Другой глобус для вас есть!

Как релоцироваться на другие планеты: короткий практический путеводитель по Солнечной системе и Галактике

В то время как россияне массово уезжают в другие страны, ученые и инженеры нормального мира думают о заселении других планет. В Сахаровском центре в рамках «Лекций на Земляном валу» состоялось выступление астронома Владимира Сурдина, лауреата премии «Просветитель» и премии РАН за лучшие работы по популяризации науки о колонизации космоса. Публикуем краткую расшифровку этой лекции.

Владимир Сурдин

астроном, лауреат премии «Просветитель» и премии РАН за лучшие работы по популяризации науки о колонизации космоса

Тема моей лекции может показаться развлекательной, но речь действительно пойдет об освоении новых космических территорий. Земля почти вся уже освоена, осталась лишь Антарктида, поэтому мы присматриваемся к космосу, желая расширить ареал нашей цивилизации.

В Солнечной системе у нас не так много вариантов: восемь больших планет, пять планет-карликов, две сотни спутников планет и более миллиона уже открытых малых тел — астероидов и ядер комет. В основном астероидов. Но и на них тоже можно найти кое-что полезное, и об этом сейчас многие думают.

Каковы средства для освоения внеземных территорий? Это ракеты. Была эпоха, когда космонавтика стремительно набирала темп. До середины ХХ века люди передвигались медленно, но затем произошел рывок. Я построил график, на котором показана максимальная скорость перемещения человека в разные годы. Сначала человек бегал, скакал на лошади, а потом буквально за несколько десятилетий появились автомобили, самолеты, сверхзвуковые самолеты, и вот стремительный рывок — ракеты. Посмотрите, в какую замечательную эпоху мы с вами живем.

Я вижу в зале людей примерно моего возраста, мы с вами были современниками этой фантастической эпохи в истории нашей цивилизации, когда человек научился передвигаться с невероятной скоростью.

А кто был этим человеком, помните? Конечно, Юрий Гагарин. Первый человек, «севший верхом на ракету» в 1961 году. Затем был еще один рывок в 1968 году. Его совершили первые межпланетные путешественники — астронавты Фрэнк Борман, Джеймс Ловелл и Уильям Андерс, слетавшие к Луне. В те годы казалось, что пилотируемая космонавтика продолжит развиваться так же стремительно, что через несколько лет мы будем на Марсе — и далее везде. Но этого не произошло. Почему? Потому что

в эпоху своего расцвета космонавтика поддерживалась интересами военных, и деньги никто не считал. Но баллистические ракеты и околоземные спутники решили проблемы обороны, а космические ракеты для полета к другим планетам военным не нужны.

Космонавтика вступила в эпоху медленного развития.

Ранее созданные ракеты с их небольшой грузоподъемностью годились для запуска на околоземную орбиту крупных спутников или для отправки небольших автоматических зондов к Луне и планетам Солнечной системы. Отправить туда людей возможности не было. Возрождать для этого дорогие и мощные носители «Сатурн-5» и «Н-1» никто не хотел.

В начале нынешнего века космонавтика вступила в новую фазу — коммерческую. Теперь космос понадобился не только государству, но и отдельным частным компаниям, которые увидели в нем возможность для бизнеса. Спутники связи и наблюдения за земной поверхностью стали дешевле и легче, для их запуска не нужны дорогие ракеты, а пользу от них ощущают миллиарды людей. И платят за это.

Частники стали очень экономно эксплуатировать ближний, околоземной космос. Многоразовые ракеты Илона Маска, маленькие ракетопланы Бёрта Рутана и Ричарда Брэнсона, «подпрыгивающие» ракеты Джеффа Безоса. Но человек на таких слабых машинах далеко не улетит, он не оставит свой след на другой планете, не воткнет флаг, не завоюет внеземную территорию. Это не путь экспансии человечества во Вселенную, а всего лишь эксплуатация мифа о космосе.

Богатый гражданин «подпрыгивает» на такой ракете над поверхностью планеты и через полчаса возвращается обратно. При этом он может гордиться тем, что стал космонавтом, поскольку это правда: он действительно побывал в космосе. Однако наша цивилизация от этого околоземного «каботажного плавания» никакой радости, никакого расширения своих возможностей не получает.

А ведь в космосе, на самом деле, много полезных ресурсов. Как правило, когда говорят о ресурсах, речь идет о Луне или Марсе, а в последнее время — еще об астероидах и кометах. Но в космосе есть и более доступные ресурсы, о которых редко говорят. Например, вакуум — довольно дорогая «пустота», необходимая для многих исследований и производств. Чтобы получить вакуум на Земле, нужны мощные насосы, которые долго откачивают воздух. А в космосе вакуум бесплатен. И его там сколько хочешь! Можно использовать и для опытов, и для производства тонкой электроники.

