4 октября 2017 года исполнилось ровно 60 лет со дня запуска первого искусственного спутника Земли. Сегодня на орбите находятся тысячи аппаратов: спутники связи, дистанционного зондирования Земли, метеорологические, разведывательного назначения, космические обсерватории и многие другие. Казалось бы, космическая отрасль развивается успешно. Однако не все так просто, считает журналист Игорь Тирский.
Сияющие перспективы?
С недавнего времени космос заинтересовал бизнесменов, открылась возможность частного освоения космического пространства, обработки астероидов, колонизации Луны и Марса. Предприниматели в ближайшем будущем смогут предложить всем желающим суборбитальные полеты на высоты около 100 км над землей - почти в космос!
Интерес к космосу стали проявлять и люди, далекие от этой сферы, доселе занимавшиеся другими вещами: Ричард Брэнсон, Владислав Филев (авиакомпания S7), Пол Аллен, Джефф Безос, Илон Маск. Пока это в основном западные предприниматели.
В будущем стоит ожидать бума космического туризма, выведения на околоземные орбиты тысяч спутников для раздачи интернета, а также баз на Луне и Марсе от частных компаний и переезда туда миллионов туристов.
И это не шутка, а реальные планы предпринимателей в сфере частного космоса. Например, Илон Маск, глава компании SpaceX, обещает отправить на Марс миллион человек!
Кажется, в обозримом будущем человечество постепенно займет все околоземное пространство и обоснуется там основательно. Резко увеличится и число работающих космических аппаратов на орбите Земли.
Возможен и другой сценарий
Космос - это сложно, дорого, долго, и потому бизнес-перспективы его покорения прельщают не многих. Пока весь спектр услуг в этой области доступен лишь государствам и крупным частным компаниям (которые опять же пользуются государственной поддержкой). Но даже для них вложение в космос - это риск. Аппарат на орбите может отказать, ракета-носитель - взорваться. Естественно, космическая техника застрахована, и страховка покроет все расходы, но на производство другого спутника может попросту не хватить времени.
Даже если все пойдет хорошо и выведенные на орбиту устройства станут функционировать, то инвестиции могут «не отбиться», а технология - банально устареть. Есть хороший пример - спутники «Иридиум», обеспечивающие космическую связь через спутниковый телефон в любой точке планеты Земля. Первый звонок в системе «Иридиум» состоялся в 1997 году, а сама она была задумана на 10 лет раньше - в 1987-м, когда о сотовой связи знал далеко не каждый.
Но как мы сейчас видим, интернет для тех же целей проще и дешевле. Кроме того, сотовые вышки на территории многих стран растут как грибы. LTE уже не является чем-то диковинным - скорее, вы больше удивитесь, если увидите человека со спутниковым телефоном. «Иридиум» оказался не нужен в массовом сегменте - есть сотовая связь, в крайнем случае - более дешевые спутниковые услуги других провайдеров. Одной из причин банкротства компании в 1993 году стала неверная оценка распространения новой технологии - сотовой связи. «Иридиум» продолжает существовать и по сей день, но им уже труднее конкурировать с другими провайдерами, которые предлагают намного более дешевую телефонную спутниковую связь.
Что-то подобное происходит и в наши дни, но уже с мировой паутиной: такие компании, как OneWeb или SpaceX, грозятся запустить тысячи искусственных спутников Земли, снабдив их антеннами для раздачи интернета по всему миру.
То есть теоретически каждый житель планеты сможет иметь доступ к высокоскоростному спутниковому интернету за относительно небольшие деньги или вообще бесплатно.
Последнее зависит от того, какая модель монетизации будет выбрана. В наши дни это актуально, поскольку примерно половина населения Земли не имеет постоянного доступа в интернет.
Когда Motorola запускала свою сеть спутников «Иридиум», на рынке складывалась похожая ситуация: о теперешних масштабах мобильной связи в конце 80-х не приходилось и мечтать, а компания намеревалась покрыть собственной сетью земной шар. Теперь же сотовая связь стремительно проникает даже в отдаленные уголки нашей планеты, но качество интернета оставляет желать лучшего - вот это и хотят исправить OneWeb и SpaceX.
Спутниковый интернет - хорошая альтернатива кабельному и сотовому. Он не такой дорогой, как кажется на первый взгляд, если речь идет о симплексном, или одностороннем, доступе: требуется простая антенна и сравнительно дешевое приемное оборудование, а в качестве исходящего канала используется GPRS, 3G, ADSL и т. д. - словом, любой наземный интернет. На территориях, где отсутствует другая связь, возможна только дуплексная спутниковая сеть, когда терминал работает в режиме приемного и передающего устройства одновременно, но она значительно дороже симплексной.
На данный момент спутниковые компании и сотовые операторы еще могут конкурировать с кабельным оптоволоконным интернетом в силу того, что последний проник далеко не повсюду. Но все идет к тому, что Землю обложат кабелем, и всемирная сеть из космоса нам станет не нужна.
Не получится ли так, что в будущем системы связи OneWeb и SpaceX станут нерентабельными?
Вероятно, потребность в спутниковом интернете останется в таких странах, как Индия, на Африканском континенте и в труднодоступных местах, где просто невозможно провести кабель или поставить много вышек LTE. Но будет ли в этом случае приемлемой стоимость и удастся ли получить разрешение регулирующих органов? Кажется, что спутниковый интернет останется безальтернативным еще долго, по крайней мере для половины населения Земли. Но все может быстро измениться.
