Kitobni o'qish: «Будущее человечества. Колонизация Марса, путешествия к звездам и обретение бессмертия»
Переводчик Наталья Лисова
Научный редактор Дмитрий Вибе, д-р. физ. – мат. наук
Редактор Владимир Потапов
Руководитель проекта И. Серёгина
Корректоры М. Миловидова, С. Чупахина
Компьютерная верстка А. Фоминов
Арт-директор Ю. Буга
Иллюстрация на обложке Shutterstock
Фото автора на обложке ©AsianBoston/Rob Klein
© Michio Kaku, 2018
© Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Альпина нон-фикшн», 2019
Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.
Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.
* * *
Моей любящей жене Сидзуэ,
дочерям Мишель и Элисон
Благодарности
Я хочу поблагодарить ученых и специалистов, которые любезно согласились дать интервью для этой книги или для радио- и телепрограмм, которые я веду, уделили мне свое время и поделились опытом. Без их познаний и глубокого постижения ими науки эта книга не появилась бы.
Благодарю моего агента Стюарта Кричевски, который все эти годы помогал мне добиваться успеха. Я очень благодарен ему за неустанную работу. Он первый, к кому я обращаюсь за советом.
Я признателен Эдварду Кастенмейеру, моему редактору в издательстве Penguin Random House, за рекомендации и замечания, которые помогли мне сосредоточиться на главном. Как всегда, его советы значительно улучшили рукопись, а его уверенная редактура видна на протяжении всей книги.
Я хотел бы выразить свою благодарность пионерам и первопроходцам науки:
Питеру Доэрти, нобелевскому лауреату, Детская исследовательская больница Св. Иуды;
Джеральду Эдельману, нобелевскому лауреату, Исследовательский институт Скриппса;
Марри Гелл-Ману, нобелевскому лауреату, Институт Санта-Фе и Калифорнийский технологический институт;
Уолтеру Гилберту, нобелевскому лауреату, Гарвардский университет;
Дэвиду Кроссу, нобелевскому лауреату, Институт теоретической физики Кавли;
Генри Кендаллу, нобелевскому лауреату, Массачусетский технологический институт;
Леону Ледерману, нобелевскому лауреату, Иллинойсский технологический институт;
Ёитиро Намбу, нобелевскому лауреату, Чикагский университет;
Генри Поллаку, лауреату Нобелевской премии мира, Межправительственный комитет по изменению климата;
Джозефу Ротблату, нобелевскому лауреату, больница Св. Варфоломея;
Стивену Вайнбергу, нобелевскому лауреату, Университет Техаса в Остине;
Фрэнку Вильчеку, нобелевскому лауреату, Массачусетский технологический институт;
Роберту Айри, специалисту по информатике, Лаборатория искусственного интеллекта Массачусетского технологического института;
Джеффу Андерсену, автору книги «Телескоп» (The Telescope), Военно-воздушная академия США;
Дэвиду Арчеру, геофизику, Чикагский университет, автору книги «Долгая оттепель» (The Long Thaw);
Амиру Ацелю, автору книги «Урановые войны» (Uranium Wars);
Джею Барбри, соавтору книги «Цель – Луна» (Moon Shot);
Джону Барроу, физику, Кембриджский университет, автору книги «Невозможность» (Impossibility);
Марше Бартусяк, автору книги «Неоконченная симфония Эйнштейна» (Einstein’s Unfinished Symphony);
Джиму Беллу, астроному, Корнеллский университет;
Грегори Бенфорду, физику, Университет Калифорнии в Ирвине;
Джеймсу Бенфорду, физику, президенту компании Microwave Sciences;
Джеффри Беннетту, автору книги «НЛО: что дальше?» (Beyond UFOs);
Бобу Берману, автору книги «Тайны ночного неба» (Secrets of the Night Sky);
Лесли Бисекеру, старшему научному сотруднику, специалисту по медицинской геномике, Национальный институт здоровья США;
Пирсу Бизони, автору книги «Как построить собственный космический корабль» (How to Build Your Own Spaceship);
Майклу Блезу, старшему научному сотруднику, Национальный институт здоровья США;
Алексу Бозе, основателю Музея розыгрышей;
Нику Бострому, трансгуманисту, Оксфордский университет;
Роберту Боумену, директору Института космических исследований и проблем безопасности;
Трэвису Брэдфорду, автору книги «Солнечная революция» (Solar Revolution);
Синтии Бризил, Медиалаборатория Массачусетского технологического института;
Лоуренсу Броди, старшему научному сотруднику, специалисту по медицинской геномике, Национальный институт здоровья США;
Родни Бруксу, бывшему директору Лаборатории искусственного интеллекта Массачусетского технологического института;
Лестеру Брауну, основателю и президенту Института земной политики;
Майклу Брауну, астроному, Калифорнийский технологический институт;
Алану Вейсману, автору книги «Мир без нас» (The World Without Us);
Сешу Веламуру, футурологу, Фонд будущего;
Дэниелу Вертхаймеру, астроному, проект SETI@home, Университет Калифорнии в Беркли;
Майку Весслеру, проект Cog, Лаборатория искусственного интеллекта Массачусетского технологического института;
Марку Визеру, научному сотруднику компании Xerox PERC;
Роджеру Винсу, астроному, Национальная лаборатория в Лос-Аламосе;
Джеку Галанту, нейробиологу, Университет Калифорнии в Беркли;
Джеймсу Гарвину, руководителю научных проектов НАСА;
Майклу Газзаниге, неврологу, Университет Калифорнии в Санта-Барбаре;
Джеку Гейгеру, сооснователю движения «Врачи за социальную ответственность»;
Эвалин Гейтс, Кливлендский музей естественной истории, автору книги «Телескоп Эйнштейна» (Einstein’s Telescope);
Дэвиду Гелертнеру, специалисту по информатике, Йельский университет;
Нилу Гершенфелду, директору Центра бит и атомов, Медиалаборатория Массачусетского технологического института;
Полу Гилстеру, автору книги «Мечты о Центавре» (Centauri Dreams);
Ребекке Голдберг, экологу, благотворительный фонд Пью;
Дону Голдсмиту, астроному, автору книги «Сбежавшая Вселенная» (The Runaway Universe);
Дэвиду Голдстайну, бывшему проректору Калифорнийского технологического института;
Ричарду Готту III, физику, Принстонский университет, автору книги «Путешествия во времени в Эйнштейновой Вселенной» (Time Travel in Einstein’s Universe);
Джону Гранту, автору книги «Отвергнутая наука» (Corrupted Science);
Эрику Грину, директору Национального института исследования человеческого генома, Национальный институт здоровья США;
Рональду Грину, специалисту в области геномики и биоэтики, Дартмутский колледж, автору книги «Дети на заказ» (Babies by Design);
Брайану Грину, физику, Колумбийский университет, автору книги «Элегантная Вселенная» (The Elegant Universe);
Томасу Грэму, послу, эксперту по контролю над вооружениями и их нераспространению при шести президентах США;
Стивену Джею Гулду, биологу, Гарвардский университет;
Алану Гуту, физику, Массачусетский технологический институт, автору книги «Инфляционная Вселенная» (The Inflationary Universe);
Джареду Даймонду, лауреату Пулитцеровской премии, Университет Калифорнии в Лос-Анджелесе;
Фримену Дайсону, физику, Институт перспективных исследований, Принстон;
Дэниелу Деннетту, содиректору Центра когнитивных исследований, Университет Тафтса;
Майклу Дертузосу, специалисту по информатике, Массачусетский технологический институт;
Джорджу Джонсону, научному журналисту, The New York Times;
Тому Джонсу, астронавту НАСА;
Мариетт Ди Кристине, главному редактору журнала Scientific American;
Питеру Дилворту, научному сотруднику Лаборатории искусственного интеллекта, Массачусетский технологический институт;
Джону Донохью, создателю BrainGate, Университет Брауна;
Энн Друян, писательнице и продюсеру, Cosmos Studios;
Полу Дэвису, физику, автору книги «Суперсила» (Superforce);
Роберту Зубрину, основателю Марсианского общества;
Леонарду Зусскинду, физику, Стэнфордский университет;
Дэвиду Иглману, нейробиологу, Стэнфордский университет;
Крису Импи, астроному, Университет Аризоны, автору книги «Жилой космос» (The Living Cosmos);
Дональду Йохансону, палеоантропологу, Институт происхождения человека, первооткрывателю останков австралопитека Люси;
Стиву Казинсу, участнику программы разработки персональных роботов лаборатории Willow Garage;
Стивену Каммеру, специалисту по информатике, Университет Дьюка;
Артуру Каплану, основателю Отделения медицинской этики Медицинской школы, Нью-Йоркский университет;
Фритьофу Капра, автору книги «Наука Леонардо» (The Science of Leonardo);
Марку Каткоски, инженеру-механику, Стэнфордский университет;
Дэвиду Кваммену, биологу-эволюционисту, автору книги «Упрямый мистер Дарвин» (The Reluctant Mr. Darwin);
Стиву Кейтсу, астроному, телеведущему;
Джеку Кесслеру, профессору медицины, Northwestern Medical Group;
Крису Кёнигу, астроному, кинематографисту;
Роберту Киршнеру, астроному, Гарвардский университет;
Филипу Койлу, бывшему заместителю министра обороны США;
Кристоферу Кокиносу, астроному, автору книги «Упавшее небо» (The Fallen Sky);
Томасу Кокрану, физику, Комитет по охране природных ресурсов;
Вики Колвин, химику, Университет Райса;
Фрэнсису Коллинзу, директору Национального института здоровья США;
Нилу Коминсу, физику, Университет Мэйна, автору книги «Опасности космических путешествий» (The Hazards of Space Travel);
Кристин Косгроув, соавтору книги «Нормален во что бы то ни стало» (Normal at Any Cost);
Лоуренсу Крауссу, физику, Университет штата Аризона, автору книги «Физика “Звездного пути”» (The Physics of Star Trek);
Дэниелу Кревье, специалисту по информатике, исполнительному директору компании Coreco Imaging;
Кену Кросвеллу, астроному, автору книги «Величественная Вселенная» (Magnificent Universe);
Стиву Куку, представителю НАСА, Центр космических полетов им. Маршалла;
Лоуренсу Куну, кинематографисту, Closer to Truth;
Рэю Курцвейлу, изобретателю и футурологу, автору книги «Эпоха духовных машин» (The Age of Spiritual Machines);
Джеймсу Кэнтону, автору книги «Экстремальное будущее» (The Extreme Future);
Шону Кэрроллу, космологу, Калифорнийский технологический институт;
Дэну Лайнхену, автору книги «SpaceShipOne: Иллюстрированная история» (SpaceShipOne);
Алану Лайтману, физику, автору книги «Сны Эйнштейна» (Einstein’s Dreams);
Роберту Ланце, специалисту по биотехнологиям, главе компании Astellas Global Regenerative Medicine;
Майклу Лемонику, бывшему старшему научному редактору журнала Time;
Артуру Лернер-Лэму, геологу и вулканологу, Институт Земли;
Саймону Левею, автору книги «Когда наука ошибается» (When Science Goes Wrong);
Вернеру Лёвенстайну, бывшему директору Лаборатории физики клетки, Колумбийский университет;
Стэну Ли, создателю компании Marvel Comics и Человека-паука;
Джозефу Ликкену, физику, Национальная ускорительная лаборатория имени Ферми;
Сету Ллойду, инженеру-механику и физику, Массачусетский технологический институт, автору книги «Программируя Вселенную» (Programming the Universe);
Роджеру Лониусу, соавтору книги «Роботы в космосе» (Robots in Spaсe);
Джону Льюису, астроному, Университет Аризоны;
Джеффри Лэндису, физику, НАСА;
Патти Маес, профессору медиаискусства и науки, Медиалаборатория Массачусетского технологического института;
Гленну Макги, автору книги «Идеальный младенец» (The Perfect Baby);
Роберту Манну, автору книги «Криминалист в лаборатории» (Forensic Detective);
Джеймсу Макларкину, специалисту по информатике, Университет Райса;
Полу Макмиллану, директору Space Watch;
Патрику Маккрею, автору книги «Продолжайте смотреть в небеса!» (Keep Watching the Skies!);
Майклу Полу Мейсону, автору книги «Дело о голове» (Head Cases);
Фулвио Мелиа, астрофизику, Университет Аризоны;
Уильяму Меллеру, автору книги «Эволюция ℞» (Evolution ℞);
Полу Мельтцеру, Центр исследования рака, Национальный институт здоровья США;
Марвину Мински, Массачусетский технологический институт, автору книги «Общество разума» (The Society of Mind);
Хансу Моравеку, Институт робототехники, Университет Карнеги – Меллон, автору книги «Робот» (Robot);
Филипу Моррисону, физику, Массачусетский технологический институт;
Ричарду Мюллеру, астрофизику, Университет Калифорнии в Беркли;
Дэвиду Нахаму, научному сотруднику IBM;
Майклу Нейфелду, автору книги «Фон Браун: Космический мечтатель, инженер войны» (Von Braun: Dreamer of Space, Engineer of War);
Мигелю Николелису, нейробиологу, Университет Дьюка;
Кристине Нил, вулканологу, Геологическая служба США;
Синдзи Нисимото, неврологу, Университет Калифорнии в Беркли;
Майклу Новачеку, палеонтологу, Американский музей естественной истории;
Баззу Олдрину, астронавту НАСА, второму человеку, побывавшему на Луне;
С. Джей Олшански, биогеронтологу, Университет Иллинойса в Чикаго, соавтору книги «В поисках бессмертия» (The Quest for Immortality);
Майклу Оппенгеймеру, экологу, Принстонский университет;
Дину Орнишу, профессору медицины, Университет Калифорнии в Сан-Франциско;
Джону Пайку, директору GlobalSecurity.org;
Питеру Палезе, вирусологу, Иканская школа медицины в Маунт-Синай;
Кори Пауэллу, главному редактору DiscoverMagazine;
Джону Пауэллу, основателю JP Aerospace;
Чарльзу Пелерину, бывшему директору по астрофизике НАСА;
Сидни Перковицу, автору книги «Наука глазами Голливуда» (Hollywood Science);
Стивену Пинкеру, психологу, Гарвардский университет;
Джене Пинкотт, автору книги «Действительно ли джентльмены предпочитают блондинок?» (Do Gentlemen Really Prefer Blondes?);
Томазо Поджо, ученому-когнитивисту, Массачусетский технологический институт;
Ричарду Престону, автору книг «Горячая зона» (The Hot Zone) и «Демон в холодильнике» (The Demon in the Freezer);
Раману Приндже, астроному, Лондонский университетский колледж;
Катерине Рамланд, криминалисту-исследователю, Сальский университет;
Дэвиду Рикье, преподавателю, Гарвардский университет;
Сэру Мартину Рису, астроному, Кембриджский университет, автору книги «До начала» (Before the Beginning);
Джейн Рисслер, Союз обеспокоенных ученых;
Джереми Рифкину, основателю Фонда экономических тенденций;
Джозефу Ромму, старшему научному сотруднику Центра американского прогресса, автору книги «Ад и потоп» (Hell and High Water);
Стивену Розенбергу, руководителю секции опухолевой иммунологии, Национальный институт здоровья США;
Лизе Рэндалл, физику, Гарвардский университет, автору книги «Закрученные пассажи» (Warped Passages);
Карлу Сагану, астроному, Корнеллский университет, автору книги «Космос» (Cosmos);
Нику Сагану, соавтору книги «Вы называете это будущим?» (You Call This the Future?);
Оливеру Саксу, неврологу, Колумбийский университет;
Брайану Салливану, астроному, Хейденский планетарий;
Майклу Саламону, НАСА;
Майклу Саммерсу, астроному, соавтору книги «Экзопланеты» (Exoplanets);
Полу Саффо, футурологу, Стэнфордский университет и Институт будущего;
Чарльзу Сейфе, автору книги «Солнце в бутылке» (Sun in a Bottle);
Саре Сигер, астроному, Массачусетский технологический институт;
Питеру Сингеру, автору книги «Революция робототехники и конфликт в XXI столетии» (Wired for War);
Саймону Сингху, писателю и продюсеру, автору книги «Большой взрыв» (Big Bang);
Гэри Смоллу, соавтору книги «Мозг онлайн. Человек в эпоху Интернета» (iBrain);
Стивену Сквайрсу, астроному, Корнеллский университет;
Полу Спудису, геологу и исследователю Луны, автору книги «Зачем нам Луна» (The Value of the Moon);
Полу Стейнхардту, физику, Принстонский университет, одному из авторов книги «Бесконечная Вселенная» (Endless Universe);
Джеку Стерну, нейрохирургу, специалисту по стволовым клеткам, профессору Йельского университета;
Грегори Стоку, Университет Калифорнии в Лос-Анджелесе, автору книги «Апгрейд человека» (Redesigning Humans);
Ричарду Стоуну, научному журналисту, журнал Discover Magazine;
Адаму Сэвиджу, ведущему телешоу «Разрушители легенд»;
Дэниелу Таммету, автору книги «Рожденный в синий день» (Born on a Blue Day);
Джеффри Тейлору, физику, Университет Мельбурна;
Теду Тейлору, физику, разработчику американских ядерных боеголовок;
Максу Тегмарку, космологу, Массачусетский технологический институт;
Элвину Тоффлеру, футурологу, автору книги «Третья волна» (The Third Wave);
Патрику Такеру, футурологу, Общество будущего мира;
Крису Тёрни, климатологу, Университет Вуллонгонга, автору книги «Лед, грязь и кровь» (Ice, Mud and Blood);
Нилу Деграссу Тайсону, астроному, директору Хейденского планетария;
Роберту Уоллесу, соавтору книги «Искусство шпионажа» (Spycraft);
Питеру Уорду, соавтору книги «Редкая Земля» (Rare Earth);
Кевину Уорвику, эксперту по людям-киборгам, Университет Ридинга;
Фреду Уотсону, астроному, автору книги «Звездочет» (Stargeyzer);
Спенсеру Уэллсу, генетику, автору книги «Генетическая одиссея человека» (The Journey of Man);
Майклу Уэсту, исполнительному директору компании AgeX Therapeutics;
Артуру Уиггинсу, физику, автору книги «Радость физики» (The Joy of Physics);
Энтони Уиншоу-Борису, генетику, Университет Кейз Вестерн Резерв;
Дэниелу Фэйрбэнксу, генетику, Университет долины Юта, автору книги «Реликты Эдема» (Relics of Eden);
Тимоти Феррису, писателю и продюсеру, автору книги «Совершеннолетие на Млечном Пути» (Coming of Age in the Milky Way);
Марии Финицо, кинематографисту, специалисту по стволовым клеткам, лауреату премии Пибоди;
Роберту Финкелстайну, специалисту по робототехнике и информатике, компания Robotic Technology, Inc.;
Кристоферу Флавену, старшему научному сотруднику, Институт глобального мониторинга;
Луису Фридману, сооснователю Планетарного общества США;
Фрэнку фон Хиппелю, физику, Принстонский университет;
Уильяму Хэнсону, автору книги «Передний край медицины» (The Edge of Medicine);
Джейми Хайнеману, ведущему телешоу «Разрушители легенд»;
Крису Хэдфилду, астронавту, Канадское космическое агентство;
Леонарду Хэйфлику, Университет Калифорнии, Медицинская школа в Сан-Франциско;
Дональду Хиллебранду, директору отделения силовых систем Аргоннской национальной лаборатории;
Аллану Хобсону, психиатру, Гарвардский университет;
Джеффри Хоффману, астронавту НАСА, Массачусетский технологический институт;
Дугласу Хофштадтеру, лауреату Пулитцеровской премии, автору книги «Гёдель, Эшер, Бах» (Gödel, Escher, Bach);
Джону Хоргану, журналисту, Технологический институт Стивенса, автору книги «Конец науки» (The End of Science);
Карлу Циммеру, биологу, соавтору книги «Эволюция: Триумф идеи» (Evolution: The Triumph of an Idea);
Роберту Циммерману, автору книги «Покидая Землю» (Leaving Earth);
Эндрю Чайкину, автору книги «Человек на Луне» (A Man on the Moon);
Лерою Чао, астронавту НАСА;
Эрику Чивиану, врачу, движение «Врачи мира за предотвращение ядерной войны»;
Дипаку Чопре, автору книги «Супермозг» (Super Brain);
Джорджу Чёрчу, профессору генетики, Гарвардская медицинская школа;
Петеру Шварцу, футурологу, основателю Global Business Network;
Майклу Шермеру, основателю Общества скептиков и журнала Skeptic;
Донне Ширли, Программа исследования Марса НАСА;
Сету Шостаку, астроному, Институт SETI;
Нилу Шубину, биологу-эволюционисту, Университет Чикаго, автору книги «Ваша внутренняя рыба» (Your Inner Fish);
Полу Шуху, аэрокосмическому инженеру, SETI League;
Полу Эрлиху, экологу, Стэнфордский университет;
П. Дж. Якобовичу, журналисту, PC Magazine;
Джону Эллису, физику, ЦЕРН;
Джею Ярославу, проект Human Intelligence Enterprise, Лаборатория искусственного интеллекта Массачусетского технологического института.