Или невесомость, которую теперь принято называть микрогравитацией. В невесомости можно выращивать кристаллы, производить некоторые ценные лекарства. В космосе невесомость бесплатная. А на Земле ее вообще нет.

И солнечная энергия в космосе гораздо доступнее, чем на поверхности Земли с ее ночной темнотой и облаками. Так что производственные ресурсы космоса вполне ощутимы, их можно эксплуатировать. Однако первым внеземным ресурсом, как и ожидалось, стал «космос как обсерватория». Ведь известно, что знание — сила. Из околоземного пространства очень полезно наблюдать как Вселенную, так и Землю.

В первые десятилетия космонавтики осваивать внеземное пространство пытались с помощью человека. Запускали многотонные аппараты с экипажем. И это были не только хорошо знакомые нам «Салюты» и «Мир», но и огромная американская станция «Скайлэб». Казалось, что на этих летающих обсерваториях без человека не обойтись: кто-то ведь должен нажимать кнопки и чинить приборы. Но вскоре выяснилось, что «кнопки» отлично нажимает компьютер, приборы становятся всё более надежными, а человек в космосе лишь помеха. Он постоянно хочет дышать, пить, есть и спать. Он перемещается по кабине, отчего дрожат приборы. Он не может долго работать в условиях космической радиации. А о расходах на пилотируемую космонавтику вообще лучше не вспоминать.

При этом космонавтика в целом вполне оправдывает затраты, но лишь потому, что всё полезное в космосе делается без человека.

Тысячи спутников связи, навигации и наблюдения за Землей и космосом работают автономно, долго и надежно. Скоро будет 33 года телескопу «Хаббл» (запущен 24 апреля 1990 года). Он работает без астрономов на борту и при этом открыл новую эру в астрономии. Мне могут возразить, что как раз для ремонта «Хаббла» потребовались полеты астронавтов. Это так. Но затраты на этот ремонт оказались выше, чем создание нового «Хаббла».

Так можно ли сделать вывод, что сейчас для человека в космосе нет конкретных задач? Нет, это не совсем так. Человек в космосе нужен как объект исследования: возможности нашего организма до сих пор не изучены за пределами магнитосферы Земли. И еще одна, возможно, главная задача для человека — его присутствие на внеземных территориях имеет большое идеологическое значение. Мы привыкли к тому, что открытие новых земель считается с того момента, когда на них ступит нога покорителя и будет воткнут государственный флаг.

Например, многие считают, что Луну «открыл» Нил Армстронг, первым вступивший на нее в 1969 году, но забывают о том, что в течение десяти лет до него к Луне летали и на ней работали автоматические зонды. Более того, Армстронг и его команда не были даже первыми межпланетчиками: люди к Луне летали и до них (но без посадки). Поэтому в глазах общественности для завоевания новых территорий необходим человек, след его ноги на поверхности планеты. В 1972 году последний астронавт покинул Луну, и она снова стала «непокоренной». Забывая о том, что вокруг нее и на ней постоянно работают автоматы, мы ждем новых полетов человека, чтобы продолжить «освоение» Луны. Мы забываем о том, что эпоха великих географических открытий в космосе не прерывалась с 1957 года, с момента запуска нашего первого спутника. Что автоматические разведчики побывали у всех планет, изучили их спутники, астероиды и кометы, ушли за границы нашей планетной системы. Но всё это не в счет, пока там не побывал человек. Каковы же перспективы?

Луна

Луну мы только начали изучать и пока не знаем, что полезное с нее можно привезти на Землю. Но даже для дальнейшего изучения самой Луны нужно что-нибудь полезное там найти, чтобы не возить с Земли всё необходимое для работы, поскольку это очень дорого. Самый важный ресурс, уже разведанный на Луне, — это вода. В виде вечной мерзлоты, тот есть льда в грунте, она есть во многих областях Луны, но более всего — в районе Южного полюса. Кстати, обнаружили воду на Луне в основном российские приборы, установленные на чужих спутниках. Но к лунной воде сегодня направлено внимание многих стран. Особенно активны китайские ученые: с помощью искусственных спутников Луны они составили прекрасные карты поверхности, на которой уже работали два китайских лунохода и с которой на Землю уже доставлены образцы лунного грунта. В ближайшее время к Южному полюсу Луны устремятся роботы многих стран, а за ними — и люди.

