Почему Луну будут осваивать со станции секонд-хэнд

Международная космическая станция

На фоне трагичных и просто прискорбных новостей последних месяцев светлым лучом надежды стало сообщение о возможном строительстве новой Международной космической станции за орбитой Луны. Инициатива Роскосмоса по созданию такой станции на базе уже разработанных и запущенных деталей нынешней МКС поддержана NASA, ESA и Японским агентством аэрокосмических исследований.

Новая станция должна расположиться в точке, название которой может заставить затрепетать сердце любителя классической научной фантастики – «Лагранж-2 системы Земля – Луна». Эта точка в космическом пространстве расположена примерно в 60 тысячах километров за Луной. И именно туда отправляли свои станции Дункан Лунан, Артур Кларк и многие другие авторы фантастических произведений. И вот теперь фантастика начинает превращаться в реальность. Пусть и с легким отливом секонд-хэнда.

Волшебные точки Лагранжа

В космосе нет ничего неподвижного. Мы вращаемся на своем шарике вокруг земной оси, а Земля кружится вокруг Солнца. Солнце за 200 миллионов земных лет делает оборот вокруг центра нашей Галактики (с большой буквы, так как она наша), а Галактика летит навстречу галактике Андромеды, с которой, возможно, и столкнется через 3–4 миллиарда лет. Любое тело, отпущенное на свободу в космосе, выберет какую-то свою траекторию движения, чаще всего стабильную, и включится в это коловращение жизни.

И все же есть точки в космосе, где можно оставить свои вещи, не опасаясь, что они разлетятся по всей Галактике. Их существование предсказал французский математик Жозеф Луи Лагранж в своей работе о Луне еще в 1765 году. Суть дела такова: если в космосе летают два массивных тела, например Земля и Луна, то между ними будет точка, в которой силы притяжения одной и другой планеты уравновесятся. Тогда малое тело, чья масса по сравнению с массами планет ничтожна, попав в такую точку, там и останется навсегда. В масштабах человеческой жизни – точно.

Белые линии обозначают равный градиент притяжения, а синие и красные стрелки – направление блуждания объектов вблизи точек Лагранжа

Это место называется «точка Лагранжа L1», или L1. Но есть и другая точка, позади Луны. Там уже происходит уравновешивание сил притяжения Земли и Луны с одной стороны и центробежных сил – с другой, и это «точка Лагранжа L2», или L2. Есть и еще три точки, но о них в другой раз.Нужно сказать, что такие же точки есть и в системе Солнце – Земля. В этих точках уже сейчас расположены научные космические станции: в L1 висят солнечные обсерватории, например SOHO, а в точке L2 – целый ряд аппаратов для изучения дальнего космоса («Планк», «Гершель», Gaia). Но мы говорим сейчас только о системе Земля – Луна.

Почему не на Луне?

Долгое время представлялось, что именно Луна должна стать базой для дальнейшего освоения космического пространства. Она ею и станет, но сначала нужно иметь промежуточную базу, поблизости от этой самой Луны. И по возможности как можно более дешевую в строительстве и эксплуатации.

Проблема в том, что каждый разгон-торможение в космосе требует топлива. Космические корабли программы «Аполлон» имели запас топлива для торможения у Земли, для старта с орбиты Луны, для взлета с Луны и посадки на нее, для торможения на орбите Луны и для старта с орбиты Земли к Луне. Ну и, конечно, для выхода на орбиту Земли. В космос с Земли уходила ракета «Сатурн-5», массой более 2800 тонн. На орбиту Земли выходило 130 тонн, к Луне летело уже 50 тонн – это и был космический корабль «Аполлон» с лунным модулем. На Землю возвращался только командный отсек массой 5,5 тонны. Лунный модуль со своими запасами топлива и переходной отсек имели массу около 18 тонн. То есть, не высаживаясь на Луну, а зависнув в точке L2 системы Земля – Луна, можно было бы оставить там около 20 тонн полезной нагрузки. На орбиту Луны корабли «Аполлон» выходили десять раз, то есть могли доставить на L2 около двухсот тонн груза. Для сравнения: станция «Мир» имела массу чуть более 124 тонн. Значит, эта задача даже по тем временам была вполне выполнимая.

