В Иоанновском равелине Петропавловской крепости прошел девятый международный научно-практический симпозиум «Безопасность космических полетов». Это историческое место, где ныне располагается Музей космонавтики и ракетной техники, особо зримо подчеркивает, какой рывок совершила космическая техника с момента своего зарождения до наших дней. И если прежде вопрос первенства в этой области имел прежде всего имиджевое, политическое значение в противостоянии двух систем (СССР – первый спутник, первый полет человека в космос, США – высадка на Луну), то ныне он приобрел практическое, в том числе военное значение. Запуск космических аппаратов стал международным бизнесом, в котором конкурируют как минимум несколько стран, а контроль за всей совокупностью спутников на околоземной орбите, обеспечивающих геолокацию, метеорологическое наблюдение, военную разведку и другие потребности государств, дает значимый перевес в военной мощи и экономическом доминировании.

Космонавтика не стоит на месте, конструкторы ставят перед собой новые, все более амбициозные задачи – и правительства выделяют на их воплощение баснословные деньги. Но весь вложенный труд и средства, а главное – жизни космонавтов могут быть подвержены огромному риску, если доскольнально не проработать все аспекты безопасности полета: защиту от космических осколков, надежность силовых установок, нештатные ситуации при взлете и посадке, радиационные риски, компьютерное обеспечение, исправность средств связи и многое другое. К этому контексту и были привязаны доклады выступающих.

Открыл научный форум академик РАН Михаил Маров. В рамках работ Института геохимии и аналитической физики им. В.И. Вернадского РАН он уже четыре года занимается проработкой Российской лунной программы, ставя во главу угла именно аспекты ее безопасности. Освоение Луны, к которому готовы приступить ведущие мировые державы, знаменует собой начало нового этапа развития человеческой цивилизации. И речь здесь идет не просто о пилотируемых полетах, но именно о строительстве Лунной базы. Она в не столь уж далекой перспективе может стать плацдармом для освоения минеральных богатств спутника нашей планеты, а также универсальной базой для уничтожения космической группировки противника в случае войны. И если американцы рвутся немедленно высаживать астронавтов и застолбить за собой лунные территории, то наш подход более осторожный, постепенный и многоуровневый. Одновременно с созданием новых ракет-носителей отрабатываются оптимальные сценарии полетов к Луне: сначала с высадкой роботехнических средств для геологической разведки, затем – регулярные пилотируемые, которые будут осуществляться вахтовым методом, как на нефтедобыче в Сибири, и, наконец, уже полноценное взаимодействие исследователей с комплексом робототехнических средств. Признано целесообразным для строительства сооружений базы использовать лунные ресурсы с помощью трехмерной печати, что позволит существенно снизить объемы перевозимых космическими кораблями грузов. Опять-таки встает вопрос безопасности: как защитить космонавтов и оборудование от радиации, возможности метеоритной бомбардировки, перепадов температуры, составляющих до 300 °С за лунные сутки (27 земных дней), лунной пыли, которая, имея острые края, особо губительна (ее слой на поверхности достигает 10 см и, бывает, висит над ней на высоте в несколько метров)? Ответ такой: на первых порах зарываться под грунт на 3–4 метра, применять новые скафандры, луноходы…

Решающий для успеха вопрос – выбор места для строительства базы. Ведь рельеф Луны, изрытый метеоритами и астероидами, имеет перепады до 11 км. Наиболее перспективными считаются области у Южного полюса, где есть глубокие кратеры (в тени перепады температур меньше), а главное – недавно обнаружены скопления водяного льда, имеющего внелунное происхождение. Продумать и наладить производство воды из местных ресурсов – значимый этап развертывания системы жизнеобеспечения. Ведь для того чтобы обеспечить деятельность двух-трех космонавтов в течение двух недель при нормативе в 15-20 литров воды в день, понадобится ее не меньше полутонны – а как такой груз вывести в космос? Кроме того, в грунте вблизи предполагаемой базы должно содержаться достаточное количество полезных ископаемых– с тем чтобы в дальнейшем извлекать из него железо, иные металлы и соединения. Таким образом, по российской концепции, освоение Луны начнется со стадии геолого-химических исследований: вначале основанных на результатах дистанционных измерений со спутников Луны, затем – на данных и образцах, собранных луноходами: роботами – разведчиками и геологами, способными производить работы на глубине 10, 15, 20 метров. Если их первое поколение, доставляемое на поверхность Луны, будет весить сотни кг, то второе – несколько тонн. По сути спутник Земли будет использован в качестве полномасштабной научной площадки. Но при таком подходе освоение Луны – это процесс, требующий мобилизации всего научного, экономического, производственного потенциала страны, очень больших вложений, которые при нынешней изоляции России будет очень сложно аккумулировать. А отставать сейчас – значит наверняка проиграть в будущем.

