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 тысяч 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.