Дроны и стратостаты вместо ракет и спутников
Спутники используются не только для доставки интернета, но и для дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), или, проще говоря, для фотографирования поверхности и отправки данных. Но мы уже замечаем развитие дронов, беспилотных летающих аппаратов (БЛА), для ДЗЗ. Они удобнее: дешевле, мобильнее, могут обслуживаться на земле и управляться в ручном режиме.
Поэтому встает вопрос о необходимости спутников на орбите, когда есть атмосферные беспилотники. Ведь им нестрашны облака (опустились под них - и нет проблемы), разрешение снимка всегда можно увеличить также за счет снижения, дроны могут, в отличие от спутников, нарезать круги над одной местностью довольно долго и, таким образом, собирать информацию в режиме реального времени. Кроме того, все перечисленные мероприятия обойдутся дешевле эксплуатации спутниковой системы, ведь в последнем случае необходима не одна сотня аппаратов для уверенного обзора местности, а это - миллиарды долларов.
Космические обсерватории - вот уж что точно нельзя будет заменить, скажете вы. Но такие проекты, как VLT, E-ELT (39-метровый телескоп от Европейской южной обсерватории) и SOFIA (обсерватория на самолете), могут быть достойной альтернативой. Правда, не во всех диапазонах длин волн, и вот тут-то к нам на помощь приходят стратостаты (стратосферные аэростаты).
Они способны свободно подниматься на высоты около 40–50 км над землей и нести большую нагрузку в виде обсерватории. Еще одно их преимущество состоит в том, что они не имеют проблем с микрогравитацией. При их движении не возникает высокой нагрузки, которая, в свою очередь, учитывается в конструкции ракет-носителей, что увеличивает их массу и, как следствие, существенно ограничивает возможность разного рода улучшений. Могут обслуживаться в любое время, в том числе в режиме работы: можно подлететь к аэростату на другом аэростате или спустить его на землю для ремонта. Еще в 1961 году (в год полета Гагарина) был инициирован проект стратосферной солнечной станции с зеркальным телескопом «Сатурн» , диаметр главного зеркала - 50 см. В 1973-м уже модернизированный прибор с метровым зеркалом получил снимки Солнца с разрешением близким к теоретическому (0,12«) с высоты 20 км над землей.
Высоты от 20 до 100 км иногда называют «ближним космосом» из-за их небольшого сходства с космосом настоящим: человек уже не может существовать там без защитного костюма, а вид из иллюминатора почти как на орбите, только спутники не летают, небо темно-фиолетовое и черно-лиловое, хотя и выглядит просто черным по контрасту с яркими Солнцем и земной поверхностью.
А вот настоящий космос, или околоземное космическое пространство, начинается с 100 км. На этих высотах летательному аппарату для создания достаточной подъемной силы необходимо двигаться уже со скоростью выше первой космической. В любом случае это уже будет не самолет, а спутник. С практической точки зрения ключевое различие здесь состоит в способе доставки: в обычный космос мы летаем на ракетах, а в ближний можно и на стратостатах добраться.
Стратостаты - всеми забытая технология 30-х годов XX века. Это не дирижабли, наполненные водородом и взрывающиеся от каждой искры, а похожие на воздушные шары баллоны с гелием, способные подниматься в ближний космос, на стратосферные рубежи, то есть до 50 км. Существуют проекты стратостатов (хотя их трудно так назвать, скорее это суборбитальные спутники), которые могут работать на высоте до 80 км. Но это всё - для военных, гражданские же модели пока не поднимаются выше 40–50 км, однако и этого достаточно для большинства задач, которые сейчас решаются только с использованием спутников, находящихся в космосе выше 100 км над землей.
Стратостаты были забыты с началом космической эры в 1957 году, но прошло ровно 60 лет - и о них снова вспомнили! Почему так произошло? Как уже говорилось выше, космические полеты - это дорогое удовольствие, доступное далеко не всем; даже не каждая страна может позволить себе полноценную космическую программу. А вот стратосферу освоить - это пожалуйста, тут цифры намного скромнее, а результаты - не хуже. И дело не только в дешевом способе достижения большой высоты, но и в технологиях, которые используются для создания стратостатов и теперь позволяют им находиться в небе сотни дней!
Это намного больше, чем раньше: солнечные панели питают стратостаты днем, мощные аккумуляторные батареи (которые при этом имеют малый вес!) запасают энергию на ночь, легкие и прочные материалы сохраняют конструкцию аппарата, GPS позволяет им с легкостью определять положение, бортовые компьютеры самостоятельно принимают решения.
Именно комплекс современных технологий и позволяет сейчас говорить о формирующемся рынке стратосферных услуг.
Например, стратостатная компания WorldView планирует запускать туристов на высоты до 45 км! Для этого они придумали новую гондолу, снабдив ее огромными иллюминаторами, через которые туристы смогут увидеть черноту дневного неба и поверхность нашей планеты практически такой, какой она предстает взорам космонавтов, - Земля станет круглой!
«Ближний» космос выгоднее дальнего
Единственное, что останется в настоящем космосе (выше 100 км), - это навигация: GPS, ГЛОНАСС, Beidou, Galileo. Но и эту проблему можно будет решить без применения дорогостоящих спутниковых систем - с помощью стратостатов, беспилотников и других средств наземного и воздушного базирования. Тем более LTE и Wi-Fi предлагают хорошую альтернативу GPS, технология LBS (Location-Based Service) неплохо справляется с задачей навигации, определяя местоположение по наземным вышкам сотовой связи и Wi-Fi. Пока, правда, по точности она уступает любой, даже самой плохой системе навигации, и погрешность в лучшем случае составляет десятки метров, тогда как у GPS - менее метра.
«Ближний космос», как часто совершенно обоснованно называют стратосферу (высоты от 20 до 50 км), в ближайшем будущем может занять центральное место и в научной сфере, обойдя по привлекательности околоземное космическое пространство.