Пока что в лунную гонку напрямую включились пять космических агентств: из США, Китая, России, Индии и Японии. NASA c мая 2022 года развертывает вокруг Луны систему спутников для связи и навигации. Программой NASA «Артемида», в которой принимают участие еще восемь государств и Европейское космическое агентство, предусмотрено несколько этапов пилотируемого освоения спутника Земли: беспилотный полет по орбите Луны, затем пилотируемый полет с высадкой и, наконец, в конце 20-х годов – создание космической базы на Луне.

В Лунные проекты Роскосмоса были положены предложения РАН, поданные в 2019 году. К ним относятся проект «Луна-25» «Глоб» – опытная станция для отработки посадки на Луну – увы, за последние 30 лет мы растеряли часть своих компетенций в этой области. «Луна-26» «Ресурс» – орбитальный зонд и посадочный аппарат для картирования поверхности, изучения экзосферы, плазмы, космической пыли Луны, обеспечения космической связи. «Луна-27» (продолжение программы «Ресурс») – тяжелый посадочный аппарат с задачей бурения поверхности Луны и исследования образцов льда. «Луна-28» «Грунт» – доставка лунного льда на Землю и его исследование. По срокам: запуск проекта «Луна-25» уже несколько раз переносился, ожидается в августе 2022 года; «Луна-27» намечена на 2025-2026 годы. Первоначально планировалось приступать к пилотируемой части программы лишь через 5–7 лет, после окончания автоматических исследований, но темпы, взятые соперниками, вынудили «Роскосмос» перейти к стратегии параллельного развертывания пилотирумой и непилотируемой частей программы, основополагающим требованием к которой станет соблюдение безопасности полетов.

Но у этой безопасности есть еще одна сторона, и она связана с отработкой человеческих реакций на нештатную стрессовую ситуацию – а их в космосе случается с избытком. С докладом на эту тему выступил человек, который, с одной стороны, сам дважды летал в космос, а с другой – руководил космонавтами на орбите из Центра управления полетов: дважды Герой Советского Союза, генеральный конструктор РКК «Энергия» Владимир Соловьев. Как он объяснил, существует алгоритм, по которому действуют при возникновении нештатной ситуации в космическом пространстве. Прежде всего, выясняют, является ли она расчетной, то есть имевшей место и отработанной на Земле или в прежних полетах. Если да, то действуют согласно выработанным тогда правилам. Если нет – прежде всего, точно устанавливают время, которым можно располагать на сбор, анализ фактов, выдвижение гипотез, разработку программы действий. На экспертных системах производят оценку дальнейшего использования той бортовой системы, которая дала сбой. В результате либо нештатную ситуацию переводят в штатную, т. е. ранее известную, либо констатируют, что она перешла в иное, но неизвестное качество, и сразу определяют, критическая она или некритическая. В. Соловьев привел примеры подобных ситуаций. В 90-е годы из-за неправильной работы автоматики при стыковке произошло соударение грузового корабля о модуль станции, который тут же потерял герметичность. Пришлось аварийным образом задраивать люки между базовой станцией и модулем, а американского астронавта экстренно возвращать на Землю. Если в этом случае критическая ситуация была видна невооруженным взглядом, то во время полета станции «Мир» в 1988 году она носила скрытый характер и чуть было не закончилась трагически. При расстыковке корабль «Союз ТМ-5» с Владимиром Ляховым и афганским космонавтом Абдул-Ахад Момандом на борту потерял ориентацию и стал вращаться вокруг станции. Вручную поправив ситуацию, командир корабля, как и положено, отстрелил бытовой отсек перед спуском, но двигатель вовремя не включился. Экипажу пришлось совершить виток по орбите без еды и питья, чтобы не приземлиться где-нибудь в океане. На следующий день перед стартом корабль получил запрограммированный импульс на торможение, однако вместо 100 м/с прошло значение 3 м/с. Но ЭВМ восприняла выключение двигателя как нормальный импульс и включила программу разделения спускаемого аппарата с приборно-агрегатным отсеком. Ее удалось отключить за несколько секунд до непоправимого. Экипажу удалось вернуться только на следующие сутки. При разборе полета подтвердилось, что ошибки совершали и пилоты, и специалисты в ЦУПе. В целом статистика свидетельствует, что 80% неприятностей при космических полетах происходят из-за неадекватного психологического состояния оператора.