Часто спрашивают: «Почему люди полвека не возвращались на Луну?» Ответ очевиден: не было цели. Первая лунная гонка 1960-х между СССР и США была идеологической, и американцы её выиграли, уравновесив тем самым первые советские победы в космосе. Сейчас набирает темп вторая лунная гонка, также идеологическая (ибо других задач для нее нет), но теперь уже между США и Китаем. Если Китай объединится с Россией, то победитель не очевиден. Но пока впереди американцы. Чтобы послать человека на Луну, нужна мощная ракета, не менее мощная, чем старая американская «Сатурн-5», на которой полвека назад астронавты достигли Луны. В США такая ракета уже есть — это SLS NASA, и на подходе вторая — Starship Илона Маска. В КНР и России похожие ракеты только разрабатываются.

Возможно, новым прогулкам людей по Луне будет предшествовать создание окололунной орбитальной станции. США в кооперации с другими странами такую программу уже финансируют. Ее задача — подготовка полетов в далекий космос, к Марсу. Не исключено, что такую же станцию совместно создадут Россия и Китай. Сегодня космонавты на МКС работают в 400 километрах от Земли, а до Луны — 400 тысяч километров. Тут многие проблемы придется решать заново. Это интересная задача, в которой конкуренция технологий будет только на пользу делу.

Ещё один неожиданный ресурс Луны — ее обратная сторона, откуда никогда не видна Земля и куда, следовательно, не приходят радиопомехи с Земли.

Там мечтают работать радиоастрономы, изучающие тихий «шепот» Вселенной. Тут возможны варианты: либо радиоастрономические спутники будут летать вокруг Луны и, скрываясь за ней, проводить наблюдения, либо будет создана стационарная обсерватория на поверхности с присутствием людей. Условия для работы человека на Луне весьма сложные: нет воздуха, высокий уровень космической радиации. Но решения есть: например, от радиации можно укрыться в пещерах, которые на Луне уже найдены. В конце концов, на Земле люди тоже пережили долгую эпоху пещерной жизни. Возможно, с этого же начнут и лунные колонисты.

А мы полетели дальше…

Венера

Чем нас привлекают далекие планеты? Чем, например, интересна нам Венера? В прошлом рядом с ней и в ее атмосфере уже работали советские и американские зонды. Более того, советские работали даже на ее поверхности, несмотря на адские условия там: температура +464°С, давление 92 атм. Найти признаки жизни на такой поверхности шансов немного. А вот в атмосфере…

Оказалось, что верхний слой венерианской атмосферы на высотах от 50 до 55 км довольно благоприятный. Температура там около 25°C, и давление комнатное, около 1 атм. Правда, состоит атмосфера почти из чистого углекислого газа, кислорода нет, а облака состоят из капелек концентрированной серной кислоты, но капельки мелкие, летают довольно далеко друг от друга. Биологи говорят, что в такой атмосфере многие земные организмы могут жить. Земные могут, а венерианские?

Осенью 2020 года радиоастрономы, изучавшие облака Венеры, объявили, что обнаружили там молекулы глицина (C2H5NO2) и фосфина (PH3). Хотя глицин — это аминокислота, входящая в состав многих белков земных организмов, биологов больше заинтересовал ядовитый газ фосфин, который на Земле производится анаэробными бактериями. Даже если эти открытия не подтвердятся, сообщения о них уже сместили фокус интересов экзобиологов в сторону Венеры. Космические агентства многих стран, в том числе и наш Роскосмос, спешно готовят экспедиции на Венеру. Никто не хочет упустить возможность обнаружить внеземную жизнь так близко от Земли. Ведь до Венеры можно долететь всего за четыре месяца.

А имеются ли у Венеры перспективы для жизни людей? Да, и немалые. Оказывается, на многих планетах и даже их спутниках есть зоны жизни, то есть области, где температура и давление позволяют существовать жидкой воде. На Земле это довольно тонкий слой вдоль поверхности планеты. Выше 8 км воздух разреженный и холодный, там жизнь невозможна. Глубже 3 км под грунтом — жара, температура выше 100°С, тоже нет жизни. Таким образом, на Земле толщина пригодного для жизни слоя всего 10–12 км. Его полный объем показан шариком на рисунке.

