Человечество давно и с большим успехом использует околоземную орбиту для своих нужд. Расположенные на ней спутники обеспечивают нас прогнозами погоды, связью, интернетом и возможностью определить местоположение в любой точке земного шара. Нельзя забывать и про военных — ни одна современная армия не сможет эффективно вести боевые действия без поддержки из космоса.
Но прямо сейчас на орбите происходит настоящая революция. На наших глазах создаются первые мегасозвездия спутников, частные космические корабли перевозят людей, а перспектива создания коммерческих орбитальных станций уже не кажется фантастикой. Давайте попробуем представить, что может ждать околоземную орбиту уже в относительно недалеком будущем.
Космическая СТО
Одним из основных трендов развития околоземной орбиты, безусловно, станет развитие сектора, который можно условно назвать «космической СТО». Дело в том, что современные спутники уже достигли весьма высокого уровня надежности. Да, аварии все еще случаются, но в целом срок жизни космических аппаратов все чаще определяет не надежность работы их систем, а «расходники» — запасы топлива, а также ресурс солнечных батарей и аккумуляторов.
С финансовой точки зрения намного проще дозаправить старый, но сохранивший полную работоспособность спутник, нежели строить и запускать абсолютно новый. Уже сейчас на орбите успешно работают несколько буксиров для удержания орбиты аппаратов, у которых закончилось топливо. Но это лишь начало. Очевидно, что будущее не за подобным индивидуальным подходом, а за универсальными системами, которые смогут осуществлять прямую дозаправку многих аппаратов.
Разумеется, все это — дело не одного дня. Орбитальная дозаправка потребует оснащения спутников универсальными заправочными портами, а также создания сети космических танкеров и АЗС. Ряд компаний уже работают над такими системами. И у нас даже есть первые цифры стоимости космической дозаправки. Так, недавно аэрокосмический стартап Orbit Fab заявил о том, что дозаправка спутника на геостационарной орбите обойдется заказчику в $20 млн.
Впрочем, по мере прихода на рынок новых игроков цены должны будут устремиться вниз. Кроме того, если сейчас в приоритете дозаправка крупных геостационарных аппаратов, то в будущем есть основания ожидать появления компаний, которые возьмутся за обслуживание более мелких спутников.
Орбитальные танкеры и аппараты-заправщики являются хотя и важным, но далеко не единственным направлением космической СТО. Нельзя забывать и про апгрейд — ремонт и установку более современных компонентов, а также достройку спутников. Чрезвычайно актуальна и замена солнечных батарей ввиду их тенденции деградировать под действием излучения и ударов микрометеоритов.
Во времена программы Space Shuttle считалось, что такие операции будут выполняться людьми. Но сейчас очевидно, что всего необходимого можно добиться и с помощью автоматов. В 2025 году на орбиту должен отправиться построенный компанией Maxar аппарат OSAM-1, предназначенный для дозаправки старого спутника Landsat 7. Вместе с ним в космос полетит пятиметровый роботизированный манипулятор SPIDER (Space Infrastructure Dexterous Robot). Он должен будет построить функциональную антенну диаметром 3 м, способную передавать сигналы в Kₐ-диапазоне, и 10-метровую балку. В случае успеха эксперимент наглядно продемонстрирует возможность сооружения крупных структур в космосе без непосредственного участия со стороны людей.
Еще одним довольно перспективным направлением освоения околоземной орбиты считается создание космических электростанций. Многие космические агентства и частные компании заняты экспериментами в этой отрасли. А тот же Китай недавно пообещал еще до конца текущего десятилетия построить в космосе прототип первой солнечной электростанции.
Конечно, в ближайшем будущем орбитальные электростанции вряд ли смогут составить серьезную конкуренцию своим наземным собратьям. Но в более далекой перспективе они вполне могут начать играть довольно важную роль в мировой энергетике. Подробнее о проблемах и перспективах этой отрасли можно прочесть в нашем материале.
Мегасозвездия и космический мусор
Спутниковая группировка Starlink стала первым мегасозвездием в истории. На данный момент она насчитывает свыше 3000 активных аппаратов. Но это лишь начало. В полностью развернутом виде Starlink будет состоять из более чем 12 000 аппаратов с возможностью ее дальнейшего увеличения до 42 000.