Конечно, психологические нагрузки космонавтов запредельные и разномастные. Тут и физические факторы: перегрузки, влияние невесомости, гиподинамия, из-за чего вкупе можно остаться инвалидом. И эмоционально-когнитивные: огромный поток информации, дефицит времени, чувство незащищенности в отрыве от Земли, когда от открытого космоса тебя отделяет лишь корпус толщиной в полтора миллиметра, а при запуске ты сидишь на пороховой бочке из 250 тонн жидкого кислорода, керосина и перекиси водорода. При этом любое ЧП (загазованность, пожар, разгерметизацию) придется преодолевать только собственными силами. А потом, когда жизнь на станции налаживается, наступает привыкание и самое опасное – усыпляющая монотонность, расслабленность, при которых можно прозевать критическую ситуацию и не суметь вовремя мобилизоваться для ее преодоления. Оттого так важны волевые качества членов экипажа и психологическая подготовка к полету.

Теперь перенесемся на Землю, в наше время, когда космонавтика стала ареной не только политической, но и коммерческой конкуренции. Стоимость полета и, разумеется, его надежность, стали для стран основными критериями при выборе космического агентства. А, как известно, немалая часть стоимости полета приходится на взлет. Но есть и другой аспект – географическое положение космодрома. На Байконуре имелись претензии к экологии, но пустыня вокруг была идеальной средой для поиска капсулы с космонавтами. На космодроме Восточный вокруг тайга, а дальше океан, который, вопреки названию, бывает далеко не тихим. И вот вопрос на засыпку: можно ли найти универсальный путь для решения проблем удешевления взлета и безопасности посадки?

Оказывается, да. О нем рассказал член Генассамблеи Европейской конференции по аэрокосмическим наукам EUCASS доктор технических наук Александр Небылов. Дело в том, что вертикальный взлет за счет запуска ракетного двигателя – не единственный способ выхода в космос. Есть вариант горизонтального взлета, авиационный, – за счет эргономических качеств крыла самолета. Горизонтальный метод нуждается в двигателе меньшего объема, чем прожорливый ракетный, а также он дешевле. Однако все наши наработки в этом направлении (орбитальный корабль-ракетоплан «Буран») остались в прошлом. На новом уровне создать связку «самолет + воздушно-космический самолет» – очень дорого и сложно. Но есть и другой вариант – это тяжелый экраноплан + воздушно-космический самолет. Экраноплан более универсален и, хоть менее эффективен, чем самолет, но тоже подходит для этой миссии. За счет своей конструкции он способен справиться с задачей на меньшей скорости – доставить орбитальный самолет в нужную точку старта, которая может находиться далеко от населенных пунктов и быть оптимальной для выведения аппарата на выбранную орбиту. Полет над морем позволит решить еще и проблему взлетной полосы, ведь на земле не всякий аэродром подойдет для взлета тяжелого самолета-разгонщика, что для «Восточного» как раз актуально. Да и при посадке космонавтов экраноплан может быть также незаменим. Во-первых, летая на любой, в т. ч. очень низкой высоте, он легко обнаружит капсулу в океане или на суше. А во-вторых, экраноплан сам в теории способен стать подставочной платформой для воздушно-космического самолета (ВКС): на определенной высоте они синхронизируют движения, ВКС опускается на экраноплан и они стыкуются. Чем-то напоминает дозаправку самолетов в воздухе. Кстати, и шасси ВКС тогда не понадобятся. Способ идеально подходит, скажем, для запуска спутников: эффективен и экономичен. Дело за тем, чтобы убедить руководство страны в необходимости развивать это направление в рамках отдельного проекта.

Впрочем, идея сверхзвукового самолета, который вполне мог бы использоваться и в качестве разгонщика для запуска в космос, ныне близка к осуществлению. А еще такой самолет окажется незаменим в гражданской авиации, превратив, скажем, перелет из Москвы на Дальний Восток в короткое путешествие: за день легко можно было бы обернуться туда и обратно. О перспективах его создания рассказал представлявший ЦАГИ академик РАН Сергей Чернышов.

