1. Das Marsprojekt
Когда Роберт Годдард в 1926 году поднял свою первую жидкотопливную ракету на небывалую высоту в сорок один фут, разве мог он предположить, что всего сто два года спустя мы посадим корабль на Марс? И все же путь от одного из этих событий к другому был на удивление простым и последовательным. Точно так же от первых четырех астронавтов, которые высадятся на Марсе в 2028 году, можно провести прямую линию в прошлое, во времена Второй мировой, к офицеру СС по имени Вернер фон Браун. Когда изделия фон Брауна, в основе конструкции которых лежали открытия Годдарда, смертельным дождем обрушились на Лондон, гений немецкого ракетчика стал очевиден для всех: именно он подарил Адольфу Гитлеру страшное оружие, потрясшее мир. Однако в 1948-м, всего через четыре года после того, как модернизированная ракета фон Брауна под названием “Фау-2” впервые пронеслась над Северным морем, тридцатишестилетний инженер вместе с группой своих коллег, немецких ракетчиков, уже находился на военной базе Форт-Блисс, штат Техас. Все они считались военнопленными.
Тот же отряд американских военных, который тайно вывез фон Брауна и его инженеров из Германии, охранял их на базе, которую они не могли покидать без сопровождения. Так что фон Брауну и его людям ничего не оставалось, кроме как передавать свои невероятные знания американцам, которые пытались построить межконтинентальную баллистическую ракету. Но очень часто им все же нечем было убить время. Поэтому бывший глава самой передовой ракетной программы в мире решил написать книгу на свою любимую тему – о космических путешествиях. Эта книга была опубликована только в 1952 году, да и то лишь на немецком языке, под названием Das Marsprojekt. Однако уже в следующем году издательство Университета штата Иллинойс выпустило “Марсианский проект” по-английски, и по сей день эта 91-страничная брошюра остается наиболее авторитетным руководством по космическим путешествиям из когда-либо написанных. Она до сих пор не устарела и по большей части все еще может служить полезной инструкцией в вопросе пилотируемого полета на Марс.
Размах фон Брауна поражает. Он рассказывает об экспедиции, состоящей из десяти космических кораблей. Семь из них будут пилотируемыми (на каждом полетят десять человек), еще три – грузовыми (они останутся на Марсе навсегда).
“Я считаю, что пора раз и навсегда избавиться от представления об одной-единственной космической ракете и маленьком отряде межпланетных авантюристов у нее на борту, – пишет фон Браун. – Этот жалкий одинокий космический термос никогда не сумеет вырваться из плена земного тяготения и устремиться к Марсу”.
Согласно плану фон Брауна, корабли предстояло строить на космической станции, находящейся на орбите Земли. Оборудование и материалы предполагалось доставить туда на сорока шести трехступенчатых многоразовых ракетах. Первые две ступени каждой такой ракеты должны были возвращаться обратно на Землю на парашютах, а третья – спланировать на крыльях. Идеи фон Брауна, высказанные в 1948 (!) году – именно тогда ученый сделал большую часть своих расчетов, – во многом предвосхитили программу космических челноков NASA, а также нынешние попытки компании Space Exploration Technologies (SpaceX) построить орбитальную ракету многоразового использования, которую можно было бы заново заправить и снова запустить в течение двадцати четырех часов после приземления. В 1953 году фон Браун подсчитал, что для постройки и заправки десяти космических кораблей потребуется совершить 950 запусков транспортных ракет.
Немецкий инженер предложил использовать для межпланетного полета на Марс гомановскую траекторию – то есть половину эллиптической орбиты, которую можно использовать для перехода с орбиты Земли на орбиту Марса. Суть этого орбитального маневра заключается в том, что космический корабль, находящийся на орбите Земли, кратковременно включает двигатели и при помощи этого импульса разгоняется и переходит на более вытянутую эллиптическую орбиту, которая в определенной точке пересекается с орбитой Марса.
По гомановской траектории корабль будет двигаться по инерции, не расходуя топливо, пока не достигнет орбиты Марса. Затем с помощью второго импульса работы двигателя корабль разгонится еще раз и перейдет на эту орбиту. Этот маневр немного похож на прыжки Тарзана: тот использует длинную лиану, чтобы перелететь на дальнее дерево, а потом короткую, чтобы оказаться на нужной ветке. Для выполнения всех этих маневров требуется точно вычислить нужное положение Марса и Земли на орбитах.
Хорошее окно для старта к Марсу открывается примерно каждые двадцать пять месяцев, но полет по гомановской траектории хотя и экономичен, но тоже имеет свою цену – каждое такое путешествие занимает около восьми месяцев в одну сторону. Зато примерно каждые пятнадцать лет орбиты Марса и Земли оказываются в таком положении относительно друг друга, что расстояние между планетами значительно уменьшается. Следовательно, можно сократить и продолжительность полета.