Корабль «Аполлон» массой чуть более 47 тонн – это то, что стартовало с орбиты Земли к Луне

При необходимости с точки L2 вполне можно слетать и сесть на Луну, энергетические затраты на это будут не очень большие. С такой станции проще стартовать на Марс или запускать космические станции в дальний космос. К ней экономичнее долететь. И наконец, это не станция на поверхности Луны, опыта строительства которой мы не имеем, а, по сути, та же орбитальная станция, что и МКС, только на другой орбите, в другом месте. И вот тут-то возникает вопрос: неужто пропадать добру?Идея буквально витала в воздухе. Еще несколько лет назад, когда в NASA задумались о выгоде строительства станции в точке Лагранжа-2, возникла и идея приспособить что-то из имеющегося на МКС. Эта станция после 2020 года будет сниматься с эксплуатации, старые блоки затопят, но кое-что явно будет еще вполне годным для дальнейшего использования. Их только надо перегнать к L2, а это гораздо дешевле, чем поднимать новое с Земли.

Практичный подход

Всю станцию МКС, конечно, не перегонишь на новую орбиту, да и смысла в этом нет. А вот отдельные модули можно. Суть же российского предложения заключается в том, что запускаемые на МКС модули заранее должны быть созданы с перспективой их дальнейшего использования в новой станции на L2. Это касается в первую очередь создаваемого Россией научно-энергетического модуля (НЭМ). Впервые такой модуль планировался еще для «Мира», потом его корпус использовали для создания модуля «Рассвет» для МКС. Но идея слишком хороша, чтобы ее бросить, и Россия предложила партнерам по МКС сделать его и запустить к 2018 году.

НЭМ – ферма, которая раздвигается, солнечные батареи выдвигаются и разворачиваются, следя за Солнцем

НЭМ представляет собой орбитальную станцию в миниатюре – это ферма, с одной стороны которой находится лабораторный комплекс, а с другой – система солнечных батарей. Такая конструкция позволяет стать основой для пристыковки других сегментов и дальнейшего роста станции. Сейчас НЭМ должен стать источником питания для российского сегмента МКС. А вот потом, когда срок службы МКС подойдет к концу (в период с 2020 по 2024 год), именно его можно будет отстыковать и перевести в точку L2. Возможно, к нему за компанию можно будет отправить и новый российский блок «Наука», который готовят на замену устаревшему модулю «Пирс».Сейчас идут работы по модификации ракеты-носителя, которая должен будет вывести НЭМ на орбиту к МКС. Судя по всему, и сам модуль будет изменен, чтобы соответствовать достигнутому соглашению с партнерами по МКС. И тогда уже начнется полномасштабная работа в области проектирования не только новой станции в точке Лагранжа L2, но и миссий, которые будут производиться с ее участием. Правда, есть один нюанс: кто возьмет на себя работу по перевозке блоков МКС на новое место?Здесь следует учитывать, что буксиру не нужно будет садиться на Землю или на Луну. Это может быть совсем новое транспортное средство с электроплазменными двигателями, например системы VASIMR. Такие буксиры могут за полгода перетащить блоки станции массой 34 тонны от Земли до L2, потратив в 10 раз меньше по массе топлива, чем химические ракеты. Возможно применение и других двигателей, например плазменных, которые уже используются для коррекции орбит спутниками на высоких орбитах.Сама же МКС-L2 для начала может быть не постоянной, а посещаемой станцией. Станция посещения может иметь массу 30–40 тонн для трех человек, тогда как для работы в постоянном режиме ее масса должна быть не менее 60–80 тонн.Все это в пределах современных технологических возможностей. За два десятка лет там может быть возведена станция, превышающая по размерам современную МКС, которая станет базой для частых посещений Луны, и уже в более далекой перспективе – для строительства лунной станции. Таким образом, освоение космоса все больше становится практичным делом, к которому могут присоединиться самые разные государственные и частные предприятия. Станция в L2 – это, наверное, самая здравая идея, которая может быть осуществлена в первой половине этого века и дать толчок развитию новых технологий, творчески применяя уже проверенные.