Пролог
Однажды, примерно 75 000 лет назад, человечество едва не вымерло1.
Грандиозный взрыв в Индонезии поднял в воздух колоссальное облако пепла, дыма и раскаленных обломков пород, покрывшее тысячи квадратных километров. Это было извержение вулкана Тоба, самое катастрофическое за последние 25 млн лет в истории нашей планеты. Вулкан выбросил из недр земли в воздух немыслимые 2800 куб. км грунта. В результате слой вулканического пепла толщиной до 10 м засыпал значительные площади нынешних Малайзии и Индии. Облако ядовитого дыма и пыли неспешно пересекло Африку, оставляя после себя смерть и разрушение.
Представьте на мгновение хаос, вызванный этим катаклизмом. Обжигающий жар и тучи серого пепла, заслонившие солнце, повергли наших предков в ужас. Многие из них задохнулись или были отравлены густой взвесью сажи и пыли. Потом температура резко упала, началась «вулканическая зима». Жизнь исчезала с поверхности земли, оставляя после себя повсюду, куда ни падал взгляд, тусклый пустынный ландшафт. Выжившие обшаривали опустошенную местность в поисках остатков пищи, и вскоре большинство наших предков умерло от голода. Казалось, Земля погибает. У немногочисленных уцелевших людей была лишь одна цель: бежать как можно дальше от опустившейся на их мир завесы смерти.
Не исключено, что в нашей крови и сегодня можно обнаружить свидетельства этого ужасного катаклизма2.
Генетики давно обратили внимание на любопытный факт: ДНК любых двух произвольно выбранных людей почти идентична. У шимпанзе, напротив, две любые особи могут иметь между собой больше генетических различий, чем найдется во всей человеческой популяции. Одна из теорий, позволяющих математически объяснить этот занятный факт, состоит в том, что после извержения Тоба большинство людей просто исчезли с лица земли, нас осталась буквально горстка – около 2000 человек. Именно этой группе грязных и оборванных людей суждено было стать нашими предками, теми Адамами и Евами, чьи потомки со временем заселили планету. Все мы едва ли не клоны, братья и сестры, взявшие начало от крохотной, но очень живучей группы людей, которую целиком вместил бы в наши дни конференц-зал любого современного отеля.
Устало бродя по безжизненным просторам, эти люди даже вообразить себе не могли, что когда-нибудь их потомки будут властвовать во всех уголках нашей планеты.
Сегодня, всматриваясь в будущее, мы понимаем, что события, происходившие 75 000 лет назад, вполне могут оказаться всего лишь репетицией будущих катастроф. Я вспомнил об этом в 1992 г., когда мир облетела поразительная новость об обнаружении первой планеты, обращающейся вокруг далекой звезды. Это открытие доказало, что планеты существуют вне нашей Солнечной системы, и привело к серьезному сдвигу парадигмы в наших представлениях о Вселенной. Но следующая новость оказалась грустной: открытая далекая планета обращалась вокруг мертвой звезды – пульсара, возникшего на месте взрыва сверхновой. Этот взрыв должен был убить все, что могло существовать на этой планете. Нам не известны формы живого, которые выдержали бы разрушительную волну ядерной энергии, возникающую при близком взрыве звезды.
Затем я представил себе, как населявшая эту планету цивилизация, зная, что ее звезда умирает, упорно и поспешно строила армаду космических кораблей, способных долететь до другой звездной системы. На планете, наверное, царил полный хаос, а ее обитатели в отчаянии и панике пытались забраться в отбывающие корабли и захватить там последние свободные места. Я вообразил, какой ужас чувствовали те, кто остался на планете на произвол судьбы и обречен был погибнуть при взрыве их солнца.
Однажды и мы неизбежно лицом к лицу столкнемся с неким масштабным событием, угрожающим всеобщим вымиранием. Это так же неопровержимо, как законы природы. Хватит ли нам, как когда-то хватило нашим предкам, воли и решимости, чтобы выжить и со временем достичь пика развития?
Если вспомнить все формы жизни, когда-либо существовавшие на Земле, от микроскопических бактерий до величественных лесов и от неуклюжих динозавров до предприимчивых людей, то выяснится, что более 99,9 % от общего их числа уже вымерло. Вымирание – это норма, и никаких особых шансов избежать его у нас пока нет. Раскапывая земные почвы в поисках окаменелостей, мы находим следы существования множества древних форм жизни. Лишь малая толика их существует поныне. Миллионы видов существ появились на нашей планете до нас, прожили свой век под Солнцем, зачахли и умерли. Такова жизнь.
Как бы мы ни любили эффектные романтические закаты, свежесть океанского бриза и тепло летнего дня, когда-нибудь все это закончится и наша планета перестанет быть гостеприимным домом для человечества. Рано или поздно природа отвернется от нас, как отвернулась она в свое время от всех вымерших форм жизни.
Долгая история жизни на Земле показывает, что, оказавшись во враждебном природном окружении, живые организмы либо стремятся покинуть эту среду, либо приспосабливаются к ней, либо вымирают. Но если заглянуть в далекое будущее, то мы однажды столкнемся с катастрофой такого масштаба, когда адаптация будет невозможна. Мы будем вынуждены покинуть Землю либо погибнем. Третьего не дано.
В прошлом подобные катастрофы происходили неоднократно, они неизбежно будут происходить и в будущем. Земля уже перенесла пять крупных циклов вымирания, в каждом из которых исчезало до 90 % всех жизненных форм. Нашу планету ждут и новые циклы, это так же неизбежно, как то, что день сменяет ночь.
Опасности, с которыми мы можем столкнуться в ближайшие десятилетия, не носят естественный характер; скорее, нас ожидают неприятные последствия собственной глупости и недальновидности. Мы лицом к лицу встретимся с угрозой глобального потепления, когда против нас обернется сама атмосфера Земли, нам грозит опасность современной войны, ведь ядерное оружие сейчас появляется в самых нестабильных регионах мира, к тому же реально появление нового бактериологического оружия, например передаваемых воздушно-капельным путем вирусов иммунодефицита или лихорадки Эбола. Одно это могло бы стереть с лица Земли более 98 % людей. Мало того, мы столкнемся с проблемой растущего населения, которое потребляет ресурсы с бешеной скоростью. Возможно, в какой-то момент мы превысим несущую способность нашей планеты, переживем экологический Армагеддон и вынуждены будем конкурировать друг с другом за остатки еды, воды и топлива.
Помимо бедствий, которые мы сами на себя навлекаем, происходят природные катастрофы, на которые мы не можем повлиять. В перспективе тысяч лет нам грозит наступление нового ледникового периода. На протяжении последних 100 000 лет значительная часть поверхности Земли была покрыта сплошным слоем льда толщиной до километра. Морозы и безжизненный ландшафт привели к вымиранию многих животных. Около 10 000 лет назад климат смягчился, началось потепление. Этот краткий период привел к внезапному подъему современной цивилизации; человек воспользовался им, чтобы расселиться по всей Земле и добиться процветания. Но не будем забывать: этот расцвет пришелся на межледниковый период, и через несколько десятков тысяч лет нас ожидает новое наступление ледников. Когда это случится, наши города исчезнут под горами снега, а цивилизация будет раздавлена льдом.
Существует также вероятность того, что супервулкан под Йеллоустонским национальным парком проснется от долгого сна, разорвет Соединенные Штаты на части и окутает Землю удушающим ядовитым облаком сажи и пыли. Предыдущие извержения этого вулкана происходили 630 000, 1,3 млн и 2,1 млн лет назад. Каждое такое событие от следующего отделяли примерно 700 000 лет, следовательно, следующее колоссальное извержение может ожидать нас в ближайшие 100 000 лет.
Если заглянуть на миллионы лет вперед, то нам грозит еще одно столкновение с метеоритом или кометой, аналогичное тому, что 65 млн лет назад вызвало исчезновение динозавров. Тогда камень размером около 10 км в поперечнике рухнул из космоса на полуостров Юкатан в Мексике, подняв в небо тонны раскаленных обломков, которые затем обрушились обратно на Землю. Тучи пепла, куда большие, чем при извержении вулкана Тоба, закрыли солнце, и это привело к резкому понижению температуры на планете. Погибла растительность, разрушились пищевые цепи. Растительноядные динозавры погибли от голода, за ними последовали их плотоядные сородичи. В результате этой катастрофы погибло 90 % всех форм жизни на Земле.
Тысячи лет мы жили в счастливом неведении об окружающем Землю скоплении смертельно опасных космических камней. Только в последнее десятилетие ученые начали количественно оценивать риск серьезного столкновения. Теперь мы знаем, что тысячи астероидов, сближающихся с Землей (АСЗ), пересекают земную орбиту и представляют потенциальную угрозу самой жизни на планете. По состоянию на август 2018 г. было зарегистрировано 18 549 таких объектов. И это лишь те из них, что нам удалось обнаружить. Число незарегистрированных объектов, пролетающих иногда мимо Земли, астрономы оценивают в несколько миллионов.
Однажды мне пришлось брать интервью на тему астероидной опасности у покойного астронома Карла Сагана. Он тогда сказал, что «мы живем в космическом тире», в окружении потенциальных угроз, и столкновение крупного астероида с Землей – вопрос времени. Если бы мы могли каким-то образом осветить эти астероиды, то увидели бы в ночном небе тысячи угрожающих нам светлых точек.
Даже предполагая, что мы благополучно избежим всех этих опасностей, не стоит забывать, что существует одна опасность, по сравнению с которой все остальные меркнут. Через 5 млрд лет наше Солнце увеличится в размерах и превратится в красный гигант. Звезда станет настолько огромной, что орбита Земли окажется внутри ее раскаленной атмосферы и немыслимый жар сделает жизнь в этом аду невозможной.
В отличие от всех остальных форм жизни на планете, которые пассивно ждут своей участи, мы – хозяева своей судьбы. К счастью, уже сегодня мы создаем инструменты, которые помогут нам бросить вызов судьбе и избежать уготованной нам природой участи, чтобы не войти в 99,9 % форм жизни, обреченных на вымирание. В этой книге мы познакомимся с первопроходцами – с теми, у кого хватает энергии, дальновидности и ресурсов, необходимых, чтобы изменить судьбу человечества. Мы познакомимся с мечтателями, которые верят, что человечество может жить и успешно развиваться в открытом космосе. Мы проанализируем революционные технические успехи, которые дадут нам возможность в будущем покинуть Землю и обосноваться где-нибудь еще в нашей Солнечной системе и даже за ее пределами.
Но если есть в нашей истории урок, который мы можем и должны усвоить, то заключается он в том, что, оказавшись перед лицом экзистенциального кризиса, человечество принимает вызов и добивается еще более высоких результатов. Можно сказать, что в каком-то смысле жажда исследований у нас в генах, что она часть нашей души.
Сегодня мы стоим перед величайшим, возможно, вызовом в истории нашего вида: нам придется покинуть пределы Земли и устремиться в открытый космос. Законы природы однозначны: рано или поздно мы столкнемся с глобальным кризисом, угрожающим существованию человечества.
Жизнь слишком большая ценность, чтобы существовать на одной-единственной планете, где она оказывается беззащитной перед лицом планетарных угроз.
Нам нужна страховка, сказал мне когда-то Карл Саган и заключил: мы должны стать «двухпланетным видом». Иными словами, нам нужен «запасной аэродром».
В этой книге мы рассмотрим историю вопроса, проблемы и возможные решения, ожидающие нас впереди. Это будет непростой путь, на нем мы столкнемся и с неудачами, но выбора у нас нет.
После почти полного вымирания, случившегося около 75 000 лет назад, наши предки все же двинулись вперед и начали колонизацию всей Земли. В этой книге я надеюсь обрисовать шаги, необходимые для преодоления препятствий, которые неизбежно встретятся нам в будущем. Возможно, такова судьба человечества – стать многопланетным видом и жить среди звезд.
Если на кону наше выживание в долгосрочной перспективе, то мы должны отправиться к другим мирам просто из чувства ответственности перед собственным видом.
Карл Саган
Динозавры вымерли, потому что у них не было космической программы. И если мы тоже вымрем, потому что у нас нет космической программы, то поделом нам.
Ларри Нивен
Введение
На пути к многопланетности вида
В детстве я прочел знаменитую трилогию Айзека Азимова «Основание» (Foundation) – одну из величайших саг в истории научной фантастики. Меня поразило, что Азимов, вместо того чтобы писать о битвах с применением лучевых пушек и о войнах с пришельцами, задавал в своих книгах простой, но глубокий вопрос: что будет с человеческой цивилизацией через 50 000 лет? Какова наша судьба?
В своей новаторской трилогии Азимов изображал человечество, расселившееся по всему Млечному Пути, где громадная Галактическая империя объединяет миллионы обитаемых миров. Мы проникли так далеко, что даже расположение изначальной родины, породившей эту великую цивилизацию, затерялось в тумане древней истории. По всей Галактике возникло такое множество высокоразвитых обществ, а их обитатели оказались связаны такой сложной паутиной экономических связей, что появилась возможность с помощью математических методов предсказывать будущий ход событий, как будто предсказывая движение отдельных молекул.
Много лет назад я пригласил доктора Азимова выступить в нашем университете. Он приехал. Слушая спокойные, выверенные слова мэтра, я не переставал удивляться широте его знаний. Я задал ему вопрос, интересовавший меня с детства: что побудило его написать серию «Основание»? Как пришла ему в голову тема настолько обширная, повествование, охватывающее всю Галактику? Азимов сразу, не раздумывая, ответил, что вдохновлялся темой расцвета и падения Римской империи, тем, как разворачивалась судьба составлявших ее народов на фоне бурных событий истории.
Я впервые задумался о том, нет ли таких судьбоносных признаков в истории человечества в целом. Может быть, нам суждено со временем создать цивилизацию, которая распространится на всю галактику Млечный Путь. Может быть, наша судьба и правда где-то там, среди звезд.
Многие темы, лежащие в основе работы Азимова, были исследованы еще до него в удивительном романе Олафа Стэплдона «Создатель звезд» (Star Maker). В этой книге герою представляется, что он каким-то образом поднимается с Земли в открытый космос и мчится сквозь него, пока не достигает далеких планет. Он носится по Галактике в виде чистого сознания от одной звездной системы к другой и наблюдает фантастические инопланетные империи. Некоторые из них развиваются и достигают величия, вступая в эпоху мира и благоденствия и путешествуя на своих космических кораблях, и даже создают межзвездные империи. Другие гибнут в результате ожесточения, смут и войн.
Многие революционные идеи из романа Стэплдона были позже не раз использованы в других произведениях научной фантастики. К примеру, герой «Создателя звезд» обнаруживает, что многие сверхразвитые цивилизации намеренно скрывают свое существование от цивилизаций менее развитых, чтобы случайно не «заразить» их своей развитой технологией. Эта концепция близка Первой Директиве – одному из ведущих принципов Федерации в сериале «Звездный путь».
Кроме того, герой Стэплдона наталкивается на цивилизацию настолько высокоразвитую, что она сумела заключить свое солнце в гигантскую сферу, чтобы не упустить ни части его энергии. Эта концепция, позже получившая название сферы Дайсона, сейчас является одной из важнейших идей научной фантастики.
Герой встречает расу существ, находящихся в постоянном телепатическом контакте друг с другом. Каждый индивидуум знает все без исключения мысли остальных. Эта идея предшествовала цивилизации боргов из «Звездного пути», где все члены ментально связаны между собой и подчиняются воле Улья.
В конце романа герой встречает самого Создателя звезд – небесное существо, которое творит вселенные, каждую со своим набором законов природы, и возится с ними. Наша Вселенная всего лишь одна из множества в мультивселенной. В благоговейном ужасе герой наблюдает Создателя звезд за работой – одним мановением тот создает новые интереснейшие царства и отбрасывает те, что ему не нравятся.
Новаторский роман Стэплдона произвел настоящий шок в мире, где радио все еще считалось чудом техники. В 1930-е гг. идея выхода нашей цивилизации в космос казалась абсурдной. На тот момент высшим техническим достижением были винтовые самолеты, которым едва удавалось подняться выше облаков, и возможность путешествия к звездам казалась безнадежно далекой.
«Создатель звезд» имел огромный успех. Артур Кларк назвал его одним из лучших произведений научной фантастики всех времен. Роман подстегнул воображение целого поколения послевоенных писателей-фантастов. Но широкая публика быстро забыла о нем, вскоре мир захлестнули хаос и жестокость Второй мировой войны.
Поиск новых планет в космосе
Теперь, когда космическая обсерватория «Кеплер» и многочисленные группы астрономов на Земле открыли уже около 4000 планет, обращающихся вокруг других звезд нашей Галактики, поневоле начинаешь задумываться, а не существуют ли на самом деле все те цивилизации, которые описывал Стэплдон.
В 2017 г. международная группа ученых обнаружила не одну, а целых семь землеподобных планет, обращающихся вокруг одной из близких к нам звезд – расстояние от Земли до нее составляет всего лишь 39 световых лет. Из этих семи планет три располагаются достаточно близко к своей звезде, чтобы на них могла существовать жидкая вода. Очень скоро астрономы смогут точно сказать, есть ли у этих и других планет атмосфера и содержит ли она водяной пар. Поскольку вода – это «универсальный растворитель», в котором могут смешиваться те органические вещества, из которых строится молекула ДНК, ученые, возможно, сумеют показать, что условия существования жизни встречаются во Вселенной повсеместно. Не исключено, что в ближайшее время будет найден святой Грааль планетной астрономии – двойник Земли в открытом космосе.
Примерно в это же время астрономы сделали еще одно открытие, в корне меняющее ситуацию: открыли землеподобную планету, получившую название Проксима Центавра b и обращающуюся вокруг ближайшей к Солнцу звезды Проксима Центавра, отстоящей от нас всего лишь на 4,2 световых года. Ученые давно предполагали, что эта звезда будет исследована одной из первых.
Эти планеты всего лишь несколько новых записей в громадной будущей энциклопедии экзопланет, дополнять которую приходится едва ли не каждую неделю. Есть в ней и странные, необычные звездные системы, которые Стэплдону могли разве что присниться, в том числе системы с четырьмя и более звездами, обращающимися по сложным орбитам в едином «клубке». Многие астрономы считают, что любая планетная структура, которую мы только можем вообразить, вероятно, существует где-то во Вселенной – разумеется, если ее существование не противоречит законам физики.
Это означает, что мы можем весьма и весьма приблизительно подсчитать, сколько в Галактике существует землеподобных планет. В ней около 100 млрд звезд, следовательно, землеподобных планет, обращающихся вокруг солнцеподобных звезд, может быть около 20 млрд – и это только в нашей Галактике. А поскольку галактик, которые мы можем наблюдать при помощи имеющихся инструментов, тоже около 100 млрд, мы можем оценить количество землеподобных планет в видимой Вселенной. Получим умопомрачительное число – 2 млрд триллионов.
Осознав, что наша Галактика, вполне возможно, кишмя кишит обитаемыми планетами, вы уже не сможете с прежним спокойствием рассматривать звездное ночное небо.
Итак, астрономы обнаружили в дальнем космосе землеподобные планеты. Следующая задача – проанализировать их атмосферу на наличие кислорода и водяного пара, которые указывали бы на возможное присутствие жизни, и попытаться уловить радиоволны, которые свидетельствовали бы о существовании разумной цивилизации. Такое открытие стало бы одним из великих поворотных пунктов в истории человечества, сравнимым с укрощением огня. Оно не только заново переопределило бы наши отношения с остальной Вселенной, но и изменило нашу судьбу.