Существуют и другие идеи полета на Марс с как можно меньшим количеством топлива на борту. Одна из схем предлагает, потратив сразу много топлива, спрямить маршрут, сделав его более коротким, чем эллиптическая гомановская траектория. Еще не испытанные (и по большей части существующие лишь в теории) реактивные системы, в основе которых – энергия ядерного синтеза или электроэнергия, полученная при помощи ядерного реактора, обещают сократить полет до неполных пятидесяти дней в один конец.
Если бы экспедиция фон Брауна состоялась, астронавтам пришлось бы провести на Марсе приблизительно четыреста дней, ожидая, когда Земля снова окажется в подходящем положении для того, чтобы они могли вернуться домой по гомановской орбите.
Брошюра Das Marsprojekt была написана задолго до того, как ученые обнаружили защищающий Землю радиационный пояс Ван Аллена, состоящий из высокоэнергичных частиц (подобный пояс у Марса отсутствует). В его время не были по-настоящему изучены последствия длительного нахождения в состоянии невесомости, не была рассчитана мощность солнечной радиации (фон Браун сделал расчеты только для космического излучения), не было точного представления о географии Красной планеты и о плотности ее атмосферы. Книга фон Брауна на десять лет опередила первый в мире орбитальный космический аппарат – советский “Спутник”, запущенный в 1957 году. В своем руководстве он признается, что не вычислял вероятность столкновения кораблей с метеорными телами, но вот о невесомости позаботился и набросал схему, согласно которой предполагалось соединить космическую флотилию тросами, а потом раскрутить на манер нескольких игрушек йо-йо, чтобы создать в системе искусственную гравитацию.
В 1965 году космический аппарат NASA “Маринер-4” пролетел рядом с Марсом и передал на землю два разочаровывающих факта: атмосфера на Марсе в десять раз менее плотная, чем предполагали ученые, то есть практически отсутствует, и вероятность, что там существует жизнь, ничтожно мала. Но фон Браун, как и многие земляне 1960-х годов, носился с мыслью об инопланетянах, живущих под поверхностью Марса в подземных садах. Он даже описал подобную цивилизацию в наивно-сентиментальной беллетризованной версии “Марсианского проекта” в 1949 году (эта версия книги была издана только в 2006-м). Для спуска с орбиты на поверхность Марса фон Браун хотел использовать небольшие космопланы (орбитальные самолеты). Как выяснилось гораздо позже, они не смогли бы летать в столь разреженной атмосфере, однако ученый предвидел, что можно ожидать самых неожиданных осложнений, и поэтому предложил несколько запасных стратегий и дублирующих функций. В частности, космопланы были сконструированы таким образом, что могли сбрасывать крылья.
Фон Браун подумал и о том, насколько психологически сложным будет столь долгий полет для астронавтов, запертых в ограниченном пространстве на протяжении нескольких месяцев или даже лет. Решить эту проблему он предлагал с помощью космических челноков, которые могли бы во время путешествия перевозить астронавтов и ресурсы с одного экспедиционного корабля на другой. Согласно расчетам ученого, на все время экспедиции каждому ее участнику должно было хватить 26 500 фунтов кислорода и 17 500 фунтов продовольствия. Каждый пассажирский корабль должен был нести на борту 29 000 фунтов питьевой воды, и у каждого такого корабля была предусмотрена система вторичной переработки технической воды и водяного пара.
В техническом приложении к книге особенно бросается в глаза невероятное количество топлива, необходимого для того, чтобы вырваться из могущественного плена земной гравитации. Флотилия фон Брауна, состоящая из десяти кораблей, должна была весить около 82 млн фунтов, из них 72 млн фунтов приходилось на ракетное топливо. По возвращении на Землю каждый корабль весил бы всего около одного процента от своей первоначальной массы.
“Марсианский проект” был воплощением невероятной дальновидности и бесспорного инженерного гения. К сожалению, и фон Браун, и Роберт Годдард настолько опередили свое время, что им пришлось стерпеть немало насмешек в СМИ, критики и нападок со стороны представителей власти, которые просто-напросто неспособны были их понять. Когда Годдард однажды заявил, что ракета в принципе способна достичь Луны, то это заявление появилось на первой полосе в The New York Times, но в редакционной колонке газетчики высмеяли его. Почти пять десятилетий спустя, через день после того, как “Аполлон-11” отправился на Луну, Times напечатала извинение за эти насмешки.
В начале 1950-х годов, когда фон Браун предложил детальный план путешествия на Марс, его идеи, должно быть, показались абсурдными всем без исключения – даже ученым и инженерам. Отправить тысячу ракет на околоземную орбиту? Построить на орбите десять гигантских межпланетных кораблей? Загрузить их десятками миллионов фунтов топлива, кислорода и продовольствия? Вы это серьезно?
Однако американскую общественность этот план, безусловно, заворожил. В 1954 году еженедельник Collier's опубликовал цикл из восьми статей о Марсе, в том числе и рассказ фон Брауна о том, как достичь Красной планеты.