Отправка стратостатов, оснащенных специальным оборудованием и целой лабораторией, с людьми на борту на высоты до 50 км станет привычным занятием. Нет необходимости защищать стратонавтов от губительной радиации, солнечных бурь и, самое главное, космического мусора, который является основной преградой на пути освоения околоземного пространства. Скорее всего, в ближайшем будущем мы вынужденно откажемся от космоса и займемся атмосферой - прежде всего потому, что делать стратостаты и беспилотники намного дешевле и нет необходимости в обеспечении того уровня защиты и систем жизнеобеспечения, который нужен на орбите Земли.
Для решения же народно-хозяйственных задач (связь, ДЗЗ, астрономия, научные эксперименты) стратостаты могут составить достойную конкуренцию космическим спутникам. Ведь появятся куда более дешевые их аналоги: управляемые нейросетью модели (они будут сами решать, куда лучше двигаться и как группироваться, - и уже это делают, к примеру, в рамках проекта Google Loon развивающиеся и труднодоступные регионы получают таким образом интернет) и автономные беспилотники, которые смогут существовать в атмосфере днями.
Стратостаты могут непрерывно наблюдать за одним и тем же местом планеты (аппараты с такой функцией называются «геостационарными»). В стратосфере нет сильных ветров и низкая турбулентность, поэтому стратостат может зависнуть над одной точкой так же, как это делает спутник. Только для того, чтобы доставить спутник на геостационарную орбиту (36 000 км над землей), нужна мощная ракета-носитель, а для стратостата - баллоны с гелием, небольшое финансирование и желание создать конкуренцию традиционным технологиям связи и ДЗЗ.
Развитие стратонавтики приведет не только к отказу от дорогостоящих спутников ДЗЗ или связи, но и к тому, что эти спутники будут доставлять на орбиту Земли другими способами, если такое все же потребуется. Например, компания Zero 2 Infinity разрабатывает проект достижения орбиты Земли с помощью запусков из стратосферы - это перспективное направление, когда стратостат служит космодромом или платформой для спутника, который должен отправиться на ракете в настоящий космос. Даже если конкретно эти проекты не найдут поддержки у инвесторов, сам вектор на освоение стратосферы уже четко обозначился.
Наличие большого количества стратостатов в атмосфере Земли создаст глобальную распределенную систему связи (сродни той, что образуют компьютеры у нас дома).
Мы будем лучше понимать погоду, получать данные ДЗЗ прямо на свои персональные устройства, иметь доступ в интернет с минимальной задержкой сигнала в труднодоступных местах, сможем децентрализованно общаться через эти аппараты.
Иными словами, любые данные, полученные стратостатами, будут точнее и быстрее обрабатываться, чем «орбитальные». Философия децентрализованного интернета должна распространиться и на другие сферы, а стратостаты и беспилотники идеально подходят под эту модель мира.
Что представляет собой планета Венера, закрытая от наблюдателей на Земле плотной атмосферой? Как выглядит поверхность Марса и каков состав марсианской атмосферы? На эти вопросы не могли дать ответ телескопы. Но всё изменилось с появлением радиолокации.
Оказалось, что радиоволны , посылаемые радиолокаторами с Земли, отражаются от космических тел так же, как и от земных объектов. Направляя радиосигналы на определённое астрономическое тело, и анализируя отражённые от него сигналы, можно получить информацию о космическом объекте.
Так появилась радиолокационная радиоастрономия, исследующая планеты и их спутники, кометы, астероиды и даже солнечную корону с помощью радиосигналов.
Ближний и дальний космос
Часто выделяют ближний и дальний космос. Граница между ними весьма условна.
Ближним называют космос, исследуемый космическими летательными аппаратами и межпланетными станциями, а дальним считают космос за пределами Солнечной системы. Хотя чёткая граница между ними не установлена.
Считается, что ближний космос находится над атмосферным слоем Земли, вращающимся вместе с ней и называемым околоземным пространством. В ближнем космосе уже нет атмосферы, но на все объекты, находящиеся в нём, всё ещё действует гравитационное поле нашей планеты. И чем дальше от Земли, тем меньшим становится это влияние.
Объекты дальнего космоса – звёзды, галактики, туманности, чёрные дыры, располагающиеся за пределами Солнечной системы.
Ближний космос населяют планеты Солнечной системы, спутники, астероиды, кометы, Солнце. По космическим понятиям расстояние между ними и Землёй считается небольшим. Поэтому их возможно исследовать с помощью радиолокаторов, расположенных на Земле. Это специальные мощные РЛС, называемые планетными радиолокаторами .
Радиолокационное исследование ближнего космоса
Центр дальней космической связи в Евпатории
Космические радиолокаторы работают по такому же физическому принципу, что и обычные наземные радиолокаторы, обслуживающие морские суда и самолёты. Радиопередающее устройство планетного радиолокатора генерирует радиоволны, которые направляют на исследуемый космический объект. Отражённые от него эхо-сигналы улавливаются приёмным устройством.
Но из-за огромного расстояния отражённый от космического объекта радиосигнал становится значительно слабее. Поэтому передатчики на планетных радиолокаторах имеют очень большую мощность, антенны - большие размеры, а приёмники - очень высокую чувствительность. Так, например, диаметр зеркала радиоантенны в Центре дальней космической связи под Евпаторией равен 70 м.
Первой планетой, которую исследовали с помощью радиолокации, стала Луна. Кстати, идея послать радиосигнал на Луну, а затем принять его отражение, возникла ещё в 1928 г. и была выдвинута русскими учёными Леони́дом Исаа́ковичем Мандельшта́моми Никола́ем Дми́триевичем Папале́кси. Но технически реализовать её в то время было невозможно.