Новый золотой век исследования космоса
Открытие экзопланет наряду с интереснейшими идеями, которые привносит в нашу жизнь новое поколение мечтателей, возрождает в обществе интерес к космическим путешествиям. Первоначально главными двигателями космической программы были холодная война и соперничество сверхдержав. Тогда американцы были согласны потратить громадную сумму – 5,5 % федерального бюджета США – на космическую программу «Аполлон», поскольку на кон был поставлен престиж страны. Однако такую лихорадочную гонку невозможно поддерживать до бесконечности, и со временем финансирование резко сократили.
Американские астронавты в последний раз ступали на поверхность Луны в 1972 г. Сегодня и «Сатурн-5», и космические челноки разобраны на части и ржавеют в музеях, а рассказы о них остались на страницах пыльных книг. НАСА часто критиковали, называя «агентством полетов в никуда». Несколько десятилетий шестеренки этого механизма крутились вхолостую, а само агентство бодро и решительно двигалось по давно проторенным путям.
Но постепенно экономическая ситуация начала меняться. Стоимость космических путешествий, которая прежде могла подорвать бюджет целой страны, неуклонно снижалась, в значительной степени благодаря притоку энергии, денег и энтузиазма от растущей когорты частных предпринимателей. Неудовлетворенные «черепашьими» темпами деятельности НАСА, миллиардеры Илон Маск, Ричард Брэнсон и Джефф Безос достали свои чековые книжки и занялись строительством ракет. Они хотят не только получить прибыль, но и исполнить свою детскую мечту о полете к звездам.
Вновь дала знать о себе политическая воля. Вопрос уже не в том, отправят ли США астронавтов на Красную планету, а о том, когда это произойдет. Президент США Барак Обама заявлял, что астронавты ступят на поверхность Марса где-то после 2030 г., а президент Трамп попросил НАСА ускорить темпы.
Техника для строительства флотилии ракет и космических модулей, пригодных для межпланетного путешествия, – к примеру, сконструированная НАСА ракета-носитель СЛС (Space Launch System, SLS) с кораблем «Орион» и тяжелая ракета-носитель «Фалкон Хэви» с капсулой «Дракон», разработанная Илоном Маском – проходит первые этапы испытаний. Именно они будут доставлять грузы и астронавтов на Луну, астероиды, Марс и даже дальше. Эта задача вызвала общественный резонанс и породила не только энтузиазм, но даже конкуренцию. Вполне возможно, что когда-нибудь разные группы будут соперничать за возможность первыми воткнуть флаг в марсианскую почву.
Мы входим в новый золотой век космических путешествий, когда исследование Вселенной после нескольких десятилетий небрежения вновь станет волнующей частью национальной повестки.
Вглядываясь в будущее, мы можем различить контуры того, как наука преобразует процесс исследования космоса. Благодаря революционным успехам в широком спектре отраслей техники мы сегодня можем порассуждать о том, что наша цивилизация, возможно, переселится однажды в дальний космос, научится терраформировать планеты и путешествовать меж звезд. Это долгосрочная цель, но уже сегодня мы можем обозначить примерные сроки и приблизительно оценить, когда будут достигнуты те или иные космические рубежи.
Я расскажу о шагах, необходимых для достижения этой амбициозной цели. Но главное для нас, если мы хотим определить примерный ход будущих событий, – разобраться в научных принципах, которые стоят за нынешними чудесными достижениями.
Революционные волнытехнического прогресса
Для начала попробуем окинуть взглядом обширную панораму истории человечества и представить ее в более широком контексте. Если бы наши предки смогли увидеть нас сегодняшних, что бы они подумали? На протяжении большей части своей истории люди влачили жалкое существование, боролись за жизнь во враждебном и равнодушном мире, где средняя продолжительность жизни составляла не больше 20–30 лет. В основном мы вели кочевой образ жизни и переносили свои пожитки на собственных спинах. Каждый день нам приходилось неустанно бороться за то, чтобы обеспечить себе пищу и убежище. Мы жили в постоянном страхе перед опасными хищниками, болезнями и голодом. Но, если бы наши предки могли увидеть нас сегодняшних – с нашей способностью мгновенно пересылать картинки в любой уголок планеты, с ракетами, которые могут доставить нас на Луну и дальше, с машинами, которые ездят сами по себе, – они наверняка сочли бы нас колдунами и волшебниками.
История показывает, что научные революции приходят волнами, а толчком к ним часто служат успехи физики. Первую волну научных и технических достижений в XIX в. породили физики, создавшие теорию механики и термодинамики. Это позволило инженерам создать паровую машину, за которой последовали локомотивы и промышленная революция. Этот глубокий сдвиг в техническом оснащении поднял человеческую цивилизацию из состояния невежества, непосильного труда и бедности и привел в машинную эру.
Вторую волну технического прогресса в XX в. тоже возглавили физики; они открыли и поставили на службу человеку законы электричества и магнетизма и в конечном итоге привели всех нас в эру электричества. Это сделало возможным электрификацию городов, появление динамо-машин и генераторов, телевидения, радио и радаров. Вторая волна породила современную космическую программу, позволившую нам посетить Луну.
Третья волна науки в XXI в. нашла свое выражение в высоких технологиях, а возглавили ее квантовые физики и изобретенные ими транзистор и лазер. Благодаря им стали возможны суперкомпьютеры, интернет, современные телекоммуникации, GPS и взрывной рост производства микросхем, которые проникли во все сферы нашей жизни.
В этой книге я расскажу о технологиях, которые позволят нам проникнуть еще дальше по мере исследования планет и звезд. В первой части мы поговорим о создании постоянной лунной базы и о действиях, необходимых для колонизации и терраформирования Марса. Для этого нам придется использовать четвертую волну технического прогресса, в которую входят искусственный интеллект, нано- и биотехнологии. Задача терраформирования Марса превышает наши сегодняшние возможности, но технологии XXII в. позволят превратить эту безжизненную промороженную пустыню в пригодный для обитания мир. Мы поговорим об использовании самовоспроизводящихся роботов, сверхпрочных и сверхлегких наноматериалов и полученных биотехнологическими методами растений, которые позволят кардинально снизить расходы и превратить Марс в настоящий рай. Со временем мы пойдем еще дальше и создадим поселения на астероидах и лунах газовых гигантов – Юпитера и Сатурна.
Во второй части мы попробуем заглянуть в те времена, когда человечество сможет выйти за пределы Солнечной системы и исследовать ближайшие звезды. Эта задача опять же превосходит наши нынешние технические возможности, но пятая волна технических достижений сделает ее выполнение возможным: у нас появятся нанокорабли, лазерные паруса, прямоточные термоядерные двигатели, двигатели на антивеществе. НАСА уже сегодня финансирует исследования, без которых сделать межзвездные путешествия реальными попросту не получится.
В третьей части мы проанализируем, каким образом можно было бы модифицировать наши тела, чтобы дать нам возможность найти себе новый дом среди звезд. Межзвездные путешествия, возможно, будут занимать десятки, а то и сотни лет, так что нам, очень может быть, придется генетически изменить себя и научиться без вреда для себя проводить длительные периоды времени в глубоком космосе. Не исключено, что сделано это будет путем увеличения продолжительности жизни человека. Хотя сегодня источник вечной молодости невозможен, ученые уже исследуют перспективные направления, которые в будущем, возможно, позволят нам замедлить, а то и остановить процесс старения. Не исключено, что наши потомки будут в каком-то смысле бессмертны. Быть может, нам придется генетически доработать наши тела, чтобы хорошо себя чувствовать на далеких планетах с иной силой тяжести, другим составом атмосферы и другой экологией.
Благодаря проекту «Коннектом человека», который нанесет на карту каждый нейрон человеческого мозга, когда-нибудь мы, возможно, научимся отправлять свой коннектом в открытый космос посредством мощнейшего лазерного луча, что снимет с повестки дня множество проблем, связанных с межзвездными путешествиями. Этот процесс, который я называю лазерным переносом, освободит наше сознание и даст нам возможность исследовать Галактику или даже Вселенную со скоростью света, устранив тревоги, связанные с очевидными опасностями межзвездных путешествий.
Если наши предки 100 лет назад приняли бы нас сегодняшних за волшебников и колдунов, то кем бы сочли мы наших потомков через 100 лет?
Наши потомки, более чем вероятно, показались бы нам похожими на древнегреческих богов. Подобно Гермесу, они умели бы переноситься в пространстве и посещать близлежащие планеты. Подобно Афродите, обладали бы идеальными бессмертными телами. Подобно Аполлону, имели бы неограниченный доступ к энергии Солнца. Подобно Зевсу, умели бы отдавать мысленные команды и добиваться реализации своих желаний. Кроме того, они умели бы создавать мифических животных, таких как Пегас, при помощи генной инженерии.
Иными словами, судьба людей – стать богами, которых мы когда-то боялись и почитали. Наука даст нам средства, чтобы сформировать Вселенную по своему образу и подобию. Другой вопрос – обретем ли мы, помимо громадного небесного могущества, и Соломонову мудрость?
Возможно также, что мы столкнемся когда-нибудь с внеземной жизнью. В этой книге мы поговорим о том, что может произойти, если человечество встретится с цивилизацией, обогнавшей нас в развитии на миллион лет и научившейся свободно путешествовать по Галактике и изменять ткань пространства-времени. Не исключено, что такая цивилизация может играть черными дырами и использовать туннели в пространстве – так называемые кротовые норы – для путешествий со сверхсветовой скоростью.
В 2016 г. спекуляции на тему высокоразвитых космических цивилизаций с новым, поистине лихорадочным накалом развернулись и среди астрономов, и в средствах массовой информации. Связано это было с объявлением о том, что астрономы обнаружили свидетельства некой колоссальной «мегаструктуры» размером, возможно, со сферу Дайсона, обращающейся вокруг далекой звезды за много световых лет от нас. Хотя полученные данные далеко не однозначны, ученые впервые столкнулись хотя бы с призрачным указанием на возможность существования в дальнем космосе высокоразвитой цивилизации.
В завершение мы рассмотрим возможность того, что нам предстоит встретить не только смерть Земли, но и гибель самой Вселенной. Хотя наша Вселенная еще молода, можно предположить, что когда-нибудь в отдаленном будущем мы, возможно, вплотную подойдем к Большому замерзанию: температуры упадут почти до абсолютного нуля, и жизнь, какой мы ее сегодня знаем, по всей видимости, перестанет существовать. Не исключено, однако, что к тому времени наши технологии окажутся достаточно развитыми, чтобы человечество смогло покинуть умирающую Вселенную и проникнуть сквозь гиперпространство в новую, более молодую.
Теоретическая физика (моя специализация) прорабатывает идею о том, что наша Вселенная может представлять собой всего лишь один-единственный пузырек в мультивселенной, состоящей из множества других пузырьков-вселенных. Может быть, в мультивселенной найдется и новый дом для нас. Вглядываясь во множество вселенных, мы, возможно, сумеем разглядеть величественные замыслы Создателя звезд.
Так что фантастические достижения научной фантастики, когда-то считавшиеся побочным продуктом излишне живого воображения мечтателей, могут когда-нибудь стать реальностью.
Человечество стоит на пороге, возможно, величайшего приключения в своей истории. Не исключено, что пропасть, отделяющая рассуждения Азимова и Стэплдона от реальности, будет преодолена при помощи тех поразительных открытий и стремительных изменений, которые в настоящее время происходят в науке. И первый этап нашего долгого пути к звездам начнется тогда, когда мы сумеем покинуть Землю. Как гласит старая китайская пословица, путь в тысячу ли начинается с первого шага. Дорога к звездам начинается с самой первой ракеты.
Часть I
Покидая землю
Всякий, кто сидит на верхушке крупнейшей в мире системы с кислородно-водородным топливом, зная, что ее собираются поджечь снизу, и не испытывает хотя бы легкого беспокойства, не до конца понимает сложившуюся ситуацию.
Астронавт Джон Янг
1. Подготовка к старту
19 октября 1899 г. семнадцатилетний юноша залез на вишню – и пережил озарение. Он только что прочел «Войну миров» Герберта Уэллса, и мысль о том, что ракеты помогут нам в исследовании Вселенной, показалась ему ужасно интересной и вызвала прилив энтузиазма. Юноша думал, как чудесно было бы сделать какое-нибудь устройство, которое хотя бы в принципе могло добраться до Марса, и вдруг осознал, что исследовать Красную планету – наша судьба. К тому моменту, когда юноша спустился с дерева на землю, его жизнь уже изменилась навсегда. Он посвятил свою жизнь мечте – созданию ракеты, которая могла бы воплотить в жизнь его видение. До конца своих дней он неизменно отмечал этот переломный день – 19 октября.
Звали этого молодого человека Роберт Годдард. Именно он построил первую жидкостную многоступенчатую ракету и тем самым запустил цепочку событий, которым суждено было изменить ход истории человечества.
Циолковский – одинокий мечтатель
Годдард принадлежал к небольшой горстке первопроходцев, которые, несмотря на изоляцию, бедность и насмешки окружающих, упорно продвигались вперед наперекор всему – и в итоге заложили фундамент для космических путешествий. Одним из первых в ряду этих мечтателей был великий русский ученый-ракетчик Константин Циолковский, который продумал теоретические основы космических путешествий и проложил дорогу Годдарду. Циолковский был затворником, жил в бедности и с трудом сводил концы с концами, зарабатывая на жизнь учительством. В юности он проводил большую часть времени в библиотеке – проглатывал научные журналы, изучал Ньютоновы законы движения и пытался применить их к космическим путешествиям3. Его мечтой было путешествие на Луну и Марс. Самостоятельно, без помощи ученого сообщества, он разобрался в математике, физике и механике ракетной техники и рассчитал для Земли скорость убегания (она же вторая космическая), то есть скорость, необходимую для выхода из поля тяготения нашей планеты. Эта скорость оказалась равна 11,2 км/c, намного больше тех 7 м/c, до которых можно было разогнаться на лошадях в его время.
В 1903 г. Циолковский опубликовал знаменитое ракетное уравнение, позволяющее определить максимальную скорость ракеты исходя из ее массы и запаса топлива. Из этого уравнения явствовало, что зависимость между скоростью и массой топлива носит экспоненциальный характер. Было бы логично предположить, что для удвоения скорости ракеты достаточно удвоить количество топлива. На самом же деле при увеличении скорости расход возрастает экспоненциально и для дополнительной прибавки скорости требуется громадное количество топлива.
Cледовательно, ракете нужно очень много горючего, чтобы покинуть Землю. С помощью этой формулы Циолковский оценил, сколько топлива необходимо для полета к Луне, задолго до того, как его мечта воплотилась в реальность.
Циолковский следовал принципу: «Земля – колыбель человечества, но нельзя вечно жить в колыбели». Он придерживался философии так называемого космизма, связывающей будущее человечества с исследованием открытого космоса. В 1911 г. он писал: «Стать ногой на почву астероидов, поднять камень с Луны, устроить движущиеся станции в эфирном пространстве, образовать живые кольца вокруг Земли, Луны, Солнца, наблюдать Марс на расстоянии нескольких десятков верст, спуститься на его спутники или даже на самую его поверхность – что, по-видимому, может быть сумасброднее!»4
Хотя сам Циолковский был слишком беден, чтобы превратить свои математические выкладки в действующие модели, за продолжателями дело не стало: следующий шаг сделал Роберт Годдард. Он своими руками построил прототипы, которым впоследствии суждено было стать основой космических путешествий.
Роберт Годдард – отец ракетной техники
Роберт Годдард заинтересовался наукой в детстве, когда на его глазах проводили электричество в его родной город. Уже тогда он твердо уверился, что наука революционно изменит нашу жизнь во всех ее аспектах. Отец, поощряя интерес мальчика, купил ему телескоп, микроскоп и подписку на журнал Scientific American. Первые эксперименты Годдарда были связаны с воздушными змеями и шарами. Однажды в библиотеке он случайно наткнулся на знаменитые «Математические начала» Исаака Ньютона и познакомился с законами движения. Вскоре после этого его интересы определились: Годдард сосредоточился на том, чтобы применить законы Ньютона в ракетной технике.
Годдард не просто удовлетворял свое любопытство, он предложил три важных новшества. Во-первых, экспериментируя с различными видами топлива, он пришел к выводу, что порошковое топливо для ракеты неэффективно. Китайцы изобрели порох много столетий назад и давно использовали его в ракетах, но порох сгорает неравномерно, так что ракеты китайцев в основном были не более чем игрушками. Первым блестящим нововведением Годдарда стала замена порошкового топлива жидким, расход которого можно контролировать, добиваясь ровного и чистого горения. Он построил ракету с двумя баками: в одном было топливо (к примеру, спирт), в другом – окислитель (к примеру, жидкий кислород). Жидкости через систему трубок и клапанов подавались в камеру сгорания, где происходил тщательно контролируемый взрыв, способный толкать ракету.
Годдард понимал, что по мере подъема ракеты в небо ее топливные баки будут постепенно опустошаться. Его следующим важным новшеством стали многоступенчатые ракеты, которые отделяли использованные топливные баки и таким образом избавлялись от бесполезной нагрузки. Это резко повышало дальность и эффективность полета.
Наконец, Годдард использовал гироскопы. После того как гироскоп раскручен, его ось сохраняет ориентацию в пространстве, всегда указывая одно и то же направление, даже если вы повернете гироскоп. К примеру, если ось гироскопа указывает на Полярную звезду, она будет указывать в этом направлении даже после того, как вы перевернете гироскоп вверх ногами. Значит, космический корабль, даже отклоняясь от своей траектории, может изменить работу своих двигателей так, чтобы компенсировать это отклонение и вернуться на первоначальный курс. Годдард понял, что для нацеливания ракет и удержания их на курсе нужно использовать гироскопы.
В 1926 г. он вошел в историю, произведя первый успешный запуск ракеты на жидком топливе. Она взлетела вверх на 12,5 м, продержалась в воздухе 2,5 с и приземлилась на капустную грядку в 56 м от точки старта. Место, где это произошло, сегодня свято для любого ученого-ракетчика и объявлено в США Национальным памятником истории.
В своей лаборатории в Колледже Кларка Годдард разработал базовую архитектуру для ракет на химическом топливе. Те грохочущие чудища, которые мы сегодня видим отрывающимися от стартовых площадок, – прямые потомки построенных им моделей.
Под градом насмешек
Несмотря на успехи, Годдард стал идеальным козлом отпущения для средств массовой информации. Когда в 1920 г. в прессу просочилась информация о том, что исследователь всерьез задумывается о космических путешествиях, газета The New York Times откликнулась на новость уничтожающей критикой, которая менее крупного ученого легко могла бы сломать. «С нашей стороны было бы нелепо утверждать, что профессору Годдарду с его “кафедрой” в Колледже Кларка, – насмехалась The New York Times, – неизвестна связь между действием и противодействием и что ему неизвестно, что нужно иметь что-нибудь посущественнее вакуума, от чего можно оттолкнуться. Разумеется, нам только кажется, что у него отсутствуют знания, которыми нас ежедневно снабжают в старших классах школы»5. А в 1929 г., после того как он запустил одну из своих ракет, местная газета вышла с заголовком «Лунная ракета промахнулась по своей цели на 238 799,5 миль». Ясно, что авторы газеты и другие журналисты не понимали Ньютоновых законов движения и ошибочно полагали, что ракеты не могут двигаться в космическом вакууме.
Космическими путешествиями действительно управляет третий закон Ньютона, согласно которому на каждое действие возникает равное по величине и противоположное по направлению противодействие. Этот закон известен любому ребенку, которому хоть раз в жизни случалось надуть воздушный шарик, а затем отпустить его и наблюдать, как он мечется в разных направлениях. Действие здесь – воздух, стремящийся с силой выйти из шарика, а противодействие – поступательное движение самого шарика. Аналогично в случае ракеты действие – это раскаленный газ, выбрасываемый с одного конца, а противодействие – поступательное движение ракеты, причем вырывающийся газ толкает ракету вперед даже в космическом вакууме.
Годдард умер в 1945 г. и не увидел извинения редакции, которое The New York Times напечатала после посадки «Аполлона» на Луну в 1969 г. В нем говорилось: «Сегодня с определенностью установлено, что ракета может функционировать в вакууме так же хорошо, как и в атмосфере. Редакция сожалеет о своей ошибке».