Множество мечтателей задолго до фон Брауна задумывались о межпланетных путешествиях, но никто еще не предлагал столь конкретных схем и точных цифр. Мечта фон Брауна была подкреплена рассчитанными маршрутами, математическим обоснованием и техническими чертежами. Он даже вычислил возможную дату запуска (1965 год). Фон Браун был трезвым человеком, не склонным к абсурдным решениям, так что единственное различие между мечтами о Марсе и подготовкой полета на Марс заключалось в убежденности, что последний возможен.
Чтобы лучше понять значение “Марсианского проекта”, можно вспомнить вышедшую в 1985 году книгу Карла Сагана “Контакт”. В этом научно-фантастическом романе некая внеземная цивилизация посылает откуда-то из космоса сигнал с детальной технической инструкцией: как построить на Земле космический корабль, способный добраться до их неведомого мира. Для большинства землян в начале 1950-х годов фон Браун был чем-то вроде той самой инопланетной цивилизации: он подарил нам методическое пособие по путешествиям во Вселенной. Разница лишь в том, что Das Marsprojekt вовсе не был фантастикой.
К концу 1960-х годов фон Браун снискал настоящую славу: именно под его руководством была создана ракета-носитель “Сатурн-5”, которая доставляла на Луну астронавтов программы “Аполлон”. Во всеоружии своего положения и репутации он выступал в NASA и с трибуны Конгресса, убеждая ученых и политиков, что теперь Соединенным Штатам следует нацелиться на Красную планету. Его новый марсианский проект предусматривал отправку двух кораблей – одного грузового и одного пилотируемого – с ядерными двигателями. Всем, кто соглашался слушать, он рассказывал, что экспедицию на Марс можно будет запустить уже в 1980-х.
В отличие от подобных предложений, сделанных фон Брауном в прошлом, эта записка оказалась на столе президента США. Ричарду Никсону как раз предстояло решить, какая космическая программа должна прийти на смену “Аполлону”. И план фон Брауна проиграл программе "Космический челнок” (Space Shuttle) – в основном потому, что военные и разведка считали космические челноки чрезвычайно полезным инструментом для запуска и ремонта спутников-шпионов.
Хотя все действия NASA должны быть совершенно открытыми и публичными, в течение десяти лет – с 1982 по 1992 год – агентство запустило 11 секретных миссий на шаттлах. Многое в конструкции космических челноков было предопределено пожеланиями спецслужб и военных. Кроме того, Никсон решил свернуть производство ракет "Сатурн-5” – самых больших и лучших тяжелых ракет в истории космонавтики. Без этого мощного носителя у программы межпланетных путешествий не было будущего. Если бы Соединенные Штаты выбрали Марс, а не шаттлы, то сегодня у нас, скорее всего, была бы постоянная колония на Красной планете. Фон Браун, видя, что его планы не находят понимания в NASA, в 1972 году вышел в отставку.
С момента написания книги Das Marsprojekt прошло шестьдесят семь лет, но до сих пор для нас Марс – это всего лишь фотографии, сделанные аппаратом "Кьюриосити”. Этот марсоход размером с легковой автомобиль изучает поверхность Красной планеты с момента своей посадки в 2012 году. Если бы NASA и Никсон отнеслись к идеям фон Брауна с большей серьезностью, то сегодня марсоходы бороздили бы марсианские просторы с астронавтами за рулем.
Программа космических челноков положила начало затяжному периоду угасания и упадка космического проекта США, и этот упадок лишил NASA (а может быть, и весь американский народ) веры в свои силы, целеустремленности и воображения. На смену вдохновенным призывам “дотянуться до звезд” пришли однообразные трансляции выхода астронавтов в открытый космос, которые все равно никто не смотрел. NASA сосредоточилось на устаревшей идее орбитального самолета, который едва ли способствовал прогрессу космических путешествий, слишком часто терпел аварии и был совершенно не нужен в космосе, пока не построили Международную космическую станцию, к которой он мог бы пристыковаться. Последним жалким оправданием существования космических челноков была доставка астронавтов и грузов на эту станцию, которая и сама по себе представляет собой довольно бессмысленный кусок техники.
Сэр Мартин Рис, королевский астроном Великобритании и весьма уважаемый ученый, с трудом находит слова в защиту МКС: “Нет человека, который не понимал бы, что научные исследования, ведущиеся на космической станции, оправдывают лишь крошечную часть ее общей стоимости. Главной целью создания станции была поддержка пилотируемых программ и поиски ответа на вопрос, каким образом люди могут жить и работать в космосе. И в этой области наиболее многообещающим событием стало возникновение частных компаний, которые способны разрабатывать космические технологии, в том числе и ракеты, дешевле, чем это делают традиционные подрядчики NASA”.
Годы упадка Управления (а также тот факт, что оно заключает с подрядчиками контракты на условиях оплаты издержек и фиксированной прибыли) создали огромную нишу, в которую устремились предприниматели. Сто тридцать пять запусков космических челноков обошлись в среднем в 1,4 млрд долларов каждый. У кого-то должно получиться сделать то же самое лучше, быстрее и дешевле. И эти “кто-то” появились. Они и превратили мечту о путешествии на Марс в реальность.