А у Венеры объем зоны жизни даже чуть больше земного, но вся эта зона высоко над поверхностью, в облаках. Так почему бы нам не поселиться на Венере? Уже есть инженерные проработки того, как направить туда космические аппараты, которые при входе в атмосферу надуют аэростаты. И вот, пожалуйста, живите в облаках Венеры! Условия комфортные, летайте на дирижаблях, создавайте гостиницы, научные лаборатории, только не опускайтесь слишком низко, там очень жарко. Детальную проработку этой идеи вы найдете в книге С. А. Красносельского «Запасная планета. Проект XXI века».

Марс

У Марса тоже есть зона жизни, но она под грунтом. Дело в том, что разреженная атмосфера Марса не спасает его поверхность от космической радиации. Поэтому на поверхности Марса жизни нет, но под слоем грунта толщиной несколько метров, куда не проникает радиация, условия для жизни есть. И вода там тоже есть, хотя довольно грязная. Правда, на Марсе холодновато: средняя температура на поверхности — минус 63°С. Но бывает и теплее: в районе экватора она нередко поднимается выше нуля. В последние десятилетия мы надеялись найти на Марсе жизнь. Пока не нашли, но перспектива есть. Ведь жизнь на Марсе нужно искать под грунтом, а туда наши приборы пока не проникали. Но даже если Марс лишен собственной жизни, человек там сможет обустроиться.

Первая проблема на этом пути — добраться до Марса живым и здоровым.

Перелет к Марсу занимает 8–9 месяцев. Сохранять физическую форму в условиях невесомости космонавты уже научились: выручает зарядка. А вот бороться с радиацией пока сложно. В межпланетном пространстве ее уровень выше, чем вблизи Земли, а защиту современные космические корабли не обеспечивают.

Вот очень важная картинка. Числа на ней показывают, какую дозу радиации получает человек за год в разных местах. Единица измерения — бэр, биологический эквивалент рентгена. Считается, что доза 5 бэр в год почти безопасна для здоровья. На поверхности Земли, прикрытые атмосферой, мы практически не облучаемся. В стратосфере, на борту самолета доза была бы уже заметная. Но ведь никто из нас не летает непрерывно целый год. А вот космонавты на МКС в среднем получают 10 бэр за год. Это определенный риск, но кто не рискует, тот не летает в космос.

Однако межпланетные полеты — совсем другое дело. К счастью, до Луны лететь всего три дня, поэтому и летали. Но полет к Марсу с возвращением на Землю, по расчетам, даст дозу радиации 80 бэр, а это крайне опасно для здоровья человека. Если же за время перелета на Солнце произойдет мощная вспышка, то возникнет реальная опасность для жизни космонавтов.

Решение проблемы видится в двух направлениях: либо быстрый перелет, либо надежная защита от радиации. Быстрый перелет современные ракеты на химическом топливе обеспечить не смогут; нужны ядерные двигатели. Кстати, над их конструкцией размышлял еще академик А. Д. Сахаров, мечтавший о том, что использование ядерной энергии в космонавтике сможет остановить гонку ядерного вооружения. Такие двигатели сейчас проектируются, но пока не использовались. Остается надежда на многотонную защиту от радиации, которую сможет поднять только очень мощная ракета. Именно такую ракету Starship пытается создать сейчас Илон Маск. Он задумал не просто мощную, но еще и многоразовую ракету, которая резко снизит затраты на межпланетные перелеты. Топливо для ее метановых двигателей можно будет синтезировать из атмосферы и грунтовой воды на Марсе. Пожелаем Маску удачи.

Но и на Марсе перед космонавтами встанут проблемы. Придется срочно сооружать или искать убежище от радиации. А работать будет нелегко. Из-за крайне низкого атмосферного давления космонавт должен быть в пустотном скафандре, как на Луне. Такая одежда на Земле весит около 100 кг. Но на Луне сила тяжести в 6 раз меньше земной, а на Марсе — только в 2,6. Уставшему от невесомости и больному от радиации человеку носить такой скафандр будет трудно.

Первым марсианским колонистам, вероятно, придется использовать уже готовые радиационные убежища, а именно пещеры. На Марсе, как и на Луне, они есть.

Марсианские пещеры довольно крупные, но пока с орбиты мы видим только входы в них: вертикальные колодцы диаметром порою более сотни метров. Куда они ведут, пока не ясно. Но их сходство с карстовыми провалами и вулканическими трубами дает надежду, что это обширные пещеры, в которых можно укрыться от радиации и суточных перепадов температуры.