Леонид Исаакович Мандельштам
Николай Дмитриевич Папалекси
Это удалось сделать в 1946 г. американским и венгерским учёным независимо друг от друга. Радиосигнал, посланный с мощного радиолокатора в сторону Луны, отразился от её поверхности и вернулся на Землю через 2,5 секунды. Этот эксперимент позволил вычислить точное расстояние до Луны. Но вместе с этим по картинке отражённых волн удалось определить и рельеф её поверхности.
В 1959 г. были получены первые сигналы, отражённые от солнечной короны. В 1961 г. сигнал радиолокатора отправился в сторону Венеры. Радиоволны, обладающие высокой проницательностью, проникли сквозь её плотную атмосферу и позволили «увидеть» её поверхность.
Затем было начато исследование Меркурия, Марса, Юпитера и Сатурна. Радиолокация помогла определить размеры планет, параметры их орбит, диаметры и скорость их вращения вокруг Солнца, а также исследовать их поверхности. С помощью РЛС были установлены точные размеры Солнечной системы.
Радиосигналы отражаются не только от поверхностей небесных тел, но и от ионизированных следов метеорных частиц в атмосфере Земли. Чаще всего эти следы появляются на высоте около 100 км. И хотя существуют они от 1 до нескольких секунд, этого достаточно, чтобы с помощью отражённых импульсов определить размер самих частиц, их скорость и направление.
Бортовые радиолокаторы на управляемых космических объектах
Малый космический аппарат (МКА) «Кондор-Э» с радиолокатором
Современное развитие человечества невозможно представить без дальнейшего освоения космического пространства и развития космонавтики. Важнейшим элементом этого процесса являются носители, с помощью которых космонавты и другая полезная нагрузка доставляется на околоземную орбиту. О создании многоразовой системы «Энергия» - «Буран» и нынешних проблемах в этой области рассказывает Юрий Григорьев, профессор МФТИ, доктор технических наук, лауреат Государственной премии СССР, академик Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, Российской и Европейской академий естественных наук.
Все, что, как нам кажется, находится над нами, мы обычно делим на три части.
1. Околоземное пространство
- это газовое пространство, атмосферный слой над Землей, вращающийся вместе с Землей.
Ближайшая и наиболее доступная исследованию область космического пространства - околоземное пространство
Та часть атмосферного слоя, которая находится над конкретным государством, находится под юрисдикцией этого государства, и проникновение в него любых иностранных объектов (самолетов, планеров, аэростатов и т.д.) рассматривается как нарушение государственной границы со всеми вытекающими из этого последствиями.
Атмосферный слой давно и эффективно используется для перевозки людей и различных грузов, для чего создано множество типов самолетов и других летательных аппаратов.
Ближний космос это всеобщее достояние, это зона полетов различных космических аппаратов.
2. Ближний космос - это область вокруг Земли, находящаяся над околоземным пространством. Решением ООН граница между околоземным пространством и ближним космосом определена на высоте около 100 км над уровнем моря.
Атмосферы здесь практически уже нет, но физические характеристики ближнего космоса находятся под влиянием Земли, прежде всего её гравитационного поля. Это влияние уменьшается по мере удаления от Земли и окончательно исчезает только на расстоянии более 900 тыс. км от Земли.
Ближний космос это всеобщее достояние, он в равной мере принадлежит всем государствам и гражданам всего мира, это зона полетов различных космических аппаратов. Для того, чтобы космический аппарат стал искусственным спутником Земли, его нужно разогнать до первой космической скорости - 7,9 км/с, а что бы спустить с космической орбиты - затормозить до скорости, ниже указанной величины.
Человечеству наряду с недрами, сушей, океаном и атмосферой удалось засорить еще и ближний космос
Отработавшие и уже не нужные космические аппараты после торможения падают на Землю, сгорая в атмосфере, а не догоревшие остатки тонут в океане.
Космические аппараты, которые должны не только летать в космосе, но и возвращаться на Землю, например, с космонавтами или ценной аппаратурой, оснащаются специальной теплозащитой, органами управления, системой спасения, например, парашютами и т.д., что позволяет им спускаться на Землю в полной сохранности.
Дальний Космос — мир звезд и галактик
3. Дальний космос - это мир звезд и галактик, где влияние Земли уже не ощущается. Чтобы отправить космический аппарат в дальний космос, его нужно разогнать до второй космической скорости - 11,2 км/сек, после чего аппарат становится спутником Солнца. А чтобы покинуть Солнечную систему, аппарату нужно разогнаться до третьей космической скорости - 16,6 км/с.
Космические аппараты, предназначенные для работы в дальнем космосе, улетают туда безвозвратно. Их полет может продолжаться годами, и в течение всего это времени они передают на Землю информацию, полученную их аппаратурой во время полета.
Доставка космических аппаратов в ближний и дальний космос до настоящего времени осуществляется только баллистическими ракетами-носителями. Пока ничего другого не придумали - проекты создания космических лифтов еще не вышли из стадии фантастики.
Ракетно-космические комплексы России
Зададим себе простой вопрос: почему для вывода в космос, и прежде всего, в ближний космос, применяются одноразовые ракеты? Почему у нас нет ракет-носителей, которые после выполнения своей функции - вывода в космос космических аппаратов, спускались бы на землю и могли быть использованы еще и еще не один раз?
Ответ очень прост. Да потому, что наши ракеты-носители созданы на базе одноразовых боевых межконтинентальных баллистических ракет (МБР). Одноразовость для боевых ракет это совершенно естественное свойство, а для ракет-носителей это ненормальное и дорогое удовольствие. Слетал один раз, и все, над чем трудились долгое время, все на помойку.