Собственно, идея не нова: в 60–70-х годах прошлого века британо-французский самолет «Конкорд» и советский Ту-144 успешно преодолели звуковой барьер и даже какое-то время работали на пассажирских линиях. Однако они оказались нерентабельными, сложными в эксплуатации и главное – запредельно шумными: из-за недостаточного технологического уровня разработок при преодолении звукового барьера возникали мощнейшие ударные волны. Правда, до сих пор ИКАО (Международная организация гражданской авиации) не определилась с предельными шумовыми значениями (ударные волны с близкими по значению амплитудами избыточного давления по-разному воспринимаются человеческим ухом), поэтому пока окончательного понимания критериев тут нет. Однако уже ясно, что в первую очередь необходимо создать двигатель, обеспечивающий тягу на сверхзвуковом полете, с экономичным расходом топлива, а также удовлетворяющий определенным показателям по шуму, звуковому удару, эмиссии. При разработке такого самолета бесполезны старые наработки и технологии – вся его эргономика, технические характеристики должны быть обоснованы и созданы заново. На основе теоретических изысканий и расчетных, экспериментальных исследований российские ученые в содружестве с европейскими коллегами в рамках проекта «Rumble» доказали возможность создания сверхзвукового пассажирского самолета с ударной волной в 10 раз меньшей, чем у «Конкорда» и Ту-144, описав принципы его конструкции. Каково же было их удивление, когда через несколько лет на международной выставке увидели демонстрацию американских конструкторов, в которой были один в один воплощены все принципы, обоснованные и заложенные в «Rumble»: V-образное двойное крыло, гнутую ось фюзеляжа, который имеет такую длину, что летчик не видит неба перед собой и ориентируется по приборам, и многое другое. С тех пор российские исследователи достигли новых вершин, но уже не спешат сразу делиться своими достижениями с международным научным сообществом.

Помимо описанных выше, на конференции было рассмотрено еще множество аспектов безопасности космических полетов. Так, Дмитрий Американов из НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ в Гатчине рассказал о том, как на специальных стендах с помощью ускорителей частиц проверяют, какие дозы облучения протонами и вторичными нейтронами разных диапазонов могут получать космонавты в процессе длительного полета.

Об опасности астероидов говорят много, особенно накануне пролета мимо Земли внушительных их представителей. Предсказать, как поведет себя то или иное космическое тело, можно только создав математические модели, благодаря которым, кстати, часто удается сделать астрономические открытия или выявить еще неведомые законы Вселенной.

Решаемые астрономами «космические задачки» не только приоткрывают перед нами тайны Вселенной, но и могут помочь при обосновании возможности появления на околоземных орбитах тел астероидного происхождения. Той же цели, а еще обоснованию движения космических кораблей при миссиях в дальнем космосе может послужить выступление Владислава Сидоренко из Института прикладной математики РАН. Оно касалось квазиспутников и минилун – небесных объектов, которые проводят достаточно долгое время в окрестностях Земли или другой планеты, двигаясь как ее естественный спутник, но затем могут покинуть ее пределы. Квазиспутники обычно – это астероиды, у которых период такой же, как у Земли. В недавнем прошлом у нашей планеты их было шесть, но сейчас осталось пять, есть они у Марса и Венеры. Если квазиспутники достаточно крупные объекты и совершают кеплеровское движение вокруг Солнца, то минилуны маленькие (1–2 м), часто являются осколками болидов, вращаются ближе к Земле и имеют большее возмущение орбиты. Знания о законах движения этих двух популяций малых космических тел полезно при проектировании космических миссий.

На следующий после пленарного заседания день в НПО Спецматериалов прошла работа двух секций, охвативших огромное количество тем: от создания базы на Фобосе, методов увеличения мощности космических двигателей, особенностей сплавов и покрытий космических аппаратов, различных технических систем космического базирования до вопросов обеспечения безопасности на космическом корабле и методов ограничения космического мусора. У ученых множество идей, наработок, дело в основном упирается в отсутствие финансирования для их дальнейшего развития. А ведь если бы государства и правительства меньше пеклись о том, чтобы обеспечить именно своей стране привилегированное положение, и объединили усилия в освоении космоса, мечты писателей-фантастов уже могли бы стать реальностью.