…и далее

Колонизируя Марс, полетим ли мы дальше? Непременно! Если основным ресурсом в космосе считать воду, то ее особенно много на спутниках планет-гигантов. Будем их исследовать, может быть, и обживать. Особенно привлекательны спутники Юпитера и Сатурна — Европа, Энцелад, Титан. Под толстой ледяной корой Европы гигантский водный океан. Жидкой воды там больше, чем в Мировом океане Земли. Несмотря на отсутствие солнечного света, там могут быть условия для жизни, источником энергии для которой могут служить подводные гейзеры и вулканы.

Но самое привлекательное место для будущей колонии, на мой взгляд, — это спутник Сатурна Титан. Он значительно крупнее нашей Луны и обладает плотной атмосферой земного типа, в основном состоящей из азота. Она надежно закрывает поверхность Титана от космической радиации и позволяет легко летать над поверхностью не только самолетам, вертолетам и дирижаблям, но и мускулолетам, поскольку сила тяжести на Титане в семь раз меньше земной.

И плавать на Титане тоже можно: его реки, озера и моря заполнены жидким метаном, этаном и другими углеводородами, поскольку на Титане холодно (–180 °С). Однако в такой среде, как говорят биологи, не исключено развитие жизни неземного типа. Очень интересно!

А еще не будем забывать об астероидах и ядрах комет. И хотя это небольшие объекты, лишенные атмосферы, их в Солнечной системе обнаружено уже более миллиона, и они легко доступны, поскольку обладают слабым притяжением, облегчающим взлет и посадку. Среди астероидов есть очень интересные, например, состоящие почти целиком из металлов, причем, может быть, даже частично из благородных металлов. Например, в октябре 2023 года к астероиду Психея отправится космический зонд Psyche (NASA), чтобы проверить, из каких именно металлов состоит это небесное тело. Поверхность нескольких астероидов и ядер комет уже была исследована, но мы не знаем, как устроены их недра. А ведь именно там можно создавать внеземные поселения. Да, и пещеры там тоже есть! Одну из них обнаружили у ядра кометы Чурюмова — Герасименко.

Экзопланеты

А если заглянуть в более далекую перспективу, то хочу напомнить о планетах иных звезд — об экзопланетах. В некотором смысле они действительно экзотические: очень далекие и невероятно разнообразные. На данный момент (23 ноября 2022 года) обнаружено уже 5285 экзопланет, и почти каждый день астрономы открывают очередную. Среди них есть планеты, похожие на Землю и, по-видимому, обладающие климатом, близким к земному.

Изучать условия на этих планетах, например, газовый состав их атмосферы, астрономы до недавних пор не могли. Но теперь такая возможность появляется. Заканчивается строительство нескольких гигантских телескопов с объективами диаметром от 20 до 40 метров, и на орбите начал работать крупный космический телескоп «Джеймс Вебб». С их помощью можно будет найти именно те экзопланеты, условия на которых предполагают наличие (или хотя бы возможность) жизни.

Но детально исследовать их можно будет только вблизи. Как же послать туда наши приборы? С помощью обычной ракеты полет на межзвездные расстояния занимает многие тысячи лет. Однако нашелся энтузиаст, который в ближайшее время собирается создать межзвездные зонды, способные за разумное время долететь до планет у ближайших звезд. Это Юрий Мильнер, выпускник физфака МГУ. Он один из создателей Mail.ru Group, миллиардер. Сейчас живет в Калифорнии (США) и свои миллиарды нередко направляет на разные научные проекты. Например, 100 миллионов долларов он дал на поиски внеземных цивилизаций. А затем — еще 100 миллионов на создание космического зонда для исследования экзопланет.

Поскольку расстояния даже до ближайших звезд гигантские, лететь надо быстро. А крупный аппарат до большой скорости не разогнать. Поэтому межзвездные зонды предлагается делать малюсенькими, размером буквально с ноготь.

Современная электроника это позволяет. Эту кроху предполагается привязать к небольшому световому парусу — тонкой пленке, отражающей свет мощного лазера, направленного на него с Земли. Именно давление света на парус позволит разогнать зонд почти до половины скорости света. За разумное время, за 10–15 лет, он долетит до перспективных экзопланет и передаст нам по радио сведения о них. Сумасшедший проект! Но люди над ним уже работают, а значит, результат будет. Не исключено, что разведанные нашим поколением далекие планеты когда-нибудь станут для наших потомков «Землей 2.0».

Как видим, человечество в своих планах космической экспансии уже замахивается на планеты чужих звезд. В Солнечной системе нам уже мало места. Но эти грандиозные планы будут реализованы только в том случае, если раньше мы сами не уничтожим жизнь на Земле. Надеюсь, человечество поймет, что завоевание космоса намного перспективнее, чем завоевание чужих территорий здесь, на Земле.