Ракеты для войны и для мира
На первом этапе развития ракетной техники главную роль играли такие мечтатели, как Циолковский, разрабатывавшие физические и математические аспекты космических путешествий. На втором этапе на передний план вышли такие люди, как Годдард, построившие первые прототипы ракет. На третьем этапе ученые-ракетчики привлекли к себе внимание правительств. Вернер фон Браун, использовав наброски, мечты и модели своих предшественников, при поддержке правительства Германии – а позже США – создал гигантские ракеты, которым суждено было успешно доставить нас на Луну6.
Самый знаменитый из всех ученых-ракетчиков родился в аристократической семье. Отец барона Вернера фон Брауна был министром сельского хозяйства Германии в период Веймарской республики, а его мать могла проследить свою родословную до королевских домов Франции, Дании, Шотландии и Англии. В детстве Вернер был многообещающим пианистом и сам писал музыку. При других обстоятельствах он мог бы стать известным музыкантом или композитором. Но его судьба определилась раз и навсегда, когда мать купила Вернеру телескоп. Космос его заворожил. Он глотал одну за другой научно-фантастические книги и внимательно следил за рекордами скорости, которые в то время ставили автомобили с ракетными двигателями. Когда ему было 12 лет, Вернер устроил на людной берлинской улице переполох, прикрепив кучу петард к игрушечной тележке. Мальчик был счастлив: тележка рванула прочь как… ну, как ракета. Правда, полиции представление понравилось куда меньше. Фон Брауна отвели в участок, но позже отпустили – сказалось влияние отца. Много лет спустя он с теплотой вспоминал этот случай: «Все получилось даже лучше самых смелых моих мечтаний. Тележка бешено мчалась по улице, оставляя за собой огненный след, как комета. Когда ракеты выгорели, завершив свое искрометное представление великолепным громовым ударом, тележка величественно остановилась».
Фон Браун признавался, что никогда не был силен в математике. Но страстное желание совершенствовать ракетную технику заставило его освоить дифференциальное и интегральное исчисление, Ньютоновы законы движения и механику космических полетов. Однажды он заявил своему профессору: «Я планирую полететь на Луну»7.
Фон Браун закончил университет и получил ученую степень по физике в 1934 г. Уже тогда он много времени проводил в любительском Берлинском ракетном обществе – организации, где ракеты собирались из всевозможных запчастей и испытывались за городом, на заброшенном участке земли размером около 121 га. В том году Общество успешно испытало ракету, которая поднялась в воздух на 3,2 км.
Фон Браун мог бы стать профессором физики в каком-нибудьнемецком университете и писать ученые статьи по астрономии и астронавтике. Но дух войны витал в воздухе, и все германское общество, включая и университеты, стремительно милитаризировалось. В отличие от Роберта Годдарда, который посылал просьбу о финансировании в военное ведомство США и получил отказ, фон Браун встретил в нацистском правительстве совершенно иной прием. Артиллерийское управление германской армии, постоянно занятое поиском новых вооружений и средств ведения войны, предложило фон Брауну щедрое финансирование. Его работа воспринималась настолько серьезно, что диссертация фон Брауна была засекречена и увидела свет только в 1960 г.
По свидетельствам современников, фон Браун был совершенно аполитичен. Его страстью являлась ракетная техника, и, если власть соглашалась финансировать его исследования, он готов был это принять. Нацисты предложили ему исполнение мечты: руководство крупным проектом по созданию ракеты будущего с почти неограниченным бюджетом и возможностью привлекать к работе цвет немецкой науки. Позже фон Браун утверждал, что членство в нацистской партии и даже в СС было своего рода инициацией для всех государственных служащих, а вовсе не отражением политических взглядов. Но если ты заключаешь договор с дьяволом, то дьявол всегда возьмет свое и потребует большего.
Взлет «Фау-2»
Под руководством фон Брауна записи и наброски Циолковского и модели Годдарда превратились в ракету «Фау-2» («Оружие возмездия 2»), наводившую ужас на Лондон, Антверпен и другие города и разрушавшую целые кварталы. «Фау-2» была невероятно мощной. Ракеты Годдарда казались детскими игрушками по сравнению с ней: имея 14 м в длину и вес 12,5 т, «Фау-2» летела с умопомрачительной скоростью 1700 м/с, достигая максимальной высоты в 90 км. Она наносила удар по цели на скорости, втрое превышавшей скорость звука, и практически ничем не предупреждала о своем приближении. Дальность ее полета превышала 300 км. Противодействовать ей было невозможно, поскольку ни один человек не мог проследить за ней и ни один самолет не был в состоянии перехватить ее.
«Фау-2» поставила множество мировых рекордов и побила все прежние достижения по скорости и дальности полета ракет. Это была первая управляемая баллистическая ракета дальнего действия. Это была первая ракета, преодолевшая звуковой барьер. А самое главное, это была первая ракета в истории, которая покинула пределы атмосферы и вышла в открытый космос.
Британское правительство так растерялось при появлении невиданного нового оружия, что долгое время просто не знало, что сказать людям. Придумали историю о том, что ужасающие взрывы – результат неисправности магистральных газопроводов. Но, поскольку угроза явно исходила от неба, публика саркастически прозвала ракеты «летающими газопроводами». Только после того, как нацисты объявили о применении нового оружия против Британии, Уинстон Черчилль наконец признал, что Англию бомбардируют ракетами.
Ситуация сложилась неожиданная: казалось, что будущее Европы, да и всей западной цивилизации, теперь зависит от работы маленькой замкнутой группы ученых, возглавляемой фон Брауном.
Ужасы войны
Успех новейшего германского оружия обернулся ужасающими человеческими потерями. Запуск более 3000 «Фау-2» привел к гибели 9000 человек в странах-союзниках. Среди военнопленных в концлагерях, строивших эти ракеты, жертв было еще больше – там, по имеющимся оценкам, погибло по меньшей мере 12 000 человек. Дьявол требовал свою долю. Фон Браун слишком поздно понял, во что он влез по уши.
Посетив завод, на котором собирались его ракеты, он пришел в ужас. По словам одного из друзей, фон Браун тогда сказал: «Это ужасно. Моей первой реакцией было поговорить с одним из охранников-эсэсовцев, но меня просто грубо заткнули, сказав, чтобы я занимался своим делом, а не то окажусь в такой же полосатой робе!.. Я понял, что попытки призывать здесь кого-то к гуманности были тщетны». Другой коллега конструктора, когда его спросили, отзывался ли когда-либо фон Браун критически о лагерях смерти, ответил: «Если бы он попробовал, его, думаю, просто застрелили бы на месте».
Фон Браун стал пешкой в руках чудовища, в создании которого сам же активно участвовал. В 1944 г., когда положение Германии на фронтах стало трудным, он однажды, напившись на вечеринке, заявил, что дела у военных идут плохо. А он хочет работать над ракетной техникой и сожалеет, что приходится создавать оружие, а не космические корабли. К несчастью, на вечеринке присутствовал шпион и, когда высказывания фон Брауна дошли до властей, конструктора арестовало гестапо. Две недели он просидел в камере где-то в Польше, не зная, не закончится ли для него эта история расстрелом. Пока Гитлер решал его судьбу, к первоначальным обвинениям прибавились и другие, включая слухи о том, что он симпатизирует коммунистам. Кое-кто из руководства опасался, что он может бежать в Англию и сорвать все усилия по доработке и производству «Фау-2».
В конце концов жизнь фон Брауну спасло прямое обращение Альберта Шпеера к Гитлеру – в проекте «Фау-2» его по-прежнему считали незаменимым.
Ракета «Фау-2» обогнала свое время на несколько десятков лет, однако до ее реального боевого применения дело дошло только к концу 1944 г. – слишком поздно, чтобы предотвратить крах нацистской империи. Красная Армия и войска союзников уже подошли к Берлину.
В 1945 г. фон Браун и около сотни его сотрудников сдались союзникам. Их всех, вместе с тремя сотнями железнодорожных вагонов с ракетами «Фау-2» и частями к ним, тайно доставили в США. Это была часть операции спецслужб под кодовым названием «Скрепка»; цель всей операции состояла в вербовке бывших нацистских ученых и получении от них максимума информации.
Армия США тщательно исследовала «Фау-2», и со временем на ее основе была разработана ракета «Редстоун» (Redstone). Нацистское прошлое фон Брауна и его сотрудников «стерли», однако в высшей степени неоднозначную деятельность конструктора при нацистах ему припоминали еще долго. Комик Морт Заль охарактеризовал жизнь и карьеру фон Брауна фразой: «Моя цель – звезды, но иногда я попадаю по Лондону»8. Автор песен Том Лерер написал: «Если ракеты взлетели, кого волнует, где они упадут? Меня это не касается».
Ракеты и соперничество сверхдержав
В 1920–1930-х гг. правительство Соединенных Штатов упустило стратегическую возможность – не оценило работу, которую проводил у него под носом Годдард. После войны, уже после появления в Америке фон Брауна, оно упустило и вторую стратегическую возможность. В 1950-х гг. фон Браун и его сотрудники пребывали в забвении, ни им самим, ни их работе практически не уделяли внимания. К тому же началось межведомственное соперничество: армия США делала ракету «Редстоун» под руководством фон Брауна, военно-морской флот строил ракету «Авангард» (Vanguard), а военно-воздушные силы – ракету «Атлас».
Фон Браун, не имея непосредственных обязательств перед армией, начал проявлять интерес к научному образованию. Совместно со студией Walt Disney он создал серию мультфильмов, призванных захватить воображение будущих ракетчиков. В мультиках изображалась работа ученых над созданием ракеты, которая сможет сесть на Луне, а также строительство флотилии кораблей для полета к Марсу.
Если ракетная программа США развивалась ни шатко ни валко, то русские не зевали, их программа стремительно продвигалась вперед9. Сталин и Хрущев быстро осознали стратегическую важность космической программы и присвоили ей высший приоритет. Руководил советской программой Сергей Королев, все сведения о котором были засекречены. На протяжении долгих лет в открытых советских источниках его загадочно именовали «Главным конструктором». Русские также сумели захватить несколько германских инженеров, работавших над «Фау-2», и доставили их в Советский Союз. С их помощью Советы быстро построили серию ракет на основе проекта «Фау-2». По сути, весь ракетный арсенал США и СССР основывался на усовершенствовании или объединении конструктивных идей разных моделей «Фау-2», которые, в свою очередь, основывались на опередивших свое время моделях Годдарда.
Одной из главных целей США и СССР был запуск первого искусственного спутника Земли. Концепцию спутника первым предложил сам Исаак Ньютон. На знаменитой ныне схеме Ньютон отметил, что, если выстрелить из пушки с вершины горы, ядро упадет у ее подножия. Однако из уравнения движения следует, что чем быстрее будет двигаться ядро, тем дальше оно улетит. Если придать ядру достаточно большую скорость, оно обогнет Землю целиком и станет ее спутником. Это был исторический прорыв: если заменить ядро Луной, то выведенные Ньютоном уравнения движения смогут точно предсказать природу лунной орбиты.
В мысленном эксперименте с ядром Ньютон поставил ключевой вопрос: если яблоко падает на землю, то, может быть, и Луна тоже падает? Если пушечное ядро, огибая Землю, находится в свободном падении, то и Луна тоже, должно быть, находится в свободном падении. Эта догадка дала толчок одной из величайших научных революций в истории. Теперь Ньютон мог рассчитывать движение пушечных ядер, лун, планет – практически всего на свете. В частности, его законы движения показывают: чтобы пушечное ядро обогнуло Землю, оно должно лететь со скоростью около 30 000 км/ч.
Предвидение Ньютона воплотилось в реальность, когда Советский Союз в октябре 1957 г. запустил первый искусственный спутник Земли.
Эпоха «Спутника»
Шок, который пережили американцы при сообщении о запуске советского «Спутника-1», нельзя недооценивать. Стало ясно: Советы опередили весь мир в ракетной науке. Унижение еще более усилилось, когда два месяца спустя созданная американским ВМФ ракета «Авангард» взорвалась на старте, и это транслировалось по телевидению. Я хорошо помню, как упрашивал маму разрешения попозже лечь спать, чтобы посмотреть запуск. Мама неохотно согласилась. Я пришел в ужас, увидев, как ракета поднялась чуть более чем на метр в воздух, затем осела, завалилась и чудовищный слепящий взрыв уничтожил стартовую площадку. Было видно, как носовой обтекатель на верхушке ракеты, где находился спутник, перевернулся и исчез в огненном шаре.
Унижение продолжилось, когда через несколько месяцев и второй пуск «Авангарда» закончился неудачей. Журналисты упражнялись в остроумии, называя незадачливую ракету «хлопушник» и «капутник». Советский делегат в ООН насмешливо предлагал оказать помощь Соединенным Штатам.
Чтобы преодолеть последствия сильнейшего психологического удара по национальному престижу, руководство США приказало фон Брауну как можно быстрее запустить спутник «Эксплорер-1» (Explorer I) на ракете Juno I. Эта ракета была построена на базе ракеты «Редстоун», которая, в свою очередь, основывалась на «Фау-2».
Но у Советов, как оказалось, в рукаве было еще несколько тузов, и следующие несколько лет в заголовках новостей доминировала целая серия исторических рекордов:
В 1961 г. выдающимся достижением советской космической программы стал успешный полет Юрия Гагарина вокруг Земли на космическом корабле.
Я отчетливо помню время, когда «Спутник-1» нагнал страху на Соединенные Штаты. Как могла страна, казалось бы отстававшая от Америки, сделать такой резкий рывок вперед и обогнать нас?
Аналитики пришли к выводу, что главной причиной фиаско стали недостатки системы образования в США. Американские студенты все больше отставали от советских сверстников. Нужно было срочно приложить усилия, выделить деньги и ресурсы, провести кампанию в средствах массовой информации, чтобы новое поколение американских ученых могло конкурировать с русскими. Статьи того времени пестрели фразами вроде «Иван умеет читать, а Джонни – нет».
Именно это беспокойное время породило «поколение Спутника» – когорту молодых американцев, студентов, которые считали своим долгом стать физиками, химиками или учеными-ракетчиками.
Президент Эйзенхауэр испытывал тогда сильнейшее давление: его убеждали передать контроль над космической программой военным, отобрав его у ни на что не способных гражданских ученых. Тем не менее он сумел настоять на продолжении гражданской программы и создал НАСА – Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (National Aeronautics and Space Administration, NASA). Затем президент Джон Кеннеди, в ответ на орбитальный полет Гагарина, призвал ускорить работы и доставить человека на Луну к концу десятилетия.
Этот призыв буквально наэлектризовал всю страну. К 1966 г. на лунную программу расходовались беспрецедентные средства – 5,5 % федерального бюджета США. Как всегда, руководство НАСА продвигалось вперед с осторожностью. Технологии, необходимые для высадки на Луну, отрабатывались в последовательной серии пусков. Сначала был создан одноместный корабль «Меркьюри» (Mercury), затем двухместный «Джемини» (Gemini) и, наконец, трехместный «Аполлон» (Apollo). В НАСА тщательно прорабатывали каждый шаг, каждый этап космических экспедиций. Сначала астронавты учились покидать безопасное убежище корабля и совершали первые прогулки в открытом космосе. Затем они овладели сложным искусством стыковки своего корабля с другим кораблем. Потом астронавты облетели вокруг Луны, не высаживаясь на ее поверхность. Только после этого руководители программы, наконец, были готовы запустить астронавтов на Луну.
Фон Брауна пригласили помочь в строительстве ракеты «Сатурн-5», которой предстояло стать крупнейшей в истории. Это был поистине шедевр инженерного искусства. Ракета была на 18 м выше статуи Свободы. Она могла поднять на околоземную орбиту 14,5 т полезного груза. А самое главное, она способна была разогнать значительный полезный груз до 11,2 км/с – скорости убегания для Земли.
Естественно, в НАСА ни на минуту не забывали о вероятности фатальной катастрофы. Для выступления президента Ричарда Никсона по телевидению о результатах полета на корабле «Аполлон-11» было подготовлено два варианта речи. В одном он должен был объявить, что предприятие закончилось неудачей, а американские астронавты на Луне погибли. И надо сказать, что этот сценарий едва не реализовался. В последние секунды перед посадкой на Луну в посадочной капсуле сработал компьютерный сигнал тревоги. Нил Армстронг взял управление модулем на себя и вручную мягко посадил его на поверхность Луны. Позже анализ показал, что топлива оставалось всего лишь на 50 с работы двигателя; посадочная капсула вполне могла разбиться.
К счастью, 20 июля 1969 г. президент Никсон произнес вторую из подготовленных для него речей и поздравил астронавтов с успешной посадкой. Даже сегодня «Сатурн-5» остается единственной ракетой, которая когда-либо уносила людей за пределы околоземной орбиты. Как ни удивительно, отработала она безупречно. Из 15 построенных «Сатурнов» 13 были успешно запущены. Всего с декабря 1968 г. по декабрь 1972 г. ракета «Сатурн-5» доставила на Луну либо в окрестности Луны 24 астронавта. Астронавты программы «Аполлон» были вполне заслуженно объявлены героями – ведь они восстановили нашу национальную репутацию.
Русские тоже принимали в лунной гонке активное участие. Однако они столкнулись со множеством трудностей. В 1966 г. умер Сергей Королев, руководивший советской ракетной программой. А ракета «Н-1», которая должна была доставить советских космонавтов на Луну, потерпела четыре неудачных пуска подряд. Но, возможно, решающим фактором здесь стало то, что советская экономика, и без того перегруженная в результате холодной войны, была не в состоянии конкурировать с экономикой США, превосходившей ее по объему более чем вдвое.
Погибшие в космосе
Я помню тот момент, когда Нил Армстронг и Базз Олдрин ступили на поверхность Луны. Тогда, в июле 1969 г., я служил в армии США, проходил подготовку в пехотной части в Форт-Льюисе (штат Вашингтон) и гадал, не отправят ли меня воевать во Вьетнам. Я испытывал волнение, сознавая, что на наших глазах творится история освоения космоса, и думал, что если я погибну на поле боя, то не смогу рассказать об исторической высадке на Луну своим будущим детям.
После последнего запуска ракеты «Сатурн-5» в 1972 г. американская публика начала терять интерес к космическим делам. Общественное сознание захватили другие проблемы. Полным ходом шла война с бедностью, да и Вьетнамская война отнимала все больше и больше денег и жизней. Полеты на Луну казались излишней роскошью в то время, когда американцы голодали где-то по соседству и умирали на другом конце света.
Астрономическая стоимость космической программы США оказалась непосильной ношей. Пришла пора строить планы на постаполлоновскую эпоху. Предложений было несколько. Одно из них объявляло приоритетом запуск в космос непилотируемых ракет: этот процесс должны были возглавить военные, коммерческие и научные группы, которых доставка ценного полезного груза волновала больше, чем героические достижения. Второе предложение делало акцент на отправке в космос людей. Суровая реальность состояла в том, что убедить конгресс и налогоплательщиков дать деньги на полет астронавтов всегда проще, чем на запуск безымянного космического зонда. Как выразился один из конгрессменов, «нет героя, нет и долларов».
Обе группы мечтали о быстром и дешевом выходе в космическое пространство – в противовес дорогостоящим проектам, на подготовку которых уходили годы. Но закончилась дискуссия странным компромиссом, который не понравился никому. Было решено посылать астронавтов в космос вместе с полезным грузом.
Компромиссное решение материализовалась в виде «Спейс шаттла», космического челнока, который начал действовать в 1981 г. Этот корабль стал инженерным чудом, воплотившим все знания и продвинутые технологии, наработанные за несколько десятилетий. Он был способен доставить на орбиту около 27,5 т полезного груза и состыковаться с Международной космической станцией. В отличие от космических модулей «Аполлон», которых после использования топили в океане, космический челнок разрабатывался как частично многоразовый корабль. Он мог доставить на орбиту семерых астронавтов, а затем вернуть их домой, как самолет. И со временем космические путешествия начали казаться рутинным занятием. Американцы привыкли видеть, как астронавты машут им руками во время очередного визита на Международную космическую станцию, которая сама по себе тоже была компромиссным решением, позволившим распределить расходы на множество стран.