При этом SpaceX — далеко не единственный игрок на рынке спутникового интернета. Так, компания Amazon планирует соорудить собственную систему из более чем 3000 аппаратов. Планы создания своего аналога Starlink есть и у Китая, а недавно о них заговорили в Европе. А ведь еще есть OneWeb, а также созвездия помельче других компаний, предназначенные для получения снимков земной поверхности и предоставления услуг связи.
Все это означает, что в будущем околоземная орбита станет намного густонаселеннее. И подобное уплотнение порождает ряд очевидных проблем, вроде значительного увеличения риска, создаваемого космическим мусором. Чем больше на орбите спутников — тем выше вероятность, что одному из них не повезет столкнуться с каким-то объектом. В свою очередь, подобное столкновение породит новые обломки, что увеличит угрозу для других космических аппаратов.
Разумеется, никому в здравом уме не хочется увидеть сценарий «Гравитации» в реальной жизни. Поэтому те же спутники Starlink уже оснащены системой управления с использованием искусственного интеллекта, способной при необходимости самостоятельно выполнять маневры уклонения.
Уже ведутся довольно активные работы по развитию технологий, которые позволят уменьшить количество фрагментов космического мусора. Пока что дело в основном ограничивается экспериментами с целью поиска наиболее эффективных методов. Но, как известно, спрос порождает предложение. Чем больше спутников будет на орбите — тем выше потребность в услугах космических мусорщиков. С большой долей вероятности мы увидим появление компаний, которые будут целиком и полностью специализироваться на орбитальной уборке.
Еще одно вероятное последствие появления десятков тысяч спутников на орбите — коренная реформа системы управления орбитальным трафиком. Сейчас на Земле не существует единой космической «диспетчерской» — глобальной системы, предназначенной для предотвращения столкновений в космосе. Разумеется, у ведущих космических держав, а также некоторых космических агентств и компаний есть средства слежения за орбитой. Но они не входят в единую сеть и далеко не всегда обмениваются информацией, что очевидно может привести к печальным последствиям. Другая проблема заключается в отсутствии общего свода современных и признанных всеми стандартов использования околоземной орбиты, наподобие тех, что действуют в гражданской авиации.
Конечно, текущее положение дел не может продолжаться вечно. Чем больше спутников будет выводиться в космос, чем чаще будут возникать потенциально опасные ситуации — тем громче будут звучать голоса тех, кто выступает за реформирование всей отрасли. И рано или поздно человечеству придется создать систему космических диспетчерских, которые будут заниматься регулированием орбитального трафика.
Люди в космосе
Итак, уже в обозримом будущем околоземная орбита станет намного более оживленным местом. На ней появится сеть АЗС, к которым будут регулярно курсировать космические танкеры, и множество специализированных аппаратов, которые займутся обслуживанием и ремонтом различной техники. И все это будет сопровождаться развертыванием колоссальных группировок, которые навсегда изменят вид ночного неба над нашей планетой. Но как насчет человеческого присутствия?
Несмотря на то, что МКС, по всей видимости, будет работать до 2030 года, понятно, что подобный формат, в общем-то, можно считать пройденным этапом. На это кто-то может возразить, что прямо сейчас вблизи Луны в разработке — станция Gateway, в создании которой принимают участие те же страны (разумеется, без России), что некогда построили МКС. Но в данном случае речь идет о проекте, который является частью более крупной государственной программы.
А вот если говорить про околоземную орбиту, то будущее явно за коммерческими станциями, которые будут сдаваться в аренду для научных исследований, экспериментов, туристических целей и любой другой активности, которой можно заниматься в космосе — от рекламы до съемок фильмов. Главное, чтобы у заказчика имелась нужная сумма. Такая ситуация довольно удобна для традиционных аэрокосмических агентств. Поскольку вместо того чтобы в течение многих лет заниматься непрерывным снабжением, ремонтом и поддержанием работы орбитального комплекса (что выливается в весьма внушительные суммы), они смогут просто купить место для необходимых исследований.
Именно поэтому то же NASA с недавних пор весьма активно включилось в поддержку таких проектов. Ведь чем быстрее коммерческие станции появятся на орбите, тем больше ресурсов организация сможет высвободить под другие программы.
