Космический козырь в битве за ресурсы

Успех Curiosity выглядит особенно впечатляющим на фоне последних «достижений» Роскосмоса. Причем посадка марсохода – лишь один из первых шагов в запланированной США пилотируемой марсианской миссии, которая стала одним из симптомов намечающегося прорыва в космонавтике.

Между тем, в России по-прежнему раздаются крики о ненужности исследования и освоения дальнего космоса, вошедшие в моду лет двадцать назад. Стандартный штамп – «зачем нам космос, если мы еще не решили проблемы на Земле?». Иначе говоря, «зачем тратить гигантские деньги на непонятное железо, в то время как я могу их с удовольствием проесть».

В действительности отказ от космических программ никак не решит проблему бедности. Так, годовой бюджет «богатого» НАСА всего $15 млрд – год войны в Ираке стоил в 20 раз больше, а в случае «гуманного» проедания космического бюджета США каждый житель планеты получит лишь по $2. Иными словами, космические расходы не создают проблем на Земле. Они их решают – или показывают дорогу к их решению. Ближний космос благополучно окупается с 1980-х. С исследованиями дальнего все не так просто, однако их экономическая целесообразность (хотя и не сиюминутная) тоже несомненна.

Во-первых (но не в основных), космос – это технологический «инкубатор». Большинство действительно прорывных технологий на начальном этапе экономически невыгодны, и процесс их доведения до ума без массированных вложений очень не быстр. В итоге вытеснение «заслуженных» технологий более перспективными обычно растягивается на десятилетия. Единственный шанс для инновации быстро пройти «сырую» стадию – это развиваться в пределах «анклава», где техника порой создается на пределе технологических возможностей и без особой оглядки на коммерческую окупаемость. Именно такими «анклавами» являются военно-промышленный комплекс и космическая отрасль.

Во-вторых, и уже в основных, потенциально космос – это ресурсы. Любителям порассуждать о бедных обывателях, обобранных в пользу «космических капризов», следует учитывать один малоприятный факт: чтобы обеспечить всему земному населению достойный уровень потребления, понадобятся ресурсы еще нескольких планет. В итоге «антикосмические гуманисты», по сути, призывают законсервировать бедность навечно.

Рост качества жизни всегда связан с расширением ресурсной базы экономики – это аксиома. При этом ссылки на Антарктиду и мировой океан как альтернативные источники ресурсов мало чем обоснованы.

Антарктида – небольшой континент, ее площадь лишь в полтора раза больше Австралии, а многокилометровый ледовый щит и специфический климат резко снижают «КПД» добычи ресурсов (соотношение затраты/результат). В итоге весь эффект от ее освоения будет многократно перекрыт за десяток лет умеренного роста мировой экономики.

Освоение дна Мирового океана, на первый взгляд, действительно может решить все проблемы на столетия вперед. Океан занимает больше 70% поверхности планеты, то есть формально под водой скрываются еще 2,3 Земли. Однако и на океаническом дне человечество ожидают серьезные проблемы.

Во-первых, стоит помнить, что дна глубочайшей Марианской впадины человек достиг всего на год раньше, чем вышел на орбиту. С тех пор в космосе побывало на два порядка больше людей, чем «на дне» (впадину «посетили» всего трое на двух пилотируемых аппаратах). Даже Луна оказалась более «многолюдной». Безусловно, одиннадцатикилометровая Марианская впадина – крайний случай. Однако средняя глубина Мирового океана составляет 3736 м - разница велика, но не принципиальна. Так что освоение океанического дна на больших глубинах будет делом не намного более легким, чем освоение Луны – давление до тысячи атмосфер создает больше проблем, чем вакуум, среда в обоих случаях полностью искусственна. Как следствие, эффективность добычи ресурсов в таких условиях будет в разы ниже, чем на суше.

Во-вторых, освоение океанического дна упирается в экологические проблемы – причем вполне реальные, а не порожденные фантазией "зеленых". Так, обширные разработки руд на океаническом дне практически гарантируют массированное загрязнение. На возможные издержки усиленной добычи углеводородов намекает экологическая катастрофа 2010 года, когда из-за пожара и взрыва на платформе ВР нефтяное пятно в Мексиканском заливе достигло площади в 75 тыс. кв км. Между тем, давление на экосистему океана уже сейчас избыточно, как источник биоресурсов и «резервуар» для отходов он уже полностью освоен и даже «переосвоен».

