун в 1958 году (он планировал до 15 пусков). В тех схемах была и дозаправка корабля до Луны на земной орбите, и даже посадочного лунного модуля перед взлетом со спутника — то есть в планах РКК «Энергии» нет ничего принципиально нового в сравнении с идеями группы немецких инженеров конца 50-х.

Однако все эти попытки преодолеть слабости имевшихся тогда у США ракет закончились иначе: группа фон Брауна все же смогла за менее чем десяток лет спроектировать и довести до летной годности крупнейшую летавшую ракету в человеческой истории. От этого экзотические идеи о пуске множества носителей для одной лунной дозаправки потеряли всякий смысл.

Тот же путь ждет и Россию.

Лететь к Луне вроде бы не за чем… но не летать к ней еще бессмысленнее

Следует признать, что ничего коммерчески важного на Луне на сегодня нет. Бесконечно повторяемые тезисы о наличии там гелия-3 не в счет: синтез ядер на его основе намного сложнее, чем на той, что сегодня могут использовать в ITER, к тому же даже среди «сложных» термоядерных топлив он не оптимален.

Тезис «Луна может стать стартовой площадкой для освоения Солнечной системы» пока тоже не слишком убедителен. Да, на Селене не менее 100 миллиардов тонн воды и немало других легких элементов. Но не вполне ясно, зачем все это поднимать с Луны, если полеты к Марсу технически доступны с Земли — да и стоить должны дешевле за счет отсутствия нужды в инвестициях в лунную инфраструктуру.

Единственный имеющийся хоть у кого-то в планах вид транспорта к Марсу «и далее» — это Starship, летающий на метане. Но на Луне нет метана, то есть она тут явно не годится как «стартовая площадка».

Достаточно сомнительна и идея об организации там обсерваторий. Любая посадка на спутник Земли потребует трат массы топлива, а главное — создания сложного и дорогого посадочного модуля. А вот космическая обсерватория на сходной с лунной орбитой таких трат не потребует.

Тем не менее смысл в полетах туда есть — и большой: исследования Луны, как ни странно, стоят не очень много, но зато могут принести науке немало нового. А как показывает история человечества, любое достижение в области фундаментальной науки — даже самое, на первый взгляд, абстрактное типа дарвинизма, квантовой механики или теории относительности — рано или поздно оборачивается большой практической отдачей.

В 1860-х вряд ли кто-то понимал, какой может быть практический толк от дарвинизма, но в последние полвека его итоги в прямом смысле накормили человечество до невиданного ранее уровня. В 1910-х никто не ожидал практической пользы от открытий Эйнштейна — но сегодня их использует любой эксплуатирующий GPS. Изучение Луны определенно серьезно продвинет науку, а значит, бесспорно окупит себя.

И, как ни странно, оно вовсе не так дорого. Распространена точка зрения, что полеты к земному спутнику в США прекратили потому, что траты на них были слишком велики. Мол, ну и что, что на Луну не летаем, зато сэкономили.

Увы, это заблуждение основано на незнании конкретных цифр. 90% всех расходов на программу «Аполлон» ушло на разовые траты по НИОКР, а сами пуски были сравнительно недороги.

По документам NASA, весь полет к Луне, включая стоимость ракеты, корабля, скафандров и луномобилей, стоил не более 2,3 миллиарда современных долларов. Это значит, что каждый полет к земному спутнику был дешевле тех ежегодных трат на пилотируемый космос, что Штаты имели в эпоху шаттлов.

То есть даже ежегодно летая на Селену, США тратили бы на космос меньше денег, чем тратили их в реальной истории. Если бы американцы летали к Луне сегодня за те же 2,3 миллиарда долларов, это составляло бы всего одну девятую их космического бюджета (пара десятков миллиардов долларов в год).