Следует упомянуть и орбитальные отели, которые давно стали настоящим святым граалем космического туризма. Начиная с конца 1990-х, с периодичностью раз в несколько лет в прессе регулярно появлялись громкие заголовки о том, что уже в самом ближайшем будущем орбитальная гостиница примет первых постояльцев. И каждый раз дело не шло дальше общих обещаний.
Но сейчас ситуация изменилась. Появление доступных ракет-носителей и частных космических кораблей впервые в истории сделало технологически возможной реализацию подобных проектов. Конечно, это все займет какое-то время. Но все же можно с осторожным оптимизмом прогнозировать, что первая космическая гостиница примет постояльцев уже в обозримом будущем.
Астропроекты дальнего прицела
Все описанные выше проекты вполне реализуемы с использованием современных технологий и при сохранении нынешней тенденции к уменьшению цены и увеличению доступности космических запусков. Но как насчет более далекой перспективы — строительства полноценных космических поселений, вроде колоний О’Нила, орбитальных верфей и других крупных астросооружений?
Как обычно в случае с космосом, все упирается в цену вывода килограмма полезной нагрузки на орбиту. На данный момент стоимость запуска самой популярной в мире ракеты Falcon 9 составляет $67 млн. При максимальной грузоподъемности в 22,8 тонны на низкую орбиту это дает условную цифру в $3000 за килограмм (конечно, надо учитывать, что в реальности ракеты практически никогда не летают с полной загрузкой). Это почти на порядок меньше, чем стоимость вывода килограмма полезной нагрузки на том же шаттле, но все равно довольно много.
Впрочем, тот же Илон Маск обещает, что Starship будет обходиться всего в $10 млн за запуск (то есть $100 за килограмм груза). А в будущем этот показатель и вовсе удастся довести до вполне приемлемой цифры — в $1 млн ($10 за килограмм).
Сбудутся ли эти заявления, покажет лишь время. Но даже если Starship и правда окажется дешевым и надежным кораблем, его все равно будет недостаточно для реализации действительно крупного астропроекта, предполагающего быстрый вывод миллионов тонн груза на околоземную орбиту.
Возможный вариант решения проблемы — не доставка всех необходимых материалов с Земли, а использование местных ресурсов. Им, к примеру, мог бы стать небольшой астероид, захваченный и перемещенный на околоземную орбиту. Его затем можно было бы использовать в качестве источника стройматериалов, изготавливая с помощью 3D-принтеров солнечные батареи, детали корпуса, антенны, балки и другие необходимые элементы.
Заглянув в еще более далекое будущее, можем порассуждать о концепции космического лифта — сооружения в виде сверхпрочного троса, протянутого от экватора до станции на геостационарной орбите. Он позволит осуществлять прямую доставку грузов с земной поверхности в космос без использования ракет.
Космический лифт является одной из самых популярных концепций в научной фантастике. Но вот реальность его создания пока что остается предметом научных дискуссий. Дело в том, что строительство лифта потребует изобретения материала, способного выдерживать огромные нагрузки и при этом не сложиться под собственным весом. Наиболее перспективным кандидатом на эту роль являются углеродные нанотрубки. В теории, они обладают достаточной прочностью для подобной задачи. Но в реальности ученым пока не удалось получить нанотрубки с характеристиками, которые бы подошли для космического лифта. К тому же необходимо еще и придумать, как заплести их в трос длиной в тысячи километров.
Но даже если нужный материал и будет создан, инженерам придется решить множество других проблем. Например, найти подходящее для размещения лифта место, продумать, как защитить его от ураганов, космического мусора, воздействия радиации и т. д. Так что неудивительно, что многие эксперты довольно скептически относятся к идее такого сооружения.
Здесь стоит подчеркнуть, что проект подобного масштаба не под силу ни отдельным национальным правительствам, ни частным компаниям. Он в прямом смысле слова потребует ресурсов всей планеты — а значит, его реализация станет возможна при необходимости решения соответствующей задачи общецивилизационного масштаба. Например, терраформации Марса, создания гигантских солнечных электростанций с целью полного отказа от ископаемого топлива или же строительства межзвездного корабля.
Конечно, пока все перечисленное видится полной фантастикой. Но не так давно ею же казалась и идея создания частных космических кораблей. Так что нельзя исключать, что уже нашим ближайшим потомкам доведется стать свидетелями начала реализации подобного мегапроекта.