Шло время, и у космических челноков выявились проблемы. Первоначально предполагалось, что «Спейс шаттл» позволит экономить средства, однако стоимость полетов стала резко расти: каждый пуск обходился примерно в $1 млрд. Доставка одного килограмма груза «шаттлом» на околоземную орбиту стоила примерно $60 000, что почти вчетверо превышало стоимость доставки другими системами. Компании-заказчики жаловались, что спутники намного дешевле выводить на орбиту обычными ракетами. С другой стороны, «Спейс шаттлы» летали нечасто, между пусками проходил не один месяц. Даже ВВС США были разочарованы и недовольны этими ограничениями; со временем они отказались от некоторых запланированных запусков космического челнока в пользу других вариантов.
У физика Фримена Дайсона из Института перспективных исследований в Принстоне (штат Нью-Джерси) имеется собственное мнение о том, почему космический челнок не оправдал ожиданий. Если обратиться к истории железных дорог, то можно увидеть, что первоначально это был перевозчик всего на свете – от коммерческих грузов до людей. У грузового и пассажирского транспорта были разные приоритеты и проблемы, и со временем они разделились на две отрасли, повысив эффективность перевозок и снизив их стоимость. В случае с космическим челноком такого разделения не произошло – он так и остался точкой конфликта грузовых и пассажирских интересов. В итоге он оказался никому не нужен, особенно с учетом высокой цены и долгого ожидания запуска.
Ситуация еще более ухудшилась после трагедий многоразовых космических кораблей «Челленджер» и «Колумбия», унесших жизни 14 отважных астронавтов. Эти катастрофы сильно ослабили общественную, частную и правительственную поддержку космической программы. Как писали физики Джеймс и Грегори Бенфорды, «конгресс начал рассматривать НАСА в первую очередь как производственную программу, а не как исследовательское агентство». Они отмечали также, что «на космической станции осуществлялось очень немного полезных научных программ… Станция обеспечивала и исследовала временное пребывание, а не жизнь в космосе»10.
Ветер холодной войны перестал дуть в паруса космической программы, и она быстро потеряла и финансирование, и темп. Когда-то, в золотую пору программы «Аполлон», ходила шутка о том, что люди из НАСА могли явиться в конгресс и произнести всего одно слово: «Россия!» – и конгрессмены тут же вытащили бы чековую книжку и спросили: «Сколько?» Но дни эти давно миновали. Как заметил Айзек Азимов, мы вели в счете, но вдруг собрали вещички и пошли домой.
В 2011 г. события вступили в решающую стадию. Президент Барак Обама одним широким жестом ликвидировал программу «Созвездие» (Constellation), готовившую замену космических челноков, а заодно лунную и марсианскую программы НАСА. Чтобы облегчить налоговую нагрузку на избирателей, он прекратил финансирование этих программ в надежде на то, что эстафету примет частный сектор. 20 000 ветеранов НАСА во Флориде, лучшие умы космической программы, в одночасье оказались не у дел. Величайшим унижением стало то, что американские астронавты, несколько десятилетий шагавшие вровень с русскими космонавтами, теперь вынуждены были летать пассажирами на российских ракетах-носителях. Расцвет исследований космоса, казалось, был позади, дела шли хуже некуда.
Основную проблему можно было выразить одним коротким словом: цена. Доставка 0,5 кг груза на околоземную орбиту стоит более $10 000. Представьте себе, что ваше тело сделано из чистого золота – примерно столько стоило бы доставить вас на орбиту. Доставка полукилограмма груза на Луну вполне может стоить $100 000, а на Марс – уже более $1 млн. Доставка астронавтов на Марс, по оценкам, обойдется в $400–500 млрд.
Я живу в Нью-Йорке. Для меня день, когда по улицам моего города провезли космический челнок, был печальным. Хотя толпы любопытных стояли вдоль всего маршрута и радостно приветствовали «Спейс шаттл», его появление знаменовало конец целой эпохи. Многоразовый космический корабль поставили на вечный прикол на Сорок второй улице. Замены ему на тот момент не было, и это рождало чувство, что мы отказываемся от науки, а значит, и от будущего.
Оглядываясь сегодня на эти мрачные дни, я думаю о том, что произошло в XV в. с великим морским флотом Китая. В те времена китайцы были бесспорными мировыми лидерами в науке и изобретениях. Это они изобрели порох, компас и печатный станок. Никто не смог бы соперничать с их военной мощью и уровнем технического развития. Европу тогда раздирали религиозные войны, она вязла в трясине инквизиции, суеверий и судов над ведьмами, а великие ученые и мечтатели вроде Джордано Бруно или Галилея могли попасть на костер либо под домашний арест, их труды запрещались. Европа в то время заимствовала технологии у других, она не была источником инноваций.
Тогда по приказу китайского императора была предпринята крупнейшая в истории морская экспедиция под руководством адмирала Чжэн Хэ. В ней приняли участие 28 000 моряков на 317 огромных кораблях, каждый из которых был впятеро длиннее кораблей Колумба. В последующие четыре сотни лет мир не увидел ничего даже отдаленно похожего на эту армаду. Не один, а семь раз с 1405 по 1433 г. адмирал Чжэн Хэ плавал по всему известному в те времена китайцам океану, обходил страны Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока и доходил до Восточной Африки. Сохранились древние китайские гравюры на дереве, на которых странных животных, таких как жирафы, которых адмирал привез из своих путешествий, проводят перед императорским двором.
Но, когда император умер, новые правители Поднебесной решили, что им не нужны исследования и открытия. Они даже издали закон, согласно которому житель Китая не имел права владеть лодкой. Огромный флот был частью сожжен, частью оставлен гнить в забвении, а записи о великих плаваниях адмирала Чжэн Хэ засекречены и запрещены. Последующие императоры оборвали всякие контакты Китая с внешним миром. Империя замкнулась в себе, и со временем эта политика привела к катастрофическим результатам – к упадку, полному краху, хаосу, гражданской войне и революции.
Иногда я думаю о том, как легко страна может попасть в ловушку благодушия и самодовольства, успокоиться – и всего через несколько десятилетий рухнуть. Наука – двигатель процветания, и государства, которые поворачиваются спиной к науке и технике, со временем попадают в порочный круг, выхода из которого нет.
Так и космическая программа США закономерно пришла в упадок. Но сегодня политические и экономические обстоятельства меняются. На передний план выходят новые действующие лица, отважных астронавтов сменяют энергичные предприниматели. Двигатели этого возрождения – новые идеи, новая энергия и новое финансирование. Но сможет ли союз частных капиталов и правительственного финансирования замостить для нас путь в небеса?
Свет, которым рожден мой дух, – это твой свет. Ты – мое солнце, моя луна и все мои звезды.
Эдвард Каммингс
2. Новый золотой век космических путешествий
В отличие от морского флота Китая, упадок которого продолжался несколько столетий, пилотируемая космическая программа США переживает возрождение. Этому способствуют несколько факторов.
Один из них – приток финансовых ресурсов от предпринимателей Кремниевой долины. Редкая комбинация частных средств и государственного финансирования сделала возможным создание нового поколения ракет. В то же время снижение стоимости полетов позволяет реализовать различные космические проекты. Общественная поддержка космических путешествий также возрастает: американцы вновь с удовольствием смотрят голливудские фильмы и документальные телефильмы о космических исследованиях.
И что самое важное, у НАСА наконец вновь имеется цель. 8 октября 2015 г., после многих лет путаницы, неопределенности и нерешительности, объявлено о долгосрочном проекте– отправить астронавтов на Марс. В НАСА составлен примерный список промежуточных задач, и первым пунктом в нем стоит возвращение на Луну. На этот раз, однако, спутник Земли должен стать не конечным пунктом путешествия, а ступенькой к более амбициозной цели – к Марсу. Оставшееся на некоторое время без руля и ветрил космическое агентство внезапно получило маршрут движения. Аналитики приветствовали это решение и сделали вывод: НАСА вновь претендует на лидерство в исследовании космоса.
Так что поговорим для начала о нашей ближайшей небесной соседке – Луне, а затем двинемся дальше в открытый космос.
Возвращение на Луну
Планы НАСА по возвращению на Луну связаны с комплексом, состоящим из тяжелой ракеты-носителя СЛС (SLS) и корабля «Орион». В начале 2010-х гг. президент Обама урезал бюджет космического агентства, и программа «Созвездие» была закрыта. Однако в НАСА сумели сохранить «Орион» и СЛС, тогда существовавшие только в планах. Эти две разработки, изначально предназначавшиеся для разных проектов, стали основой новой системы запуска.
Предполагается, что в середине 2020-х гг. ракета СЛС с кораблем «Орион» совершит пилотируемый облет Луны.
Первое, что замечаешь, взглянув на проект системы СЛС/«Орион»: она совершенно не похожа на своего предшественника – «Спейс шаттл». Зато весьма напоминает ракету «Сатурн-5», которая около 45 лет пребывала в статусе музейного экспоната, но сейчас, в определенном смысле, возрождается под именем СЛС. Даже вид системы СЛС/«Орион» вызывает ощущение дежавю.
Ракета СЛС способна нести 130 т полезного груза. Ее высота – 117 м – также вполне сравнима с высотой «Сатурна-5». Астронавты находятся не в корабле на боку ракеты-носителя, как это было на «Спейс шаттлах», а в капсуле, помещенной на верхушке ракеты-носителя, подобно кораблю «Аполлон» на «Сатурн-5». Система СЛС/«Орион», в отличие от челнока, предназначена для доставки преимущественно астронавтов, а не груза. Кроме того, эта система разработана не просто для выхода на околоземную орбиту – она, как и «Сатурн-5», разработана для достижения второй космической скорости – скорости убегания.
Корабль «Орион» рассчитан на экипаж из 4–6 астронавтов, тогда как его предшественник «Аполлон» на «Сатурне-5» вмещал только троих. И все же внутри нового космического корабля НАСА по-прежнему тесно: диаметр – около 4,88 м, высота – около 3,35 м. Весит «Орион» почти 26 т. (Полеты в космос – дело дорогое, и в астронавты всегда отбирали людей небольшого роста. Рост Юрия Гагарина, к примеру, составлял всего 157 см.)
Зато, в отличие от ракеты «Сатурн-5», которую сконструировали специально для полета на Луну, СЛС сможет доставить нас почти куда угодно – на Луну, на астероиды и даже на Марс.
А еще у нас есть миллиардеры, которым надоел неспешный темп работы бюрократии НАСА и которые хотят отправить астронавтов к Луне и к Марсу весьма быстро. Этих молодых предпринимателей привлекла идея бывшего президента Обамы, который предложил частному капиталу взяться за пилотируемую космическую программу.
Защитники НАСА утверждают, что неторопливость и осторожность космического агентства диктуются соображениями безопасности. По итогам слушаний в конгрессе США, которые состоялись после двух катастроф космического челнока и вызванного этим сильного общественного недовольства, космическая программа едва не была закрыта полностью. Еще одна катастрофа сравнимого масштаба могла бы положить ей конец. Сторонники агентства также напоминают, что в 1990-е гг. руководство НАСА пыталось взять на вооружение девиз «Быстрее, лучше, дешевле». Однако, когда в 1993 г. перед выходом на околомарсианскую орбиту из-за трещины в топливной системе была потеряна автоматическая межпланетная станция Mars Observer, многие считали, что НАСА, возможно, поспешило с запуском. После этого лозунг «Быстрее, лучше, дешевле» был благополучно забыт.
Так что приходится искать тонкое равновесие между горячими головами, которые стремятся к ускорению темпов, и бюрократами, которых больше всего заботит безопасность и цена неудачи.
Тем не менее дело борьбы за скоростные методы в реализации космической программы возглавили два миллиардера: Джефф Безос, основатель компании Amazon и владелец газеты The Washington Post, и Илон Маск, основатель PayPal, Tesla и SpaceX.
Пресса уже окрестила этот процесс «битвой миллиардеров».
И Безос, и Маск хотели бы вывести человечество в космические просторы. Если Маск думает о дальней перспективе и нацеливается на Марс, то Безос выбрал себе более близкую во времени цель – полет на Луну.
К Луне
Люди отовсюду съехались во Флориду, надеясь хотя бы одним глазком увидеть первую капсулу, которая должна доставить людей на Луну. Лунная капсула унесет трех астронавтов в путешествие, равного которому не было в истории человечества, – на встречу с другим небесным телом. Путь к Луне займет около трех суток, и астронавты на себе испытают то, с чем человек прежде не сталкивался и чего никогда не ощущал, например невесомость. После героического путешествия корабль благополучно приводнится в Тихий океан, а его пассажиры прославятся как герои, открывающие новую главу мировой истории.
Все расчеты по полету делались с использованием Ньютоновых законов движения, что гарантировало точное следование по маршруту. Но есть одна проблема. Все это описано Жюлем Верном в его пророческом романе «С Земли на Луну», опубликованном в 1865 г., сразу после окончания Гражданской войны в США. Правда, организаторами лунного запуска в нем были не ученые НАСА, а члены Балтиморского Пушечного клуба.
Поистине замечательно, что Жюль Верн, писавший свой роман более чем за 100 лет до первой высадки на Луну, сумел предсказать так много черт реального лунного проекта. Он верно описал размеры капсулы, место старта и метод приземления при возвращении с Луны.
Единственным серьезным недостатком описанного им проекта было то, что для отправки астронавтов на Луну использовалась гигантская пушка. Внезапное ускорение при выстреле примерно в 20 000 раз превышало бы силу земного тяготения и, конечно, убило бы всех, кто находился внутри корабля. Однако в те времена, до появления ракет на жидком топливе, Верн просто не мог как-то иначе представить себе это путешествие.
Писатель также постулировал, что астронавты потеряют вес, но лишь в одной точке – ровно в середине пути между Луной и Землей. Он не догадался, что астронавты должны находиться в состоянии невесомости все время полета. (Даже сегодня комментаторы иногда делают ошибку, говоря, что невесомость объясняется отсутствием в космосе гравитации. На самом деле гравитации в космосе сколько угодно – по крайней мере, ее вполне хватает, чтобы заставить планеты-гиганты вроде Юпитера обращаться вокруг Солнца. Ощущение невесомости вызвано тем, что все вокруг падает с одинаковой скоростью. Поэтому астронавт внутри космического корабля будет падать ровно с той же скоростью, что и его корабль, и ему будет казаться, что тяготение просто выключили.)
Сегодня топливом новой космической гонки становятся не личные состояния членов балтиморского Пушечного клуба, а чековые книжки магнатов, таких как Джефф Безос. Не дожидаясь, пока НАСА позволит ему построить ракеты и стартовый комплекс за доллары налогоплательщиков, он основал собственную компанию Blue Origin и строит все сам, на собственные карманные деньги.
Этап планирования этот проект уже прошел. Компания Blue Origin изготовила собственную ракетную систему, получившую название «Нью Шепард» (New Shepard, в честь Алана Шепарда – первого американца, поднявшегося в космос на суборбитальной ракете). Мало того, ракета «Нью Шепард» стала первой суборбитальной ракетой в мире, успешно приземлившейся на собственную стартовую площадку (опередив в этом «Фалкон» Илона Маска – первую допускающую повторное использование ракету, которая доставила полезный груз на орбиту Земли).
«Нью Шепард» Безоса – ракета всего лишь суборбитальная. Это означает, что она не может разогнаться до 8000 м/с и выйти на околоземную орбиту. Она не понесет нас к Луне, но, возможно, станет первой американской ракетой, которая вполне буднично предложит обычным туристам заглянуть в космос. Не так давно компания Blue Origin выпустила видео о том, как будет выглядеть путешествие на их ракете; когда его смотришь, кажется, что находишься в каюте первого класса шикарного круизного лайнера. Входя в космическую капсулу, сразу же поражаешься ее просторности. В отличие от тесных помещений, которые часто видишь в научно-фантастических фильмах, места вполне достаточно для вас и пятерых других туристов. Вас усаживают в роскошные кресла с откидными спинками и пристегивают. Вы можете смотреть в большие окна размером приблизительно 75×100 см. «У нас каждое место – у окна, а окна наши самые большие, какие когда-либо бывали в космосе», – утверждает Безос. Космические путешествия никогда не были столь роскошными.
Поскольку предстоит путешествие в открытый космос, необходимо принять некоторые меры предосторожности. За два дня до назначенной даты вы прилетаете в Ван-Хорн в Техасе, где расположен стартовый комплекс Blue Origin. Там вы знакомитесь со своими попутчиками и выслушиваете короткие обращения членов экипажа. Поскольку полет полностью автоматизирован, обслуживающий персонал с туристами не летит.
Ваш инструктор объясняет, что все путешествие займет 11 минут. За это время вы взмоете вертикально вверх на высоту 100 км, достигнув условной границы между атмосферой и открытым космосом. Небо за окнами сменит цвет на темно-фиолетовый, затем станет чернильно-черным. Когда капсула поднимется в открытый космос, вы сможете отстегнуться от кресла и испытаете четыре минуты невесомости. В это время вы сможете плавать в воздухе, освободившись от сдерживающих пут земного притяжения.
Некоторые люди, попадая в невесомость, испытывают тошноту и рвоту, но это не создаст никому проблем, утверждает инструктор, ввиду скоротечности полета.
(Для тренировки астронавтов НАСА использует «рвотную комету» – самолет KC-135, способный имитировать невесомость. Он круто набирает высоту, затем внезапно отключает двигатели, и астронавты в течение примерно 30 с находятся в состоянии свободного падения. Когда двигатели включаются, астронавты падают на пол. В ходе тренировок этот процесс может повторяться на протяжении нескольких часов.)
В конце путешествия капсула «Нью Шепард» выпускает парашюты, а затем мягко приземляется, включив собственные ракетные двигатели. Плюхаться в океан уже не нужно. И, в отличие от «Спейс шаттлов», у этого корабля имеется система спасения, так что, если во время старта произойдет что-то непредвиденное, экипаж катапультируется. (На «Челленджере» не было системы катапультирования, и семеро астронавтов во время неудачного запуска погибли.)
Компания Blue Origin не объявляла еще цен на свое суборбитальное путешествие, но аналитики считают, что первое время билет мог бы стоить $200 000. Именно такова цена путешествия на конкурирующей суборбитальной ракете, которую разрабатывает Ричард Брэнсон – еще один миллиардер, оставивший свой след в анналах космических исследований. Брэнсон – основатель компаний Virgin Atlantic Airways и Virgin Galactic – финансирует работу аэрокосмического инженера Берта Рутана. В 2004 г. корабль Рутана SpaceShipOne попал в заголовки мировых СМИ, когда выиграл Ansari X Prize и получил оговоренный приз в $10 млн. SpaceShipOne сумел подняться до границы атмосферы (около 112,5 км) над поверхностью Земли. И хотя SpaceShipTwo в 2014 г. потерпел катастрофу во время полета над пустыней Мохаве, Брэнсон планирует продолжать испытания ракеты и сделать космический туризм реальностью. Время покажет, какая из этих ракетных систем добьется коммерческого успеха, однако ясно, что космический туризм уже здесь и никуда теперь не денется.
Безос готовит еще одну ракету, которая будет отправлять людей на орбиту Земли и, возможно, окажется более полезной с практической точки зрения. Это ракета «Нью Гленн» (New Glenn, названная в честь астронавта Джона Гленна – первого американского астронавта, облетевшего земной шар). Ракета будет иметь до трех ступеней, высота ее составит 95 м, а тяга, которую она будет создавать, достигнет 1700 т. Хотя «Нью Гленн» еще только проектируется, Безос, судя по его намекам, готовит еще более продвинутую ракету, которую собирается назвать «Нью Армстронг» (New Armstrong); не исключено, что она покинет орбиту Земли и доберется до Луны.
Еще ребенком Безос мечтал отправиться в дальний космос с экипажем корабля Enterprise из «Звездного пути». Он принимал участие в ролевых играх по сюжету телесериала и брал на себя роли Спока, капитана Кирка и даже компьютера. К окончанию школы, когда большинство подростков мечтают купить первую машину или произвести фурор на выпускном вечере, Безос составил себе план-мечту на следующее столетие. Он говорит, что хотел строить космические гостиницы, парки развлечений, яхты и колонии для двух-трех миллионов человек, живущих и работающих на околоземной орбите.
«Главная идея – сохранить Землю… Цель – получить возможность эвакуировать людей. Планета должна стать парком», – писал Безос11. По его мнению, загрязняющее земную среду промышленное производство можно было бы, в принципе, перенести в космос.