Ракеты носители ОКБ-1 - ЦСКБ - Прогресс, разработанные на базе Р-7
Ракета-носитель «Союз» и все её модификации (полезная нагрузка до 8 т), на которых летают в космос наши, а теперь и иностранные космонавты и доставляются грузы на орбитальную станцию, разработаны на базе первой в мире МБР Р-7, созданной в 1957 году (главный конструктор С.П. Королев).
На космодром Плесецк доставлена ракета-носитель «Союз-2.1б» для запуска космического аппарата «Глонасс-М»
Ракеты-носители типа «Союз» выпускается и в настоящее время. Они экологически безопасны, поскольку их двигатели работают на керосине (горючее) и жидком кислороде (окислитель).
Ракета-носитель «Протон» изготавливается в различных вариантах до настоящего времени
Ракета-носитель «Протон» (полезная нагрузка до 23 т), на которой выводятся в космос блоки орбитальных станций и тяжелые космические аппараты, вначале была разработана как МБР УР-500К, созданная в 1965 году (главный конструктор В.Н. Челомей), а когда необходимость в ней отпала, была переоборудована в столь популярную теперь ракету-носитель «Протон», которая изготавливается в различных вариантах до настоящего времени.
Двигатели этой ракеты работают на экологически вредных и опасных для человека компонентах топлива: горючее - несимметричный диметилгидразин (гептил), окислитель - азотный тетраксид (амил). Для боевой ракеты это нормально, а для постоянно используемой ракеты-носителя просто недопустимо. Но у нас пока нет другого решения.
РН «Рокот» - трехступенчатая ракета. Первая и вторая ступени - ракетный блок МБР УР-100Н. В качестве третьей ступени используется разгонный блок «Бриз»
Ракеты-носители «Рокот» и «Стрела» это переоборудованные снимаемые с боевого дежурства МБР УР-100Н УТТХ (генеральный конструктор В.Н. Челомей, с 1984 года Г.А. Ефремов). Производство этих ракет давно прекращено, так что после их израсходования, ракеты-носители «Рокот» и «Стрела» исчезнут.
Запуск ракеты-носителя «Днепр»
Такая же судьба ждет и ракету-носитель «Днепр» , это доработанная снимаемая с боевого дежурства МБР Р-36М УТТХ (генеральный конструктор В.Ф. Уткин). Компоненты топлива у всех этих ракет это те же гептил и амил.
Многоразовый космический самолет американцев - известный «Спейс Шаттл»
Первыми решили создать многоразовый космический самолет американцы. И создали известный «Спейс Шаттл», представляющий собой пилотируемый самолет, грузоподъемностью 20-30 т, оснащенный мощными жидкостными двигателями, для которых основной запас топлива размещается в подвесных баках, сбрасываемых после израсходования топлива. Кроме того, установлены еще два сбрасываемых твердотопливных ускорителя.
Уникальная ракетная система «Энергия» - «Буран»
Наши конструкторы не пошли по пути копирования американского «Шаттла». Было решено создать универсальную конструкцию, способную не только доставлять на орбиту 30 т и спускать с нее 20 т груза, как у американцев, а кроме того уметь доставлять на орбиту грузы до 100 т.
Была создана уникальная ракетная система «Энергия» - «Буран» (генеральный конструктор В.П. Глушко). Поскольку проектные организации ракетно-космического министерства, которое тогда называлось Министерством общего машиностроения, не имели опыта разработки самолетных систем, то в структуре Министерства авиационной промышленности было создано НПО «Молния» (главный конструктор Г.Е. Лозино-Лозинский), которое с 1976 года стало головным разработчиком космического корабля «Буран» и провело большой цикл теоретических и экспериментальных исследований для создания этого уникального космического самолета.
При создании космической системы «Энергия» - «Буран» было разработано 85 новых материалов, которые по своим свойствам существенно выше традиционных, спроектированы 20 уникальных систем автоматики и управления, зарегистрировано 400 изобретений, получено 20 патентов и 100 лицензий.
Первый полет ракеты-носителя «Энергия» осуществился 15 мая 1987 года. В качестве экспериментальной нагрузки на ракету был установлен 75 тонный космический аппарат - прототип орбитальной лазерной платформы.
Ракета сработала нормально, но космический аппарат не был выведен на расчетную орбиту из-за сбоя системы ориентации самого космического аппарата.
Во время второго полета ракеты-носителя «Энергия» на ней был установлен космический самолет «Буран» (без пилотов)
Второй полет ракеты-носителя «Энергия» был осуществлен 15 ноября 1988 года. На ракете был установлен космический самолет «Буран» (без пилотов). Это был блестящий полет. Выведенный на орбиту «Буран» два раза обогнул Землю, потом спустился с орбиты, развернулся над космодромом Байконур и в автоматическом режиме приземлился с высокой точностью. Отклонение от центра взлетной полосы не превышало одного метра.
Автору в тот торжественный момент довелось быть в Центре управления полетами (ЦУП) в городе Королеве. Всеобщее ликование было и в Центре управления, и на космодроме Байконур, откуда велась прямая телевизионная трансляция всего происходящего непосредственно в ЦУП, включая полет «Бурана» и встретивших и сопровождавших его истребителей.
К сожалению, всего этого не смог увидеть генеральный конструктор В.П.Глушко - он тяжело болел и находился в больнице. Его коллеги поехали в больницу и все доложили ему, но через два месяца Валентин Петрович скончался.