Между тем, в трех днях полета от Земли в космосе «висит» еще целая «Южная Америка» - площадь поверхности Луны равна площади этого континента. Площадь поверхности Марса равна площади всей земной суши. При этом и Луна, и Марс обладают весьма внушительными источниками сырья. Луна оказывается и идеальным местом с точки зрения энергетики – эффективность размещенных там солнечных электростанций будет в разы выше, чем на Земле, и при этом они будут кратно дешевле, чем орбитальные. Наконец, гравитация на Луне в шесть раз, а на Марсе – более чем вдвое ниже, чем на Земле, «сопротивляющаяся» стартам атмосфера разрежена или просто отсутствует, что делает поток грузов «оттуда» значительно дешевле, чем их поток «туда».

При этом в последние десятилетия одно за другим отпадают препятствия, казавшиеся еще недавно почти непреодолимыми. Во-первых, космос при ближайшем рассмотрении оказывается более гостеприимным, чем еще недавно казалось. Так, залежи водяного льда близ полюсов существуют даже на Меркурии. Луна оснащена ими в еще большей степени, а запасов воды, содержащихся сейчас в криосфере Марса, когда-то хватало на очень приличный океан. Между тем, лед - это не только вода и кислород для дыхания. Пара кислород-водород – это еще и эффективное ракетное топливо.

Во-вторых, «околокосмические» технологии после десятилетий стагнации выходят на новый виток прогресса. Практически непреодолимым препятствием на пути космической экспансии является крайне низкая эффективность химических ракетных двигателей. Так, чтобы вывести груз на высокую орбиту, приходится сжигать 96% стартовой массы системы. Дальнейшие перемещения, как ни странно, заметно менее затратны. Например, чтобы перебросить тонну груза с земной орбиты на лунную, потребуется сжечь две тонны топлива, на марсианскую – девять. Тем не менее, в конечном итоге до Луны может добраться лишь 2% стартовой массы, а до Марса – доли процента. Подобная арифметика ставит жирный крест на экономически эффективном освоении дальнего космоса – однако она уже в изрядной степени устарела.

Например, развитие гиперзвуковых технологий позволяет вытащить груз со дна «гравитационного колодца» куда менее затратным способом. Использование гиперзвуковых воздушно-реактивных двигателей (ГПВРД) позволяет разогнать аппарат до 2/3 первой космической скорости и «депортировать» его за пределы плотных слоев атмосферы, сопротивление которых вносит очень существенный вклад в процесс сжигания 96% стартовой массы. При этом гиперзвуковой «самолет» не везет на себе окислитель, составляющий до 5/6 массы ракетного топлива, благополучно обходясь атмосферным кислородом. Иными словами, развитие гиперзвуковых технологий автоматически означает многократный рост эффективности вывода грузов на орбиту.

Технологический прорыв намечается и в открытом космосе. Новое поколение плазменных ракетных двигателей обладает приемлемой мощностью – и при этом сохраняет присущую всем «электроракетным» «моторам» экономичность. Так, вместо двух тонн химического ракетного топлива на каждую тонну доставленного с земной орбиты к Луне груза плазменный двигатель способен обойтись примерно 150 кг инертного газа и энергией от солнечных батарей. Издержки – большая длительность полета, но для основного потока грузов скорость доставки не критична.

В сочетании с ядерным реактором в качестве источника электроэнергии для плазменных двигателей перестает быть проблемой и скорость. В итоге длительность путешествия к Марсу может составить порядка месяца (в XVI-XVII вв. испанские галеоны плыли в Новый Свет дольше). При этом тонна груза будет «разменяна» примерно на 700 кг рабочего тела.

Иными словами, экономически оправданная космическая экспансия может стать вполне реалистичной в не столь отдаленном будущем. Никто не предлагает ради освоения Солнечной системы отказаться от освоения океанского дна и Антарктиды. Однако стоит понимать, что их ресурсы ограничены, а новые технологии достигают зрелости через десятилетия. В итоге, если мы хотим получить первые тысячи тонн сырья из дальнего космоса к тому моменту, когда все резервы на планете окончательно иссякнут, заниматься космосом надо уже сейчас. В этом смысле логика «антикосмистов» выглядит как призыв отказаться от использования угля потому, что мы еще не сожгли весь лес.

В этом контексте неудачи Роскосмоса, теряющего космические аппараты в промышленных масштабах, включая «Фобос», - это не просто провалы научных миссий или коммерческие неудачи. Фактически каждый такой провал ставит крест на будущем страны.

Евгений Пожидаев