Подкрепляя слова делами, как и надлежит взрослому ответственному человеку, Безос основал компанию Blue Origin, чтобы строить ракеты будущего. Название его ракетной компании отсылает к нашей планете, которая из космоса выглядит как яркий голубой шар. Цель компании – «начать космические путешествия для частных клиентов. Концепция предельно проста, – говорит Безос. – Мы хотим видеть миллионы людей, живущих и работающих в космосе. Скорее всего, реализация нашей цели займет длительное время, но мне кажется, что это достойная цель».
В 2017 г. Безос объявил, что в ближайших планах Blue Origin – организация системы доставки грузов на Луну. Он представляет себе масштабную организацию, которая, в точности как Amazon, одним нажатием кнопки рассылающая товары в разные концы света, могла бы доставлять технику, строительные материалы и все необходимое на Луну. И тогда Луна станет уже не одиноким форпостом землян в космосе, а оживленным промышленным и торговым центром с постоянными обитаемыми базами и налаженным производством.
В большинстве случаев отвлеченные разговоры о городах на Луне можно смело отбрасывать как бредни чудака. Но, когда эти идеи исходят от одного из богатейших людей на Земле, имеющего возможность влиять и на президента, и на конгресс, и на редакторов The Washington Post, их стоит воспринимать серьезно.
Постоянная лунная база
Чтобы найти инвесторов для этих амбициозных проектов, астрономы изучают технические и экономические аспекты добычи полезных ископаемых на Луне. Пока выявлены по крайней мере три ресурса, которые потенциально могут быть интересны.
В 1990-е гг. ученые были впечатлены неожиданным открытием: оказалось, что на Южном полюсе Луны имеется лед в больших количествах12. Там, в тени высоких горных цепей и кратеров, стоит вечная тьма и температура не поднимается выше точки замерзания. Происхождение этого льда связано, вероятно, с попаданием в Луну комет в ранний период существования Солнечной системы. Кометы состоят в основном изо льда, пыли и камня, так что любая комета, столкнувшаяся с Луной в одном из затененных мест, должна была оставить после себя залежи воды и льда. Воду, в свою очередь, можно превратить в кислород и водород (которые, так уж совпало, являются основными компонентами ракетного топлива). Это обстоятельство могло бы сделать Луну космической заправочной станцией. Кроме того, воду можно очистить и использовать для питья или для создания небольших сельскохозяйственных ферм.
Между прочим, группа предпринимателей из Кремниевой долины создала компанию Moon Express, цель которой – начать процесс разработки лунного льда. Это первая компания, получившая от правительства разрешение на подобную коммерческую деятельность. Правда, предварительная задача Moon Express выглядит скромнее. Компания начнет с того, что доставит на Луну беспилотный вездеход, который займется систематическим поиском залежей льда. Moon Express уже собрала достаточно денег частных инвесторов для выполнения этой задачи. А если с финансированием все хорошо, значит, процесс пошел.
Ученые изучили лунный грунт, доставленный астронавтами в ходе программы «Аполлон», и считают, что на спутнике Земли, возможно, имеются и другие экономически значимые элементы. Для электронной промышленности необходимы редкоземельные элементы, но на Земле их запасы находятся в основном в Китае. Притом что Китаю принадлежит около 30 % всех мировых запасов, там производят до 97 % всего их количества, которое поступает на рынок. Несколько лет назад чуть не вспыхнула международная торговая война, когда китайские поставщики вдруг подняли цены и мир внезапно осознал, что Китай обладает чуть ли не монополией на этот ресурс. Согласно оценкам, в ближайшие десятилетия запасы начнут истощаться и перед нами встанет насущная задача поиска альтернативных источников. Редкоземельные элементы обнаружены в лунных породах, так что, возможно, когда-нибудь добывать их на Луне станет выгодно. Еще один важный элемент для электронной промышленности – платина: доказано наличие на Луне платиноподобных минералов, принесенных туда, возможно, древними астероидами.
Наконец, существует возможность найти на Луне гелий-3, который очень пригодился бы нам в термоядерных реакторах. Когда атомы водорода объединяются при чрезвычайно высоких температурах, ядра водорода сливаются, образуя ядра гелия и выделяя большое количество энергии и тепла. Однако этот процесс порождает также огромное количество нейтронов, которые представляют опасность. Преимущество процесса синтеза с участием гелия-3 заключается в том, что в нем вместо нейтронов высвобождается дополнительный протон, с которым проще иметь дело и который отклоняется электромагнитными полями. Реакторы термоядерного синтеза все еще находятся исключительно на экспериментальной стадии, и до сих пор на Земле не работает ни один такой реактор. Но если их разработка будет успешно завершена, то в будущем можно было бы добывать на Луне гелий-3 и снабжать этим топливом термоядерные реакторы.
В связи с этим возникает тонкий вопрос: а законно ли добывать на Луне полезные ископаемые? Можно ли там хотя бы застолбить участок?
В 1967 г. Соединенные Штаты, Советский Союз и многие другие страны подписали Договор о космосе, который запрещал отдельным государствам объявлять своими небесные тела, такие как Луна. Он запрещал доставлять ядерное оружие на орбиту Земли, размещать его на Луне и где угодно еще в космосе. Испытание таких вооружений также было запрещено. Договор о космосе – первый и единственный в своем роде – действует по сей день.
Однако в этом договоре ничего не говорится о частном владении территориями или об использовании Луны в коммерческих целях – вероятно, потому, что его авторы не предполагали, что частные лица когда-либо смогут достичь Луны. Однако уже скоро с этими вопросами так или иначе придется разбираться, особенно теперь, когда стоимость космических путешествий падает, а миллиардеры хотят коммерциализировать космос.
Китайцы объявили, что к 2025 г. доставят своих астронавтов на Луну13. Если они просто воткнут в лунный грунт свой национальный флаг, это будет по большей части символический жест. Но что произойдет, если некий частный предприниматель, добравшись до Луны на собственном частном космическом корабле, застолбит там участок?
Когда эти технические и политические вопросы будут решены, перед нами встанет новый вопрос: какой будет реальная жизнь на Луне?
Жизнь на Луне
Во времена первой лунной программы американские астронавты оставались на Луне очень недолго, как правило, несколько дней. Чтобы создать первые населенные форпосты, астронавтам будущего придется находиться на спутнике Земли продолжительное время. Им потребуется приспосабливаться к лунным условиям, которые, как вы понимаете, сильно отличаются от земных.
Одним из факторов, ограничивающих время пребывания астронавтов на Луне, является доступность пищи, воды и воздуха14. Припасов, которые они смогут привезти с Земли, хватит в лучшем случае на несколько недель. Вначале все это придется доставлять на Луну кораблями с Земли. Для снабжения станции автоматические лунные зонды с Земли придется отправлять каждые несколько недель. Эти поставки станут для астронавтов своеобразной линией жизни, и любой инцидент с их участием будет порождать чрезвычайную ситуацию. Когда лунная база, хотя бы временная, будет построена, одной из первых задач для астронавтов станет налаживание производства кислорода для дыхания и для выращивания урожая. Существует множество химических реакций, в ходе которых выделяется кислород, а присутствие воды гарантирует, что у них всегда будет некоторый запас. Эту же воду можно будет использовать в гидропонных огородах.
К счастью, связь с Землей не будет представлять особой проблемы, поскольку радиосигналу с Луны требуется чуть больше секунды, чтобы преодолеть расстояние до Земли. Если не обращать внимания на небольшую задержку, то астронавты смогут пользоваться своими сотовыми телефонами и интернетом ровно так же, как они это делают на Земле. Так что они смогут поддерживать постоянный контакт с близкими и получать последние новости.
Первоначально астронавтам придется жить в своей космической капсуле. Выйдя наружу, они первым делом должны будут установить большие солнечные панели, чтобы собирать энергию. Поскольку один лунный день примерно соответствует земному месяцу, в любом месте на Луне две недели непрерывно светит Солнце, а затем на две недели опускается тьма. Поэтому потребуются большие комплексы аккумуляторов, в которых можно будет запасать электроэнергию, собранную на протяжении двухнедельного «дня», чтобы затем использовать ее в течение долгой «ночи».
Оказавшись на Луне, астронавты, возможно, захотят добраться до ее полюсов, и тому есть несколько причин. В полярных регионах спутника высятся горные пики и никогда не заходит Солнце. Расположив там солнечные фермы с тысячами солнечных панелей, можно обеспечить надежное и бесперебойное снабжение лунной колонии энергией. Возможно, астронавты сумеют также использовать залежи льда в тени крупных горных цепей и кратеров на полюсах. По оценкам, запасы льда в северной полярной области Луны составляют 600 млн т и представляют собой слой в несколько метров толщиной. Как только удастся наладить его добычу, значительную часть льда можно будет собрать и очистить для пищевых целей, а также в качестве источника кислорода. Можно также использовать лунный грунт – реголит, в котором содержится на удивление много кислорода. Если быть более точным, то на каждую тонну реголита приходится около 100 кг кислорода.
На Луне астронавтам придется приспособиться к низкой гравитации. По теории всемирного тяготения Ньютона, сила тяготения на планете пропорциональна ее массе, так что на Луне сила тяготения вшестеро меньше, чем на Земле.
Это означает, что передвигать тяжелую технику на Луне будет намного проще, чем на Земле. И скорость убегания для Луны намного ниже, так что ракеты смогут и садиться на Луну, и взлетать с нее без особого труда. В будущем весьма вероятно возникновение оживленного лунного космического порта.
Но нашим астронавтам придется заново разучивать простые движения и заново, к примеру, учиться ходить. Астронавты «Аполлона» на собственном опыте убедились, что ходьба по Луне – непростое занятие и без привычки получается плохо. Они выяснили, что из-за низкого тяготения самый быстрый способ передвижения на Луне – прыжки, и контролировать свое передвижение при этом заметно проще.
Еще один фактор, с которым придется считаться, – это радиация. Для экспедиций длительностью в несколько суток она не представляет серьезной проблемы. Но если астронавты будут жить на Луне месяцами, то суммарная накопленная доза радиации сможет заметно повысить для них риск заболевания раком. (Простые медицинские проблемы на Луне легко могут обернуться смертельно опасными ситуациями. Всем астронавтам придется учиться оказанию первой помощи, а некоторые из них, вероятно, будут дипломированными врачами. Если у астронавта на Луне случится, к примеру, сердечный приступ или приступ аппендицита, врач, скорее всего, организует телеконференцию со специалистами на Земле и те, возможно, дистанционно проведут хирургическую операцию. Вероятно, для различных микрохирургических операций можно будет использовать роботов, управлять которыми станут квалифицированные специалисты на Земле.) Астронавтам понадобятся ежедневные «прогнозы погоды» от астрономов, отслеживающих солнечную активность. Вместо гроз и ураганов в этих прогнозах будут содержаться предупреждения о мощных солнечных вспышках, посылающих в пространство выбросы радиации. Если на Солнце произойдет гигантский выброс, астронавты получат команду спрятаться в убежище. После такого предупреждения у них будет несколько часов, прежде чем на базу обрушится смертельный дождь заряженных элементарных частиц.
Один из способов защититься от радиации на Луне – вырыть подземную базу в одной из лунных лавовых трубок. Среди этих остатков древних вулканов встречаются огромные – до 300 м в поперечнике; они способны обеспечить достаточную защиту от радиации со стороны Солнца и открытого космоса.
Когда астронавты возведут временное убежище, с Земли придется переправить на Луну большое количество техники и материалов, чтобы начать строительство постоянной базы. Возможно, этот процесс можно будет ускорить, если доставлять на Луну готовые сборные или надувные секции. (В фильме Стэнли Кубрика «2001 год: Космическая одиссея» астронавты живут на громадных подземных лунных базах, оборудованных посадочными площадками для ракет и служащих штаб-квартирой для координации горнорудных операций на Луне. Возможно, первая наша лунная штаб-квартира будет не настолько совершенной, но и вариант, показанный в фильме, вполне может быть реализован через некоторое время.)
При строительстве таких подземных баз неизбежно потребуются мощности для производства и ремонта запчастей машин. Хотя сами машины, бульдозеры, краны и другую технику придется доставлять с Земли, часть деталей можно производить на месте на 3D-принтерах.
В идеале на Луне следовало бы организовать мастерские по обработке металла. Домну там построить невозможно, поскольку нет воздуха для ее работы. Однако эксперименты показывают, что лунный реголит можно разогревать при помощи микроволн, плавить и спекать в твердые, как камень, керамические кирпичи, которые могут стать основным строительным материалом для лунной базы. В принципе, всю инфраструктуру можно строить из реголита, который будет прямо под ногами.
Лунный отдых и развлечения
Наконец, астронавтам понадобятся развлечения – способ «выпустить пар» и расслабиться. Когда в 1971 г. на поверхность спутника сел «Аполлон-14», служащие НАСА не знали, что Алан Шепард втайне пронес на борт космического корабля клюшку для гольфа. Все очень удивились, когда он вытащил свою клюшку и отправил мячик метров на 200 по лунной поверхности. Это был первый и пока единственный раз, когда человек занимался спортом на поверхности другого небесного тела. (Копия этой клюшки сейчас хранится в Национальном музее авиации и космонавтики Смитсоновского института в Вашингтоне.) Спорт на Луне станет, вероятно, занятием специфическим из-за отсутствия воздуха и низкой гравитации. И все же это будет арена для новых замечательных достижений.
В ходе экспедиций «Аполлон-15, 16 и 17» астронавты ездили по пыльной поверхности спутника Земли на лунных вездеходах, «накатывая» от 27 до 50 км. Это были не просто важные научные экспедиции, но и увлекательные приключения: астронавты осматривали величественные кратеры и горные цепи и понимали, что они первыми в истории человечества видят эти поразительные панорамы. В будущем езда на вездеходах-багги не только поможет исследовать поверхность Луны, устанавливать солнечные панели и сооружать первую станцию, но и станет, вероятно, одним из любимых видов отдыха. И вероятно, когда-нибудь на Луне пройдут первые гонки.
Когда люди откроют для себя чудеса лунного ландшафта, туризм и исследование окрестностей также могут стать популярным видом отдыха. При пониженной лунной гравитации пешеходы сумеют, не уставая, проходить большие расстояния. Скалолазы смогут почти без усилий спускаться по веревкам с крутых горных склонов. С верхушек кратеров и горных цепей они увидят невероятные панорамы лунного ландшафта, не тронутые буквально в течение миллиардов лет. Спелеологи будут счастливы провести подробную разведку сети гигантских лавовых трубок, пронизывающих Луну во всех направлениях. На Земле пещеры образованы в основном подземными реками. На Луне нет заметных скоплений жидкой воды, и лунные пещеры, в отличие от земных, проделаны в горных породах жидкими лавовыми потоками. Они должны выглядеть совершенно иначе, чем те полости, которые мы знаем на Земле.
Откуда взялась Луна?
Когда будут успешно налажены добыча и использование ресурсов, обнаруженных на поверхности Луны, мы неизбежно устремим свой взгляд к богатствам, скрывающимся под этой поверхностью. Их открытие изменит экономический ландшафт, как изменило его случайное и неожиданное открытие на Земле нефти. Но что представляют собой недра Луны? Чтобы ответить на этот вопрос, придется задуматься над тем, откуда она вообще взялась.
Над происхождением спутника нашей планеты человечество ломает голову уже не одну тысячу лет. Поскольку Луна – королева ночи, ее часто связывали с тьмой или безумием. С Луной же связано и слово «лунатик».
Древних моряков поражала и завораживала связь между Луной, приливами и Солнцем. Еще в незапамятные времена люди поняли, что между этими тремя явлениями существует тесная корреляция.
Древние обратили внимание и на другой любопытный факт: всегда и везде мы видим лишь одну сторону Луны. Припомните случаи, когда вам приходилось внимательно вглядываться в Луну, и поймете, что вы всегда видели одну и ту же картину.
Детали этой головоломки сложил в понятную картину Исаак Ньютон. Он рассчитал, что приливы вызываются гравитационным действием Луны и Солнца на земные океаны. Согласно его теории, Земля тоже вызывает на Луне приливные эффекты, но, поскольку Луна каменная и океанов на ней нет, Земля ее, по существу, просто сдавливает, и эта сдавливающая сила создает на ней небольшое вздутие. Когда-то Луна кувыркалась, обращаясь по орбите вокруг Земли. Однако постепенно эти кувырки замедлились, и в конечном итоге вращение Луны оказалось замкнуто на Землю, так что теперь на нас смотрит всегда одна и та же сторона нашего спутника. Это явление называется приливным захватом и наблюдается всюду в Солнечной системе, в том числе у лун Юпитера и Сатурна.
Воспользовавшись законами Ньютона, можно определить также, что в результате действия приливных сил Луна медленно по спирали удаляется от Земли. Радиус ее орбиты каждый год увеличивается примерно на 4 см. Это можно измерить при помощи лазерного луча: луч направляют на Луну (астронавты во время экспедиции оставили там зеркала, которые помогают проводить подобные эксперименты), принимают его отражение, а затем рассчитывают, сколько времени потребовалось лучу, чтобы отразиться от Луны и вернуться обратно. Путешествие света туда и обратно длится всего около 2 с, но этот интервал постепенно увеличивается. Если Луна уходит от нас по спирали, то мы можем, прокрутив видеозапись задом наперед, оценить ее прошлую орбиту.
Приблизительный расчет показывает, что Луна отделилась от Земли несколько миллиардов лет назад. А современные данные указывают, что 4,5 млрд лет назад, вскоре после того как Земля была сформирована, произошло катастрофическое столкновение Земли с крупным планетоидом. Этот планетоид – мы называем его Тейя – по размеру примерно соответствовал Марсу. Компьютерные модели позволили нам взглянуть на происходившие тогда драматические события. Взрыв выбил из Земли громадный кусок и вытолкнул его в космос. Но, поскольку столкновение произошло скорее по касательной, нежели лоб в лоб, оно почти не затронуло внутреннее железное ядро Земли. В результате Луна, хотя и содержит железо в некоторых количествах, не обладает существенным магнитным полем, так как не имеет расплавленного железного ядра.
После столкновения из нашей планеты, как из огромного пирога, был вырезан целый кусок. Но под воздействием стягивающей природы гравитации со временем Луна и Земля вновь приняли форму шара.
Астронавты доставили на Землю наглядные свидетельства в пользу теории столкновения – 382 кг лунного грунта. При этом обнаружилось, что Луна и Земля состоят из почти одинакового набора химических элементов, включая кремний, кислород и железо. А вот анализ случайных камней из пояса астероидов показывает, что их состав сильно отличается от состава земных пород.
Мне приходилось видеть лунный грунт в студенческие годы в Радиационной лаборатории в Беркли. Рассматривая его под мощным микроскопом, я был глубоко впечатлен. Там были видны крохотные кратеры, вызванные ударами микрометеоритов, которые столкнулись с Луной миллионы лет назад. Приглядевшись внимательнее, я увидел внутри этих кратеров еще более мелкие кратеры. И еще более мелкие кратеры внутри тех кратеров. Такая цепочка кратеров внутри кратеров невозможна в земных камнях, поскольку микрометеориты успевают испариться в атмосфере и не достигают поверхности Земли. Но лунную поверхность они бомбардируют непрерывно, ведь на Луне атмосферы нет. (Это означает также, что для астронавтов на Луне микрометеориты могут стать серьезной проблемой.)
Поскольку горные породы Луны так близки по составу к породам Земли, может оказаться, что добывать что-либо из глубин Луны имеет смысл только в том случае, если вы задумали строить на Луне города. Если Луна может предложить нам только то, что есть и на Земле, то доставлять полезные ископаемые на Землю, вероятно, будет слишком дорого. Но лунные материалы могут очень пригодиться нам на месте для создания лунной инфраструктуры – строительства зданий, дорог и скоростных трасс.
Прогулки по Луне
Что произойдет, если астронавт снимет скафандр на поверхности Луны? Без воздуха там останется только задохнуться, но есть и еще одно, даже более пугающее, обстоятельство: кровь в жилах при этом закипит.