Третья ракета «Энергия» была готова к полету в начале 1989 года, однако этот полет с тяжелой нагрузкой был перенесен сначала на 1990 год, а потом на 1993-1995 годы.
Четвертая ракета с «Бураном» готовилась на Байконуре к пуску, при этом «Буран» должен был совершить в автоматическом режиме полет по более сложной программе, со стыковкой с орбитальной станцией «Мир». Пилотируемый полет намечался на 1992 год.
Ракета-носитель «Энергия-М» для выведения космических аппаратов массой до 35 т
Кроме того на базе ракеты-носителя «Энергия» разрабатывалась ракета-носитель «Энергия-М» для выведения космических аппаратов массой до 35 т на низкие, средние, высокие круговые и эллиптические орбиты и до 6,5 т на геостационарную орбиту, а также для выведения космических аппаратов на траектории полета к Луне и планетам Солнечной системы.
Эта ракета предназначалась для замены экологически опасной ракеты-носителя «Протон», что позволило бы исключить необходимость отчуждения больших участков земли в районах падения первой ступени ракеты с остатками высокотоксичных компонентов топлива и обеспечить безопасность при эксплуатации.
Ракета-носитель «Энергия II» («Ураган») проектировалась, как полностью многоразовая конструкция
Разрабатывалась также ракета-носитель «Энергия II» («Ураган»), которая проектировалась, как полностью многоразовая конструкция. На Землю для повторного использования возвращались все элементы системы, а центральный блок «Урагана» должен был входить в атмосферу, планировать и садиться на обычный аэродром в беспилотном режиме.
Нетрудно понять, что если с помощью «Протона», чтобы создать в космосе 100-тонную космическую станцию, необходимо израсходовать пять ракет, каждая из которых доставит на орбиту один 20 тонный блок (модуль), а эти модули еще нужно состыковывать в космосе, то при использовании ракеты «Энергия» можно было бы разработать оптимальную 100-тонную космическую станцию, провести все необходимые проверки на земле и вывести её на орбиту одной ракетой.
Первое сооружение 112-ой площадки - Монтажно-испытательный корпус - МИК. В нём в 2002 году обрушившаяся крыша раздавила единственный летавший в космос Буран
Однако в начале 1990 года работы по программе «Энергия-Буран» были приостановлены, а в 1993 году вся эта программа была закрыта полностью. На космодроме Байконур в различной стадии готовности находились несколько ракет-носителей «Энергия».
Две из них стали собственностью Казахстана, но были разрушены 12 мая 2002 года при обрушении крыши монтажно-испытательного корпуса на площадке 112.
Три находились на различных стадиях изготовления в НПО «Энергия», но после закрытия работ этот задел был уничтожен, изготовленные корпуса ракет либо разрезаны, либо выброшены, а несколько «Буранов» еще долго показывали на всяких выставках и у нас, и за рубежом.
Американцы ликовали - теперь их превосходство в освоении космоса не могло быть подвергнуто никакому сомнению. Правда, развернуть у себя производство жидкостных двигателей от ракеты «Энергия» они, даже при наличии документации, так и не смогли и до сих пор покупают модификации этих двигателей у нас и на них летают в космос.
Уникальный автоматизированный, так называемый «безлюдный» стартовый комплекс ракеты-носителя «Зенит»
С использованием блоков и фрагментов ракеты «Буран» была создана ракета-носитель «Зенит» с полезной нагрузкой 12-14 т (генеральный конструктор В.Ф. Уткин). Она сразу создавалась как ракета-носитель.
Для нее впервые в мире был разработан уникальный автоматизированный, так называемый «безлюдный» стартовый комплекс (генеральный конструктор В.Н. Соловьев).
Когда наблюдаешь за предстартовой подготовкой наших ракет типа «Союз», то видишь различного рода фермы, площадки, на которых работают сотрудники стартовой команды.
Старт «Зенита» это уникальное зрелище. Вначале нет ничего, потом подъезжает железнодорожный состав с ракетой, которая устанавливается вертикально на пусковой стол, при этом все магистрали состыковываются автоматически.
Людей на стартовой площадке нет, управление и контроль за операциями осуществляются дистанционно с командного пункта. Также дистанционно подаются команды на заправку ракеты, проверку всех систем и, наконец, старт.
Конечно, воссоздать ракетно-космическую систему «Энергия» - «Буран» мы уже не способны, но и оставаться дальше только с «Союзом» и «Протоном» невозможно, особенно в свете создания космодрома Восточный. Пуски «Протона», отработавшие ступени которого с остатками топлива будут падать в море, вряд ли понравятся нашим азиатским соседям.
Не говоря уже об аварийных случаях, полностью исключить которые невозможно, особенно в свете нынешнего снижения квалификации наших специалистов.
Макеты ракет-носителей ""Ангара"
Давно уже разрабатывается семейство ракет-носителей «Ангара», летные испытания одной из этих ракет согласно указу тогдашнего Президента Ельцина должны были начаться в 1995 году, но до сих пор так и не начались.
Но с момента начала этих испытаний, которые все же, видимо, начнутся, до момента подтверждения натурными пусками высочайшего уровня надежности ракеты-носителя, позволяющего приступить к запуску космонавтов, пройдут многие годы.
Конечно, оптимальным решением было бы размещение на космодроме Восточный ракеты-носителя «Зенит» с её автоматизированным стартом, но эта ракета разрабатывалась и изготавливалась в Днепропетровске, т.е. теперь уже за границей, хотя сам стартовый комплекс создан в Москве.
Нам пора создавать новую многоразовую ракету-носитель, у которой многоразовой была бы для начала только первая ступень, которая после разделения представляет собой два опустевших, а потому не очень тяжелых топливных бака и двигатель.