Чтобы понять, насколько скромными были издержки на все новые полеты к Луне без сворачивания «Аполлонов», достаточно напомнить: на полеты шаттлов на околоземную орбиту Вашингтон тратил 7,7 миллиардов современных долларов ежегодно. Это больше двух полетов «Аполлонов» к Луне в год. В итоге на программу шаттлов потратили больше, чем на лунную.

Другое сравнение: сейчас на поддержание своей деятельности на МКС NASA тратит 3-4 миллиарда долларов в год. На те же средства можно было запускать одну экспедицию к Луне раз в восемь месяцев. Да и общие траты по МКС на сегодня выше, чем были по лунной программе. Зададим себе риторический вопрос: что более значимо с научной точки зрения, МКС или изучение Луны?

Общий вывод очевиден: хотя никакой особой «практической» цели в исследовании Луны на сегодня не просматривается, изучать ее все равно и можно, и нужно. Просто потому, что изучать пятна на внутренних стенках МКС в год стоит столько же — а вот научной отдачи от этого явно меньше.

Достаточно очевидно, что отказаться от пилотируемого космоса человечество не может, уж слишком сложно к ним потом возвращаться (вспомним эпопею NASA с пилотируемыми полетами в 2010-х). А значит, это программа должна иметь максимально возможный смысл — и вне лунных полетов найти его будет крайне затруднительно.

Разве автоматы не могут сделать там то же, что человек, но за куда меньшие деньги?

Таким образом, отказ от «Аполлонов» выглядит необъяснимой глупостью. Полеты к Луне не стоили бы Вашингтону дороже, чем полеты на околоземную орбиту и к МКС. Почему же США на это пошли? Ответ прост: как и многие наши современники, тогдашний американский президент находился под ложным впечатлением, что полеты к Луне не имеют смысла.

Чтобы понять эту его мысль, стоит вспомнить историю. Штаты никогда не хотели сами лететь к Селене: все призывы фон Брауна начать разработку «лунных» ракет непрерывно отвергались. Кеннеди ответил «нет» на очередное такое требование 20 марта 1961 года. Но уже 12 апреля 1961-го в космос полетел Гагарин, и Вашингтон оказался перед настоящей пиар-катастрофой. Единственный вариант выхода из нее состоял в обгоне СССР на пути к еще более амбициозной цели — Луне.

С точки зрения американского истеблишмента такая цель была достигнута: Москва так и не отправила на Селену своих людей. Значит, Штатам больше не было нужды тратиться на пиар. Освоение Луны с научными целями? Увы, американским президентам часто не хватает хорошего естественно-научного образования, отчего вполне понять важность этого занятия им бывает сложно.

От этого у них возникает ложное ощущение: люди на Луне — лишь прихоть ученых, а чтобы удовлетворить их подешевле, нужно просто заменить людей автоматами. Вслед за политиками сходные взгляды усвоили многие, поэтому следует в деталях остановиться на том, почему это невозможно.

Миф о том, что роботы на Земле и автоматы в космосе могут иметь сравнимый с человеком результат деятельности примерно в равных пропорциях порожден двумя источниками:

1) художественной (фантастической) литературой и кино, описывающими возможности роботов в воображаемом будущем;
2) тем, что за реальной деятельностью автоматов на других планетах большинство из нас внимательно не следят и ориентируется лишь на бодрые рапорты научпопа, в которых наши марсоходы гиперуспешно бороздят просторы иных планет.

В реально существующей действительности никакие самостоятельные автоматы по поверхности Луны или Марса никогда не ездили. Там были, есть и в обозримом будущем будут только и исключительно дистанционно управляемые машины с очень ограниченными возможностями. Они могут ездить по непересеченной местности, но и в ней нередко застревают, отчего гибнут.

Если такие машины подвижны, то их «бур» может углубляться в грунт на считаные сантиметры. Если они неподвижны, бур не сможет обследовать ничего, кроме случайной точки посадки прямо под собой.

Наконец, все эти машины не работают на сложной местности и в сложных условиях. А особенности и Марса, и Луны заключаются как раз в том, что только в сложнодостижимых местах находится то, что интереснее всего ученым, — от воды до следов возможной жизни.