На Земле на уровне моря вода кипит при 100 градусах по Цельсию. С понижением атмосферного давления температура кипения воды снижается. Когда я был маленьким, мне однажды очень наглядно продемонстрировали действие этого принципа. Мы тогда устроили пикник в горах и жарили яйца на сковороде на костре. Яйца плавали в масле, вовсю шипели и выглядели очень аппетитно. Но, когда я их попробовал, меня чуть не стошнило. На вкус они были ужасны. Тогда мне объяснили, что с подъемом в горы атмосферное давление начинает падать и температура кипения воды понижается. Поэтому яйца, хотя активно кипели и с виду казались поджаренными, так до конца и не приготовились. Шипящее на сковороде яйцо было, в общем-то, не слишком горячим.
Еще раз мне пришлось столкнуться с этим явлением примерно в те же годы. Когда мы встречали Рождество, из коробки извлекалась старомодная рождественская гирлянда, в которой над каждой электрической лампочкой располагались тонкие запаянные трубочки с водой. При включении окрашенная в разные цвета вода в них начинала кипеть. Это было великолепное зрелище! Однажды я схватил трубочку с кипящей водой – и испугался, представив себе, что сейчас обожгусь, как о кипящий чайник. На самом же деле я почти ничего не почувствовал. Только много лет спустя я понял, что тогда произошло. В запаянной трубочке был частичный вакуум, и температура закипания воды в ней снизилась настолько, что даже слабого нагрева от крохотной электрической лампочки было достаточно, чтобы заставить воду кипеть, но она при этом вовсе не была горячей.
Астронавты столкнутся на поверхности Луны с этими же физическими законами, если когда-нибудь в скафандре одного из них возникнет течь. По мере того как воздух будет покидать скафандр, давление внутри него будет падать – а с ним и точка кипения воды. В конечном итоге кровь в теле астронавта начнет кипеть.
Сидя в кресле здесь, на Земле, мы забываем об атмосферном давлении, о том, что каждый квадратный сантиметр нашей кожи постоянно испытывает давление, равное примерно килограмму силы, поскольку над нами располагается высоченная колонна воздуха. Почему же это давление не раздавит нас в лепешку? Потому что навстречу ему, изнутри нашего тела, давит тот же килограмм силы. Все находится в равновесии. Но если отправиться на Луну, то килограмм воздуха, которым давит на каждый квадратный сантиметр поверхности атмосфера, исчезнет. И останется только тот килограмм силы, что давит изнутри.
Иными словами, человек, снявший скафандр на Луне, испытает, вероятно, весьма неприятные ощущения. Лучше не снимать.
Как могла бы выглядеть постоянная лунная база? К сожалению, специалисты НАСА еще не опубликовали никаких официальных чертежей. Нам остается ориентироваться только на воображение писателей-фантастов и голливудских сценаристов. Но, когда лунная база будет построена, мы попытаемся перевести ее на самообеспечение. Это сразу многократно снизит затраты на поддержание базы, но потребует создания серьезной инфраструктуры: нам понадобятся строительные комбинаты для производства домов, большие теплицы для выращивания растений, химические заводы для получения кислорода и громадные солнечные батареи для выработки энергии. Для оплаты всего этого потребуется собственный источник дохода. А поскольку Луна состоит в основном из того же материала, что и наша планета, нам, возможно, придется искать источник, который обеспечил бы постоянный приток средств, еще дальше от Земли. Вот почему предприниматели Кремниевой долины уже давно с интересом посматривают на астероиды. Астероидов в пространстве миллионы, и они вполне могут оказаться вместилищем несказанных богатств.
Посредством астероидов-убийц природа задает нам вопрос: «Как там продвигается космическая программа?»
Аноним
3. Полезные ископаемые в небесах
Томас Джефферсон был глубоко обеспокоен.
Он только что подписал документ о передаче $15 млн – воистину кругленькая сумма по меркам 1803 г. – Наполеону и тем самым принял самое противоречивое и дорогостоящее решение за всю свою деятельность на посту президента. Он удвоил территорию Соединенных Штатов. Страна теперь простиралась до самых Скалистых гор. Покупка Луизианы должна была войти в историю как один из главных успехов – или неудач – его президентства.
Глядя на карту, где простирались огромные неисследованные территории, Джефферсон думал о том, не придется ли ему потом пожалеть о принятом решении.
Позже он отправит Мериуэзера Льюиса и Уильяма Кларка в экспедицию – исследовать свою покупку. Что скрывается за белым пятном на карте – девственный природный рай, ожидающий колонистов, или безжизненная пустыня?
В глубине души он понимал, что в любом случае на заселение такой огромной территории может потребоваться еще тысяча лет.
Однако через несколько десятков лет произошло событие, полностью все изменившее. В 1848 г. возле лесопилки Саттера в Калифорнии обнаружили золото. Эта новость произвела эффект разорвавшейся бомбы. Более 300 000 человек устремились в эти дикие места в поисках богатств. В бухте Сан-Франциско начали швартоваться корабли со всего света. Экономика росла взрывными темпами. На следующий год Калифорния подала заявку на статус штата.
Вслед за золотоискателями пришли фермеры, скотоводы и предприниматели. В западной части страны зародились первые великие города. В 1869 г. в Калифорнию протянули железную дорогу, связавшую штат с остальной территорией Соединенных Штатов. Железная дорога обеспечила инфраструктуру для торговли и перевозок, что привело к стремительному росту населения региона. Напутствие «Езжай на Запад, парень» стало настоящей мантрой XIX столетия. Золотая лихорадка, при всех своих минусах и издержках, помогла открыть Американский Запад для заселения и дала толчок его стремительному развитию.
Сегодня некоторые всерьез задумываются о том, не породит ли добыча ископаемых в поясе астероидов новую, на этот раз космическую, золотую лихорадку. Частные предприниматели уже проявляют интерес к исследованию этого региона и его несказанных богатств, а НАСА финансирует сразу несколько проектов, целью которых является доставка астероида к Земле.
Может ли так случиться, что нас ждет новая великая экспансия – на этот раз в пояс астероидов? А если так, то каким образом мы могли бы встроить эту новую космическую экономику в уже существующую? Можно представить себе потенциальную аналогию между цепочкой сельскохозяйственного снабжения с участием Дикого Запада в XIX в. и будущей цепочкой снабжения астероидов. В позапрошлом столетии группы ковбоев перегоняли скот с ранчо на юго-западе страны почти на тысячу миль к таким городам, как Чикаго. Там скот забивали, а мясо отправляли поездами дальше на восток, чтобы удовлетворить потребности населения городов. Точно так же, как давние маршруты перегонки скота связывали юго-запад страны с северо-востоком, возможно, могла бы сложиться экономика, связывающая пояс астероидов с Луной и Землей. Луна при этом стала бы чем-то вроде Чикаго будущих времен – там ценные минералы, добытые в поясе астероидов, перерабатывались бы и отправлялись дальше, на Землю.
Происхождение пояса астероидов
Прежде чем погрузиться в подробности добычи полезных ископаемых на астероидах, было бы полезно прояснить несколько понятий, которые часто путают между собой: это метеор, метеорит, астероид и комета. Метеор – это яркий след межпланетной песчинки, сгорающей в атмосфере. Хвосты метеоров, указывающие направление, откуда эти камни прилетают, возникают из-за трения о воздух. В ясную ночь метеоры можно видеть с интервалом в несколько минут, для этого достаточно просто смотреть на небо.
Камень, который пролетает атмосферу и падает на Землю, называется метеоритом.
Астероиды – это каменный и железный мусор Солнечной системы. В большинстве своем они располагаются в поясе астероидов и представляют собой остатки несформировавшейся планеты между Марсом и Юпитером. Если сложить массы всех известных астероидов, то в сумме они составят всего 4 % от массы Луны. Однако большинство этих объектов до сих пор не обнаружено, а потенциально их миллиарды. По большей части астероиды обращаются по стабильным орбитам в пределах пояса астероидов, но иногда какой-то из них сбивается с пути, влетает в атмосферу Земли и сгорает в ней метеором.
Комета – это кусок льда и камня, сформировавшийся далеко за пределами орбиты Земли. Если астероиды располагаются внутри Солнечной системы, то орбиты многих комет пролегают по ее внешней границе – в поясе Койпера – или даже за пределами Солнечной системы, в облаке Оорта. Кометы, которые мы иногда видим на ночном небе, – это те из них, чьи орбиты или траектории привели их к Солнцу. Когда комета приближается к светилу, солнечный свет и ветер срывают с нее частицы льда и пыли. В результате рядом с кометой возникает хвост – но направлен он от Солнца, а не вдоль траектории кометы по ее следу.
За многие годы исследований у ученых сложилось четкое представление о том, как сформировалась наша Солнечная система. Около 5 млрд лет назад Солнце представляло собой медленно вращающееся гигантское облако, состоящее в основном из пыли и газообразных водорода и гелия. В поперечнике оно достигало нескольких световых лет (световой год – это расстояние, которое свет проходит за год, примерно 9,5 трлн км). Из-за большой массы облако постепенно сжималось под действием гравитации. Сжимаясь, оно вращалось все быстрее и быстрее – в точности как фигурист начинает вращаться быстрее, когда прижимает руки к телу. Со временем облако сконденсировалось в быстро вращающийся диск со звездой в центре. Из окружающего звезду газопылевого диска начали формироваться протопланеты, которые постепенно собирали на себя вещество диска и увеличивались в размерах. Этот процесс объясняет, почему все планеты обращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении и в одной плоскости.
Считается, что в какой-то момент одна из протопланет слишком приблизилась к крупнейшей из всех планет, Юпитеру, и была разорвана его мощнейшей гравитацией. В результате сформировался пояс астероидов. Согласно другой теории, пояс астероидов мог сформироваться в результате столкновения двух протопланет.
Солнечную систему можно изобразить как Солнце, окруженное четырьмя поясами: внутренний пояс составляют каменные планеты (Меркурий, Венера, Земля и Марс), далее идет пояс астероидов, за ним следует пояс газовых гигантов, включающий в себя Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, и, наконец, последним идет кометный пояс, который называют также поясом Койпера. А еще дальше, за пределами этих четырех поясов, имеется сферическое облако комет, окружающее Солнечную систему целиком и известное как облако Оорта.
Вода – простая молекула – в начале существования Солнечной системы представляла собой обычное, часто встречающееся вещество, но существовала в разных состояниях в зависимости от расстояния от Солнца. Ближе к Солнцу, там, где вода должна была кипеть и превращаться в пар, мы видим планеты Меркурий и Венеру. Земля располагается чуть дальше, так что вода здесь может существовать в виде жидкости. (Иногда зону, в которой температура допускает существование жидкой воды, называют «зоной Златовласки» или зоной жизни.) Дальше от Солнца вода превращается в лед, на Марсе и на еще более далеких планетах и кометах она находится в основном в этом состоянии.
Добыча полезных ископаемых на астероидах
Если мы хотим добывать полезные ископаемые на астероидах, нам чрезвычайно важно будет разобраться в их происхождении и составе.
Идея о добыче полезных ископаемых на астероидах не так нелепа, как могло бы показаться. Мы уже многое знаем об их строении, поскольку некоторые астероиды падают на Землю. В состав астероидов входят железо, никель, углерод, кобальт, а кроме того, они содержат значительные количества редкоземельных элементов и ценных металлов, таких как платина, палладий, родий, рутений, иридий и осмий. Эти элементы, естественно, находят и на Земле, но встречаются они редко и стоят очень дорого. Поскольку их запасы на Земле, по-видимому, истощатся в ближайшие десятилетия, добыча на астероидах станет экономически выгодной. А если астероид удастся столкнуть с его орбиты и перевести на орбиту вокруг Луны, дальше с ним можно будет свободно работать.
В 2012 г. группа предпринимателей организовала компанию Planetary Resources, целью которой объявлена добыча полезных ископаемых с астероидов и доставка их на Землю15. Этот амбициозный и потенциально очень прибыльный план поддержали некоторые ведущие игроки Кремниевой долины, включая исполнительного директора Alphabet, Inc. (компании – основателя Google) Ларри Пейджа и исполнительного председателя правления этой компании Эрика Шмидта, а также известного кинорежиссера Джеймса Кэмерона.
В определенном смысле астероиды можно сравнить с летающими в открытом космосе золотоносными рудниками. Так, в июле 2015 г. один такой астероид, около 300 м в поперечнике, пролетел мимо нас на расстоянии, вшестеро превышающем расстояние от Земли до Луны. Предположительно, в его ядре содержалось 90 млн т платины стоимостью $5,4 трлн. По оценкам Planetary Resources, даже в небольшом 30-метровом астероиде может содержаться платины на $25–50 млрд. Компания даже составила список небольших близких астероидов – приходи и бери. Если бы один из них удалось доставить к Земле, он оказался бы кладезем минералов, которые многократно окупили бы все затраты инвесторов.
Из примерно 16 000 астероидов, которые считаются околоземными объектами (их орбиты пересекают орбиту Земли), астрономы выделили короткий список – 12 астероидов, которые считаются идеальными кандидатами на доставку к Земле. Расчеты показали, что, немного изменив их траектории, эти астероиды размерами от 3 до 21 м в поперечнике можно перевести на окололунную или околоземную орбиту.
Но в космосе много и других астероидов. В январе 2017 г. астрономы неожиданно обнаружили астероид всего за несколько часов до того, как он пронесся мимо Земли. Он прошел от нас на расстоянии всего лишь около 51 500 км, или 13 % расстояния от Земли до Луны. К счастью, он был всего около 6 м в поперечнике и не вызвал бы значительных разрушений, даже если бы столкнулся с Землей. Однако его пролет – лишнее подтверждение того факта, что мимо Земли постоянно пролетает множество астероидов, и большинство из них остаются незамеченными.
Исследование астероидов
Астероиды так важны для нас, что НАСА считает их исследование первым шагом к полету на Марс. В 2012 г., через несколько месяцев после того, как компания Planetary Resources на пресс-конференции раскрыла свои планы, руководство НАСА объявило о начале проекта Robotic Asteroid Prospector, цель которого – понять, осуществима ли на данный момент реальная добыча полезных ископаемых на астероидах. Затем осенью 2016 г. НАСА запустило зонд стоимостью $1 млрд под названием OSIRIS-REx. Он был отправлен на встречу с Бенну – 500-метровым астероидом, который пролетит мимо Земли в 2135 г. В 2018–2019 гг. зонд облетит Бенну со всех сторон, затем сядет на него и доставит на Землю от 50 г до 2 кг грунта для анализа. Этот план не лишен риска – НАСА опасается, что даже слабые возмущения орбиты Бенну могут вызвать его столкновение с Землей при следующем пролете. (Если такое столкновение произойдет, то по мощности оно тысячекратно превзойдет бомбу, сброшенную на Хиросиму.) Однако такая экспедиция принесет нам бесценный опыт по перехвату и исследованию объектов в космосе.
Кроме того, НАСА прорабатывает программу Asteroid Redirect Mission (ARM), цель которой – доставить несколько камней-астероидов из космоса. Финансирование этого проекта не гарантируется, но есть надежда, что он может открыть новый источник доходов для космической программы. ARM предполагает два этапа. Во-первых, в глубокий космос будет отправлен автоматический зонд, чтобы перехватить астероид, который заранее выберут и тщательно изучат через наземные телескопы. Подробно исследовав его поверхность, зонд сядет на астероид и с помощью клещевидных зацепов захватит какой-нибудь большой камень. Затем он взлетит с астероида и направится к Луне, транспортируя за собой выбранный объект.
В этот момент с Земли на ракете СЛС и модуле «Орион» стартует пилотируемая экспедиция. Достигнув орбиты Луны, автоматический зонд и корабль «Орион» произведут стыковку, астронавты покинут «Орион» и достанут из зонда образцы астероидного грунта. После этого «Орион» отделится от зонда и направится к Земле, где приводнится в океан.
В ходе этой экспедиции могут возникнуть осложнения, связанные, в частности, с тем, что мы до сих пор очень мало представляем себе структуру астероидов. Возможно, они твердые, а возможно, представляют собой груду камней меньшего размера, удерживаемых вместе гравитационными силами, – в этом случае астероид просто развалится, когда мы попытаемся посадить на него аппарат. Поэтому, прежде чем прорабатывать проект дальше, нужны дополнительные исследования.
Среди заметных физических черт астероидов можно отметить их неправильную форму. Они часто напоминают весьма причудливые картофелины, причем чем меньше астероид, тем обычно неправильнее его форма.
Это, в свою очередь, заставляет вспомнить наивный вопрос, который часто задают дети: почему звезды, Солнце и планеты всегда круглые? Почему они не могут иметь форму куба или пирамиды? Если мелкие астероиды обладают малой массой и, следовательно, малой гравитацией, которая могла бы повлиять на их форму, то крупные объекты – планеты и звезды – обладают мощнейшими гравитационными полями. Их гравитация однородна и оказывает стягивающее действие, сжимая объект неправильной формы в шар. Миллиарды лет назад планеты не обязательно были круглыми, но со временем гравитация сжала их и превратила в гладкие шары.
Еще один вопрос, который часто задают дети: почему космические зонды не погибают, проходя через пояс астероидов? В фильме «Звездные войны» герои с трудом уворачиваются от гигантских булыжников, летающих вокруг них во всех направлениях. Конечно, голливудская картинка производит сильное впечатление, но на самом деле она, к счастью, не слишком точно отражает плотность астероидного пояса: в основном он представляет собой незаполненный вакуум, в котором лишь иногда попадаются камни. У будущих космических шахтеров и поселенцев, которые отважатся выйти в открытый космос, навигация в поясе астероидов по большей части особых затруднений не вызовет.
Если на описанных этапах освоение астероидов будет развиваться по плану, то конечной целью процесса явится создание постоянной станции для организации, снабжения и поддержки дальнейших экспедиций. Из Цереры – крупнейшего объекта пояса астероидов – может получиться идеальная операционная база. Не так давно Цереру (названную именем древнеримской богини плодородия), как и Плутон, перевели в разряд карликовых планет. Цереру считают объектом, так и не набравшим достаточно вещества, чтобы соперничать с соседними планетами. Для планеты она мала – примерно вчетверо меньше Луны, на ней нет атмосферы, а тяготение очень невелико. Однако для астероида Церера громадна: около 930 км в поперечнике, примерно размером с Техас, к тому же на нее приходится треть суммарной массы всего пояса астероидов. Церера, учитывая ее слабое тяготение, может стать идеальной космической станцией, поскольку на нее смогут без труда садиться и взлетать ракеты, а это важный фактор при строительстве космопорта.
Запущенная НАСА в 2007 г. и обращающаяся с 2015 г. вокруг Цереры автоматическая межпланетная станция Dawn передала на Землю фотографии сферического, но испещренного глубокими кратерами небесного объекта, состоящего, вероятно, преимущественно из льда и камня. Теоретически многие астероиды, подобно Церере, содержат лед, который можно перерабатывать в водород и кислород для получения ракетного топлива. Недавно ученые при помощи инфракрасного телескопа (Infrared Telescope Facility) заметили, что астероид № 24 Фемида полностью покрыт льдом со следами органических химических веществ на поверхности. Такие находки добавляют веса гипотезе о том, что некоторую часть первоначальной воды и аминокислот миллиарды лет назад принесли на Землю астероиды и кометы.
По сравнению с лунами и планетами астероиды невелики, поэтому они вряд ли когда-нибудь смогут стать постоянными городами для колонистов. Создать такое поселение в поясе астероидов сложно. На астероидах – возможно, за исключением – нет ни воздуха для дыхания, ни воды для питья, ни энергии для потребления, ни почвы для выращивания растений да и сколько-нибудь существенного тяготения на них тоже нет. Более вероятно, что астероиды станут временными перевалочными базами для шахтеров и роботов.
Тем не менее они могут стать важным промежуточным этапом на пути к главному событию – пилотируемой экспедиции на Марс.
Марс там, он ждет, когда мы до него доберемся.
Базз Олдрин
Я был бы не прочь умереть на Марсе – но только не при посадке.
Илон Маск
4. Марс во что бы то ни стало
Илон Маск в каком-то смысле «белая ворона», бизнесмен с космической идеей: построить ракеты, которые однажды доставят нас на Марс. Циолковский, Годдард и фон Браун мечтали о полете на Марс – Маск, возможно, реализует эту мечту. А пока суд да дело, он нарушает все принятые участниками правила игры.