"Байкал" - это ускоритель на ЖРД РД-191М (модификация однокамерного РД-171, сделанная для РН "Ангара") с тягой 196 тс
Варианты исполнения многоразового ускорителя "Байкал" на РКС "Ангара"
Необходимо превратить первую ступень в летательный аппарат, для чего нужно смонтировать на ней крылья, органы управления и установить систему управления по типу той, которая блестяще управляла в автоматическом режиме «Бураном».
Разумеется, проектантам ракетчикам одним с этим не справиться, а потому необходимо привлечь авиастроителей, которые и помогут превратить первую ступень ракеты-носителя пусть в не очень красивый, но способный спуститься с небес на землю летательный аппарат.
Разумеется, маршевый двигатель для такой первой ступени должен создаваться в расчете не на один пуск, как для боевой ракеты, а на многократное применение. Эта проблема была у нас решена десятки лет назад, когда главным конструктором Н.Д. Кузнецовым были созданы двигатели НК-33 и НК-43 для ракеты-носителя Н-1 («Лунная программа»).
После закрытия этой программы готовые двигатели долгие годы хранились в полной сохранности, а в новой России им быстро нашли применение: продали десятки таких двигателей американской фирме «Аэроджет» вместе с документацией и лицензией на их производство.
Создание ракеты-носителя с многоразовой первой ступенью открыло бы перед Россией новые горизонты в космонавтике. Разработка многоразовой второй ступени это последующий этап развития, в котором уже использовался бы полученный опыт, и реализовывались бы новые идеи.
Уровень моря - 101,3 кПа (1 атм.; 760 мм рт. ст атмосферного давления), плотность среды 2,7·1019 молекул на см³.0,5 км - до этой высоты проживает 80 % человеческого населения мира.
2 км - до этой высоты проживает 99 % населения мира.
2-3 км - начало проявления недомоганий (горная болезнь) у неакклиматизированных людей.
4,7 км - МФА требует дополнительного снабжения кислородом для пилотов и пассажиров.
5,0 км - 50 % от атмосферного давления на уровне моря.
5,3 км - половина всей массы атмосферы лежит ниже этой высоты (немного ниже вершины горы Эльбрус).
6 км - граница постоянного обитания человека, граница наземной жизни в горах.
6,6 км - самая высоко расположенная каменная постройка (гора Льюльяильяко, Южная Америка).
7 км - граница приспособляемости человека к длительному пребыванию в горах.
8,2 км - граница смерти без кислородной маски: даже здоровый и тренированный человек может в любой момент потерять сознание и погибнуть.
8,848 км - высочайшая точка Земли гора Эверест - предел доступности пешком.
9 км - предел приспособляемости к кратковременному дыханию атмосферным воздухом.
12 км - дыхание воздухом эквивалентно пребыванию в космосе (одинаковое время потери сознания ~10-20 с); предел кратковременного дыхания чистым кислородом без дополнительного давления; потолок дозвуковых пассажирских лайнеров.
15 км - дыхание чистым кислородом эквивалентно пребыванию в космосе.
16 км - при нахождении в высотном костюме в кабине нужно дополнительное давление. Над головой осталось 10 % атмосферы.
10-18 км - граница между тропосферой и стратосферой на разных широтах (тропопауза). Также это граница подъёма обычных облаков, дальше простирается разрежённый и сухой воздух.
18,9-19,35 - линия Армстронга - начало космоса для организма человека - закипание воды при температуре человеческого тела. Внутренние телесные жидкости на этой высоте ещё не кипят, поскольку тело генерирует достаточно внутреннего давления, чтобы предотвратить этот эффект, но могут начать кипеть слюна и слёзы с образованием пены, набухать глаза.
19 км - яркость тёмно-фиолетового неба в зените 5 % от яркости чистого синего неба на уровне моря (74,3-75 свечей против 1500 свечей на м²), днём могут быть видны самые яркие звёзды и планеты.
20 км - интенсивность первичной космической радиации начинает преобладать над вторичной (рождённой в атмосфере).
20 км - потолок тепловых аэростатов (монгольфьеров) (19 811 м).
20-22 км - верхняя граница биосферы: предел подъёма в атмосферу живых спор и бактерий воздушными потоками.
20-25 км - яркость неба днём в 20-40 раз меньше яркости на уровне моря, как в центре полосы полного солнечного затмения и как в сумерки, когда Солнце ниже горизонта на 9-10 градусов и видны звёзды до 2-й звёздной величины.
25 км - днём можно ориентироваться по ярким звёздам.
25-26 км - максимальная высота установившегося полёта существующих реактивных самолётов (практический потолок).
15-30 км - озоновый слой на разных широтах.
34,668 км - официальный рекорд высоты для воздушного шара (стратостата), управляемого двумя стратонавтами (Проект Страто-Лаб, 1961 г.).
35 км - начало космоса для воды или тройная точка воды: на этой высоте вода кипит при 0 °C, а выше не может находиться в жидком виде.
37,65 км - рекорд высоты существующих турбореактивных самолётов (Миг-25, динамический потолок).
38,48 км (52 000 шагов) - верхняя граница атмосферы в 11 веке: первое научное определение высоты атмосферы по продолжительности сумерек (араб. учёный Альгазен, 965-1039 гг.).
39 км - рекорд высоты стратостата, управляемого одним человеком (Ф. Баумгартнер, 2012 г.).
45 км - теоретический предел для прямоточного воздушно-реактивного самолёта.
48 км - атмосфера не ослабляет ультрафиолетовые лучи Солнца.
50 км - граница между стратосферой и мезосферой (стратопауза).