Экспедиция с людьми-биологами вполне смогла бы за считаные месяцы изучить места, где на Марсе может быть жизнь. Автоматы пытаются сделать это уже десятки лет — и, к сожалению, их реальные возможности пока делают решение этой задачи утопией.

Абсолютно то же относится к изучению лунных пещер (лавовых трубок) и приполярных кратеров — ключевых объектов научного интереса на спутнике Земли. Автоматы туда в принципе не попадут. (Подробнее читайте статью «Автоматы в космосе: никаких перспектив замены человека» в январском номере нашего журнала).

Вспомним историю: экспедиции людей на Луне уже принесли заметные научные результаты. И без их возобновления скорость изучения спутника заметно возрасти не может, потому что простые места там наука и так уже представляет, а сложные — не для автоматов. В итоге возобновление полетов туда неизбежно.

Политические сложности и спасательный круг лунной программы

К огромному сожалению, несмотря на все это, США, главный — если не сказать «единственный» — игрок, способный там высадиться в 2020-х, в ближайшее время может испытать серию проблем, подрывающих их возможности в космосе. По опросам, Трамп проигрывает Байдену. Когда в Штатах меняется президент, меняется и направление космической программы. Никсон принял решение об отказе от «Аполлонов», Обама — от «Артемиды» Буша, а Дональд Трамп вновь переориентировал космическую программу на Луну.

Это правило — не просто личный произвол президентов. Когда на выборах в Штатах побеждает та или иная партия, ее конгрессмены хотят перераспределить пирог бюджетного финансирования космоса в пользу «своих» компаний — из штатов, которые они представляют. Разумеется, сделать это без серьезного пересмотра всей программы нельзя.

Все это значит, что есть весомые шансы на отказ США от высадки на Луне. В пользу, например, окололунной станции, с научным выхлопом как от МКС, но куда большей ценой. Или же в пользу полета на Марс «когда-нибудь потом».

Тем не менее у полетов на Луну есть один серьезный сторонник, который сохраняет шансы Штатов на высадку туда, даже если Трамп будет отодвинут от власти, а американскую лунную программу в очередной раз начнут переносить в вечно светлое будущее. Это Илон Маск. Сама по себе Селена ему не нужна: ее нет смысла колонизировать. Но для полета к Марсу сперва нужно собрать немало денег, и нет лучшей рекламной площадки для их получения, чем лунная программа с использованием Starship.

С ним тезис «полеты на Луну могут обходиться не дороже и так реализуемых полетов на околоземную орбиту» приобретает совсем новое звучание. Типовой полет Starship должен обходиться в считаные миллионы долларов — в силу многоразовости на уровне не ниже ста полетов, а также выбранных для него не самых дорогих материалов и метанового горючего.

Типичный полет на Луну с таким носителем будет стоить как минимум на порядок меньше, чем с «Аполлонами». Следовательно, речь пойдет не только о периодических исследованиях спутника, но и о возможности создания на нем постоянной научной базы. Кстати, в этом нет ничего слишком сложного: уровень радиации там даже на поверхности вдвое ниже, чем у гипотетической окололунной базы, а под укрытием грунта — ниже, чем у МКС.

Доводить Starship Маску все равно придется, а сразу по достижении его летной годности корабль — целиком, без нужды в специальном посадочном модуле — способен сесть на Луну и тем самым обеспечить возвращение туда человека.

После этого NASA — хочет ли организация этого или нет — никак не сможет сделать вид, что Starship не существует. В силу его дешевизны в сравнении с программой SLS/Orion агентству придется переключиться на носители Маска и начать изучать Селену силами пилотируемых экспедиций.

Похоже, история ценит иронию. Возвращение людей на Луну с высокой вероятностью обеспечит человек, которому сама Луна не нужна. Впрочем, важно не это, а то, что в результате скорость и результативность изучения земного спутника заметно вырастет — что, несомненно, обогатит земную науку.