Он влюбился в космическую программу еще ребенком в Южной Африке, где родился и вырос; он даже построил собственную ракету. Отец-инженер поощрял увлечение сына. Маск довольно рано пришел к выводу о том, что человечеству, чтобы избежать гибели, необходимо добраться до звезд. Он решил, что одной из его целей станет превращение земной жизни в «многопланетную», и это, по сути, направляет всю его деятельность.
Помимо ракетной техники, Маск страстно интересовался еще двумя вещами – компьютерами и бизнесом. В десять лет он уже писал программы, а в 12 продал за $500 свою первую компьютерную игру под названием «Бластер». Он обладал неугомонным характером и надеялся однажды перебраться в Америку. В 17 лет Маск самостоятельно эмигрировал в Канаду. К моменту получения степени бакалавра физики в Пенсильванском университете он разрывался между двумя областями деятельности. Один из возможных путей вел его к жизни физика или инженера, разработчика ракет и других высокотехнологичных устройств. Другой – в бизнес, где предполагалось найти применение его компьютерным талантам и заработать состояние, а потом на заработанные деньги самому финансировать проекты по реализации своей мечты.
Эта дилемма подошла к критической точке в тот момент, когда Маск в 1995 г. начал в Стэнфордском университете исследования для получения докторской степени по физике. Однако через два дня после начала программы он внезапно все бросил и с головой погрузился в мир интернет-стартапов. Он занял $28 000 и основал софтверную компанию, которая разработала городской онлайн-справочник для газетной индустрии. Четыре года спустя Маск продал его компании Compaq за $341 млн. На этой сделке он заработал ни много ни мало $22 млн и тут же вложил всю прибыль в новую компанию под названием X.com, которая позже эволюционировала в PayPal. В 2002 г. компания eBay купила PayPal за $1,5 млрд, из которых лично Маску досталось $165 млн.
Теперь, когда денег у него было много, он мог пустить их на реализацию своей мечты – основать компании SpaceX и Tesla Motors. В какой-то момент 90 % всего его капитала было вложено в эти две компании. В отличие от других аэрокосмических компаний, которые строят ракеты на базе известных технологий, SpaceX начала разработку революционной конструкции – многоразовой ракеты. Маск намеревался снизить стоимость космических путешествий в десять раз за счет повторного использования ускорителя, который в обычных ракетах каждый раз изготавливается заново.
Маск разработал ракету «Фалкон» (названную в честь космического корабля Millenium Falcon из «Звездных войн») почти с нуля. Ракета предназначалась для доставки в космос модуля «Дракон» (в честь дракона из песни «Пафф, волшебный дракон»). В 2012 г. «Фалкон» вошла в историю – стала первой коммерческой ракетой, долетевшей до Международной космической станции, а также первой ракетой, которой удалось успешно приземлиться после орбитального полета. Первая жена Маска Жюстина говорит: «Мне нравится сравнивать его с Терминатором. Он задает себе программу и просто… не… останавливается».
В 2017 г. Маск одержал еще одну крупную победу, успешно проведя повторный запуск использованного ракетного ускорителя. Запущенную и приземлившуюся обратно на стартовую площадку ракету почистили и привели в порядок – а затем запустили второй раз. Вполне возможно, что это произведет настоящую революцию в экономике космических полетов. Вспомните, к примеру, рынок подержанных автомобилей. После Второй мировой войны автомобили все еще были не по карману очень многим, особенно военным и молодежи. Рынок подержанных машин позволил обычным потребителям покупать машины – и изменил все, включая наш образ жизни и социальные контакты. Сегодня в Соединенных Штатах каждый год продается около 40 млн подержанных автомобилей, что в 2,2 раза превосходит число продаваемых новых машин. Илон Маск надеется, что его «Фалкон» так же перекроит рынок аэрокосмических услуг и уронит цены на ракеты-носители. Большинству заказчиков нет дела до того, новая ракета выведет их спутник в открытый космос или уже использованная ранее. Они выберут самый дешевый и одновременно самый надежный вариант.
Первая многоразовая ракета – новая веха в освоении космоса, но по-настоящему Маск потряс аудиторию, когда изложил подробности своих амбициозных планов полета к Марсу. Он рассчитывает отправить автоматический аппарат к Марсу в 2018 г., а пилотируемую экспедицию – в 2024 г., опередив НАСА примерно на десятилетие. Его цель – основать на Марсе не просто форпост Земли, а целый город. Он думает о том, чтобы послать флот из тысячи модифицированных ракет «Фалкон» с сотней колонистов на каждой – эти люди должны создать на Красной планете первое поселение. Козырь Маска – инновации и резкое падение стоимости космических полетов. Стоимость пилотируемой экспедиции к Марсу обычно оценивают в $400–500 млрд, но Маск считает, что сможет строить и запускать ракеты на Красную планету всего за $10 млрд. Первое время билет на Марс будет стоить дорого, но со временем он подешевеет примерно до $200 000 за полет туда и обратно – и все благодаря падению цен на космические полеты. Примерно столько же стоит полет на высоту всего лишь 110 км на корабле SpaceShipTwo компании Virgin Galactic (те же $200 000) или туристический вояж на МКС на русской ракете (оценочная стоимость запуска которой составляет $20–40 млн).
Предложенная Маском ракетная система первоначально называлась «Транспорт для марсианской колонии» (Mars Colonial Transporter), но он переименовал ее в «Межпланетную транспортную систему» (Interplanetary Transport System), поскольку, по его собственным словам, «эта система дает подлинную свободу лететь куда угодно в большой Солнечной системе». Его долгосрочная мечта – построить транспортную сеть, которая связала бы планеты Солнечной системы, как железные дороги в свое время связали между собой американские города.
Маск видит в этом проекте громадный потенциал для сотрудничества с другими частями его империи. Его автомобильная компания Tesla выпустила продвинутую версию электромобиля, и Маск инвестирует значительные средства в развитие солнечной энергетики – основного источника энергии для марсианского форпоста. Сейчас у Маска идеальные возможности взять на себя снабжение проекта электрической техникой и солнечными элементами, необходимыми для развития колонии на Марсе.
Если НАСА порой можно не без оснований обвинить в ужасной медлительности и неповоротливости, то частные предприниматели уверены, что могут внести в дело свежую струю и быстро внедрить инновационные идеи и технологии. «Существует глупейшее мнение о том, что в НАСА неудачи невозможны, – сказал Маск. – У нас [в SpaceX] сбой всегда возможен. Если у вас ничего не отказывает, значит, вы недостаточно инновационны»16.
Пожалуй, именно Маск являет собой сегодня лицо космической программы: его отличают не только новаторство и ум, но и дерзость, бесстрашие и бунтарство. Это новый тип ученого-ракетчика – предприниматель-миллиардер-ученый. Его часто сравнивают с альтер эго Железного человека Тони Старком, преуспевающим промышленником и изобретателем, который одинаково непринужденно чувствует себя и в обществе магнатов бизнеса, и в обществе инженеров. Кстати говоря, съемки первого сиквела «Железного человека» частично проходили в штаб-квартире SpaceX в Лос-Анджелесе, где посетителей встречает статуя Тони Старка в костюме Железного человека. А дизайнер мужской одежды Ник Грэхем показал на Нью-Йоркской неделе моды коллекцию на космическую тему, созданную под влиянием Илона Маска. Автор объяснил: «Говорят, Марс – хит сезона, невероятно популярный тренд, если говорить о всеобщих устремлениях. Идея была показать осеннюю коллекцию 2025 года, исходя из того что в этот год Илон Маск хочет доставить первых людей на Марс»17.
Маск кратко изложил свою философию следующим образом: «У меня нет никакой другой мотивации для накопления личных средств, – сказал он, – кроме того, что деньги дают мне возможность внести максимальный вклад в превращение жизни в мультипланетную»18. Питер Диамандис из XPRIZE сказал: «Здесь действует какой-то куда более мощный стимул, чем просто стремление к получению прибыли. У Маска это очень яркая, опьяняющая мечта».
Новая космическая гонка к Марсу
Все эти разговоры о Марсе, разумеется, не могли не вызвать ревности и соперничества. Исполнительный директор концерна Boeing Деннис Мюленбург сказал: «Я убежден, что первый человек, который ступит на Марс, прилетит туда на ракете Boeing»19. Надо полагать, он неслучайно сделал это заявление через неделю после того, как Маск объявил о своих марсианских планах. Маск может мелькать в заголовках новостей, но на стороне Boeing давний опыт успешных космических полетов. В конце концов, именно Boeing построил в свое время первую ступень знаменитой ракеты «Сатурн-5», которая доставила астронавтов на Луну, и именно с Boeing заключен контракт на создание первой ступени для тяжелой ракеты СЛС – основы планируемой НАСА экспедиции на Марс.
Сторонники НАСА указывают, что без государственного финансирования реализация крупных космических проектов прошлого, например космического телескопа «Хаббл», была бы невозможна. Стали бы частные инвесторы вкладывать деньги в такое рискованное предприятие без надежды на получение прибыли для акционеров? Быть может, без поддержки крупных бюрократических организаций не обойтись в проектах, которые слишком дороги для частного бизнеса или не вселяют особых надежд на прибыль.
У каждой из этих конкурирующих программ есть свои преимущества. Ракета СЛС, спроектированная Boeing, способна поднять в космос 130 т груза, «Фалкон Хэви» Маска – 64 т. Однако «Фалкон» может оказаться более доступным с финансовой точки зрения. В настоящее время у компании SpaceX самые низкие цены на запуск в космос спутников – около $1000 за фунт массы, это 10 % от обычной цены коммерческих носителей. А когда SpaceX как следует отработает свою технологию возвращения и повторного использования ракет, цены могут еще снизиться.
НАСА сейчас оказалось в завидном положении: на реализацию их главного проекта претендуют сразу две компании. Агентство может, в принципе, выбирать между СЛС и «Фалкон Хэви». Маск же, когда его спросили о конкуренции со стороны Boeing, сказал: «Мне кажется, это хорошо, чтобы на Марс вело несколько путей… Нужно прорабатывать разные варианты. Чем больше, тем лучше»20.
Представитель НАСА сказал: «НАСА аплодирует всем, кто хочет сделать следующий гигантский прыжок и приблизить реализацию полета на Марс… Для этого путешествия потребуются самые лучшие, самые умные… Последние несколько лет мы упорно работаем над долгосрочным планом исследования Марса и созданием международной коалиции государственных и частных партнеров для его поддержки»21. В итоге дух соревновательности, скорее всего, будет полезен для космической программы.
Однако в этой соревновательности есть и своеобразная ирония. Космическая программа вынудила ученых всерьез заняться миниатюризацией электроники, а это, в свою очередь, распахнуло двери для компьютерной революции. Вдохновленные детскими воспоминаниями о космической программе, миллиардеры, порожденные компьютерной революцией, замыкают круг и вкладывают часть своих капиталов обратно в исследование космоса.
Европейцы, китайцы и русские тоже говорят о желании отправить на Марс пилотируемую экспедицию где-то между 2040 и 2060 гг., но проблема финансирования этих проектов до сих пор не решена. Однако можно со значительной долей уверенности сказать, что в 2025 г. китайцы доберутся до Луны. Председатель Мао однажды пожаловался, что Китай настолько отстал, что не смог бы запустить в космос даже картофелину. С тех пор все полностью изменилось. Усовершенствовав ракеты, купленные у России в 1990-е гг., Китай уже запустил десять «тайконавтов» на орбиту и занимается реализацией амбициозных планов по строительству космической станции и разработке к 2020 г. ракеты такой же мощной, какой была в свое время «Сатурн-5». В своих пятилетних планах Китай тщательно и точно повторяет этапы, пройденные в свое время впервые русскими и американцами.
Даже самые заядлые оптимисты прекрасно понимают, что в марсианской экспедиции астронавтов поджидает множество опасностей. Сам Маск, отвечая на вопрос, хотел бы он слетать на Марс, признал, что вероятность погибнуть в первом путешествии на эту планету «весьма высока», и сказал, что хотел бы видеть взросление своих детей.
Космический полет – не воскресный пикник
Список потенциальных препятствий, которые придется, вероятно, преодолевать пилотируемой экспедиции на Марс, весьма внушителен.
Первая опасность – это неудачный запуск. Космическая эра началась более 50 лет назад, но вероятность катастрофы при пуске ракеты и сегодня составляет примерно 1 %. В ракете сотни подвижных частей, и любая из них может стать причиной отказа и неудачи. Из 135 запусков «Спейс шаттлов» два закончились ужасными трагедиями – это около 1,5 % неудач. 3,3 % несчастных случаев в космической программе закончились гибелью участников. Из 544 человек, побывавших в космосе, 18 погибли. Только очень храбрый человек готов сесть на верхушку ракеты, начиненной миллионами литров топлива, чтобы она на огромной скорости забросила его в космос, не зная при этом, сможет ли он вернуться назад.
А ведь есть еще и «марсианское невезение». Примерно три четверти космических аппаратов, отправленных к Марсу, вообще не добрались до него, в основном из-за громадного расстояния, проблем с радиацией, механических отказов, потери связи, микрометеоритов и т. п. При этом у Соединенных Штатов статистика запусков к Марсу намного лучше, чем у русских, на счету которых 14 неудачных попыток достичь Красной планеты.
Еще одна проблема – длительность путешествия к Марсу. Полет на Луну в рамках программы «Аполлон» занимал всего трое суток. Путь на Марс в одну сторону займет не менее девяти месяцев, а полное путешествие туда и обратно – около двух лет. Мне довелось побывать в Центре подготовки астронавтов НАСА под Кливлендом (штат Огайо), где группы ученых анализируют нагрузки космических полетов. Астронавты страдают от мышечной и костной атрофии, вызванной невесомостью, если проводят на орбите сколько-нибудь длительное время. Наше тело прекрасно приспособлено к жизни на планете с земной силой тяжести. Если бы Земля была хоть на несколько процентов больше или меньше, человеческое тело было бы иным, приспособленным к выживанию именно при такой силе тяжести. Чем дольше человек находится в космосе, тем сильнее страдает его организм. Космонавт Валерий Поляков, проведший на орбите рекордные 437 суток, по возвращении на Землю едва сумел выползти из посадочного аппарата.
Кстати говоря, астронавты в космосе становятся на несколько сантиметров выше из-за расширения межпозвоночных дисков и, соответственно, удлинения позвоночника. После возвращения на Землю их рост возвращается к норме. Кроме того, во время пребывания в космосе астронавты могут терять до 1 % костной массы в месяц. Чтобы замедлить этот процесс, нужно проводить на беговой дорожке по крайней мере два часа в день. Тем не менее после шестимесячной экспедиции на МКС у астронавта может уйти целый год на восстановление, – и иногда костная масса так до конца и не восстанавливается. (Еще один результат воздействия невесомости, к которому до последнего времени не относились всерьез, – деградация зрительного нерва. В прошлом астронавты отмечали, что зрение после длительных космических экспедиций ухудшается. Обследование показывает, что у них зачастую воспален зрительный нерв, вероятно из-за давления глазной жидкости.)
Не исключено, что в будущем космические корабли придется закручивать вокруг своей оси, чтобы центробежная сила создавала для астронавтов искусственное тяготение. Мы испытываем на себе этот эффект всякий раз, когда идем на ярмарку или карнавал и входим во вращающийся цилиндр какого-нибудь аттракциона вроде «Ротора» или «Гравитрона». Центробежная сила порождает искусственное тяготение, которое прижимает нас к стенке цилиндра. В настоящее время вращающийся космический корабль оказался бы слишком дорогим в производстве, да и реализация идеи представляется не слишком простой. Дело в том, что вращающаяся кабина должна быть довольно большой, в противном случае центробежная сила будет распределяться неравномерно и астронавты станут страдать от морской болезни и потери ориентации в пространстве.
Существует также проблема радиации в космосе, связанная в первую очередь с солнечным ветром и космическими лучами. Мы часто забываем, что Земля укрыта толстым покрывалом атмосферы и защищена магнитным полем, которое играет важную роль. На уровне моря атмосфера поглощает большую часть смертельного излучения, но даже при обычном перелете из конца в конец Соединенных Штатов мы получаем лишний миллибэр радиации за каждый час полета – это значит, что, перелетая в другой конец страны, мы всякий раз получаем дозу излучения, эквивалентную рентгену зуба. В ходе экспедиции к Марсу астронавтам придется преодолевать радиационные пояса, окружающие Землю. Они подвергнутся опасности получить серьезную дозу радиации, что снизит их устойчивость к болезням, повысит вероятность преждевременного старения и рака. За время двухлетнего межпланетного путешествия астронавт может получить примерно в 200 раз большую дозу радиации, чем его близнец, который останется на Земле. (Однако эту статистику следует рассматривать в более широком контексте. Для астронавта риск развития рака в течение жизни поднимется с 21 до 24 %. Эту угрозу, конечно, нельзя назвать незначительной, но она меркнет в сравнении с опасностью, которую представляют случайная поломка или нештатная ситуация во время полета.)
Космические лучи в открытом космосе иногда настолько интенсивны, что астронавты видят крохотные световые вспышки, когда частицы космических лучей ионизируют жидкость в их глазных яблоках. Я лично беседовал с несколькими астронавтами, которые описывали такие вспышки: они красивы, но могут вызвать серьезное радиационное повреждение глаза.
2016 г. принес нам дурные новости касательно действия радиации на мозг. Ученые Университета Калифорнии в Ирвине подвергли мышей действию больших доз радиации, эквивалентных тем дозам, которые могут быть получены за два года полета в открытом космосе. После этого они обнаружили свидетельства необратимого повреждения мозга подопытных животных. У мышей появились проблемы с поведением, они стали беспокойными и вели себя неадекватно. По самой скромной оценке, эти результаты лишний раз подтверждают, что астронавтов в глубоком космосе необходимо должным образом экранировать.
Вдобавок ко всему астронавтам приходится беспокоиться о гигантских солнечных вспышках. В 1972 г., когда к полету к Луне готовился «Аполлон-17», была зафиксирована мощная солнечная вспышка. Если бы в это время на Луне оказались астронавты, они вполне могли погибнуть. В отличие от космических лучей, солнечные вспышки можно отследить с Земли и предупредить астронавтов об их приближении заранее, за несколько часов. Были случаи, когда астронавты на МКС получали предупреждение о приближающейся солнечной вспышке и приказ укрыться в наиболее защищенных отсеках станции.
Опасность также представляют микрометеориты, способные пробить внешний корпус космического корабля. При тщательном осмотре облицованной плиткой поверхности «Спейс шаттла» на ней можно увидеть следы многочисленных микрометеоритных ударов. Силы удара микрометеорита размером с почтовую марку, летящего со скоростью 65 000 км/ч, было бы достаточно, чтобы пробить в корабле дыру и вызвать мгновенную разгерметизацию. Возможно, было бы разумно разделить космические модули на несколько отсеков, чтобы поврежденную секцию можно было быстро герметически изолировать от остальных.
Наконец, нельзя забывать о психологических трудностях. Продолжительное пребывание в крохотной тесной капсуле в составе небольшой группы людей – это очень нелегкое испытание. Сколько бы мы ни проводили психологических тестов перед полетом, нельзя точно предсказать, насколько успешно конкретные люди будут сотрудничать – и будут ли вообще. А ведь в космосе может сложиться ситуация, когда ваша жизнь будет зависеть от человека, который действует вам на нервы.
«Движущийся объект продолжает двигаться, если на него не действует внешняя сила». (Значит, наши космические зонды смогут достигать отдаленных планет с минимальными затратами топлива, поскольку в основном они движутся по инерции, ведь в космосе нет трения.)
«Сила равна произведению массы на ускорение». Этот фундаментальный закон лежит в основе Ньютоновой механики, которая позволяет нам строить небоскребы, мосты и заводы.
«Каждое действие вызывает равное и противоположное противодействие». Именно по этой причине ракеты могут двигаться в открытом космосе.
Эти законы идеально работают при полетах зондов по всей Солнечной системе. Однако они неизбежно нарушаются в некоторых важных случаях: а) при чрезвычайно высоких скоростях, приближающихся к скорости света, б) в чрезвычайно мощных гравитационных полях, например вблизи черной дыры, в) на чрезвычайно малых расстояниях, к примеру внутри атома. Для объяснения этих явлений необходима не Ньютонова механика, а теория относительности Эйнштейна и квантовая теория.
Bepul matn qismi tugad.