51,694 км - последний пилотируемый рекорд высоты в докосмическую эпоху (Джозеф Уокер на ракетоплане X-15, 30 марта 1961 г.)
51,82 км - рекорд высоты для газового беспилотного аэростата.
55 км - атмосфера не воздействует на космическую радиацию.
40-80 км - максимальная ионизация воздуха (превращение воздуха в плазму) от трения о корпус спускаемого аппарата при входе в атмосферу с первой космической скоростью.
70 км - верхняя граница атмосферы в 1714 г. по расчёту Эдмунда Галлея на основе данных альпинистов, законе Бойля и наблюдений за метеорами.
80 км - граница между мезосферой и термосферой (мезопауза): высота серебристых облаков.
80,45 км (50 миль) - официальная высота границы космоса в США.
100 км - официальная международная граница между атмосферой и космосом - линия Кармана, определяющая границу между аэронавтикой и космонавтикой. Аэродинамические поверхности (крылья) начиная с этой высоты не имеют смысла, так как скорость полёта для создания подъёмной силы становится выше первой космической скорости и атмосферный летательный аппарат превращается в космический спутник. Плотность среды на этой высоте 12 триллионов молекул на 1 дм³
КОСМИЧЕСКОЕ ПРОСТРАНСТВО, космос (от греческого ϰόσμος - упорядоченность, красота; мироздание, включая Землю; редко - небесный свод; в советской терминологии синоним английского outer space - внепланетное пространство), пространство, простирающееся в основном за пределами атмосферы Земли. Включает околоземное, межпланетное, межзвёздное и межгалактическое космическое пространство. Наиболее исследованным и освоенным является околоземное космическое пространство.
Околоземное космическое пространство ограничивается сферой земного притяжения, в пределах которой воздействие гравитационного поля Земли на полёт КА является определяющим по сравнению с воздействием гравитационных полей Солнца и планет. Условия полёта в околоземном космическом пространстве определяются главным образом характеристиками верхних слоёв земной атмосферы и различного рода полей (гравитационного, магнитных и электрических), радиационной обстановкой и возможностью встречи с метеоритными телами. Околоземное космическое пространство по своим физическим условиям разделяется на приземный космос (75-150 км), ближний (150-2000 км), средний (2-50 тысяч км) и дальний (свыше 50 тысяч км) космос. Приземный космос расположен ниже естественных радиационных поясов Земли и характеризуется сравнительно высокой плотностью атмосферы, что делает практически невозможным длительный орбитальный полёт только за счёт сил инерции, а также требует значительной тепловой защиты КА. В то же время здесь можно использовать аэродинамическую подъёмную силу (например, для маневрирования). Ближний космос имеет малую плотность атмосферы, что позволяет КА существовать от нескольких часов до нескольких лет. Здесь расположены нижние области внутреннего радиационного пояса Земли. На высотах 500-1000 км полёт КА в наименьшей степени подвержен внешним возмущениям. Средний космос характеризуется очень малой плотностью среды, что определяет продолжительность инерционного полёта КА от одного года до сотен лет. В нём располагаются практически все области радиационных поясов Земли. В среднем космосе возможно создание группировок КА, неподвижных относительно земной поверхности. Дальний космос ныне практически не освоен. Здесь расположены орбита Луны, точки либрации в системе Земля - Луна, в которых отсутствуют гравитационные возмущения Солнца, планет и Луны, что позволяет использовать их для создания космических систем длительного существования и научных исследований.
Космическое пространство активно используется в различных целях обеспечения жизнедеятельности человека. Здесь созданы и функционируют системы космической связи и ретрансляции, средства навигационного, метеорологического и топогеодезического обеспечения, разведки природных ресурсов Земли и непрерывного наблюдения за их состоянием, исследования Земли и её атмосферы. В перспективе предусматривается развёртывание в космическое пространство производства энергоресурсов, сырья и новых (сверхчистых) материалов. Космическое пространство с начала освоения рассматривалось ведущими державами мира как потенциальный ТВД, что обусловлено возможностью реализации глобальных навигационных систем и систем связи, оперативного получения глобальной разведывательной, топогеодезической, метеорологической и другой информации; государственной экстерриториальностью, позволяющей получать разведывательную информацию в мирное время по всему земному шару, не нарушая суверенитета государств; возможностью максимально приблизить космические наступательные и оборонительные системы к противнику и воздействовать на его объекты на любых ТВД, а также применять оружие на новых физических принципах. С середины 1980-х годов начались исследовательские и другие подготовительные работы по реализации Стратегической оборонной инициативы США (предусматривавшей создание космического противоракетного оружия, в том числе орбитального базирования), по результатам которых в конце 2001 года было принято решение о создании национальной системы ПРО, а в 2002 о выходе США из Договора об ограничении систем ПРО 1972. Российская Федерация, согласно принятой военный доктрине, выступает против милитаризации космического пространства, но вместе с тем, исходя из принципа соответствия уровня технической оснащённости Вооруженных Сил потребностям обеспечения военной безопасности, в России созданы Космические войска (2001).
Международно-правовой режим космического пространства определяется космическим правом международным. Национальная программа космических исследований входит в сферу внутренней компетенции каждого государства, регулируемой нормами его национального права. Исследование и использование космического пространства в России осуществляются в соответствии с Законом Российской Федерации «О космической деятельности» (1993), который устанавливает правовые и организационные основы космической деятельности при решении социально-экономической, научно-технической и оборонных задач.
Лит.: Бурдаков В. П., Зигель Ф. Ю. Физические основы космонавтики. Физика космоса. М., 1975; Авдеев Ю. Ф. Космос, баллистика, человек М., 1978; Космос и право. М., 1980.
