Всё о космических путешествиях за 60 минут
Пол Парсонс
Быстрая наука
Космические полеты существенно изменили наши знания о мире. Но как они стали возможны и что рассказали нам о Вселенной? А каково их будущее в эпоху стремительного развития технологий? Всю историю путешествий в космическое пространство – начиная с удивительной технологии, которая позволила нам заглянуть за пределы облаков, и заканчивая концепциями космического туризма – вы найдете на страницах книги Пола Парсонса, писателя, научного журналиста и редактора. Для широкого круга читателей.
Пол Парсонс
Всё о космических путешествиях за 60 минут
Paul Parsons
10 Short Lessons in Space Travel
© Michael O'Mara Boob 2020
© Ивашечкин А. А., пер. с англ., 2021
© ООО «Издательство ACT», 2021
* * *
Предисловие
Среди моих самых ранних детских воспоминаний – яркие образы волшебного мира. Не Нарнии[1 - Нарния – фантастический мир, созданный писателем Клайвом Стейплзом Льюисом. Место действия в большинстве книг серии «Хроники Нарнии». – Здесь и далее примеч. переводчика.] или Чудесного Леса[2 - Чудесный Лес (или Стоакровый Лес) – сказочное место, где живут звери в книгах А. Милна о Винни-Пухе.], а красно-коричневой планеты под названием Марс. Это был 1976 год. Год, когда «Конкорд»[3 - «Конкорд» – британско-французский сверхзвуковой пассажирский самолет.] поднялся в небо, 29 стран бойкотировали Олимпийские игры в знак протеста против апартеида в Южной Африке и в продаже впервые появились видеокассеты VHS. Также в этом году, 20 июля, чуть более чем за месяц до моего пятого дня рождения, «Викинг-1» в рамках миссии NASA совершил посадку на Марс и отправил первые снимки, сделанные с его поверхности. Я помню, как смотрел новости, где сообщали, что посадочный модуль космического аппарата сел на усыпанную камнями марсианскую поверхность. А потом показали удивительные панорамы ржаво-красного мира с бледно-лососевым небом. Я был в восторге!
Фотографии «Викинга-1» позволили ощутить реальность космоса. Его осязаемость. Уже были снимки, сделанные космонавтами с околоземной орбиты и с поверхности Луны, и изображения далеких планет, подобных Юпитеру, полученные астрономами с помощью телескопов. Совершенно невероятные кадры! Но все, что на них было запечатлено, казалось далеким и абстрактным – настолько, что с трудом удавалось связать это с реальным миром. Фотографии же, сделанные «Викингом-1», а затем и «Викингом-2», приземлившимся на Марсе два месяца спустя, показали нам мир, который вполне можно было принять за Землю. Не составляло труда даже представить себя там, на этой Красной планете.
Сегодня мы стоим на пороге величайших открытий в сфере освоения космоса. Впервые за почти 50 лет астронавты готовы вернуться на Луну, ожидаются новые полеты на Марс и дальше. В последний раз люди ступали на поверхность Луны в 1972 году и с тех пор не выходили за пределы низкой околоземной орбиты. Новый всплеск активности, который мы наблюдаем сегодня, связан с возобновлением интереса к исследованию и научному изучению Луны американским космическим агентством NASA, в планах которого создание и вывод космической станции на окололунную орбиту, а также быстрое увеличение числа частных космических запусков и развитие индустрии космического туризма.
И все же речь идет не только о флагах и отпечатках ног. В следующем десятилетии мы станем свидетелями того, как новые роботизированные космические аппараты исследуют планеты и спутники в нашей Солнечной системе; как спускаемые аппараты пытаются обнаружить на Марсе химические и геологические следы жизни, а дроны-разведчики обозревают Красную планету с «воздуха». Огромный космический телескоп «Джеймс Уэбб» – преемник телескопа «Хаббл» – начнет выполнять свою основную миссию: изучать процесс рождения планет, звезд и первого поколения галактик (скопления множества звезд, таких как наш Млечный Путь), которые образовались миллиарды лет назад из горячего «первичного бульона» ранней Вселенной. Нас ждут новые миссии, в рамках которых космические аппараты отправятся на окраины Солнечной системы, чтобы исследовать газовых гигантов, Юпитер и Сатурн, и их спутники, где могут быть океаны с жидкой водой, скрытые подо льдом. Данные, полученные в ходе этих миссий, как в свое время результаты полетов «Викингов», наверняка вдохновят следующее поколение астрономов и других ученых, занимающихся исследованием и изучением космоса.
Эта книга представляет собой краткий обзор всего, что мы знаем о космических путешествиях начиная с XIX века: с размышлений российского пионера космонавтики Константина Циолковского и космической гонки СССР и США до программы «Спейс шаттл», строительства Международной космической станции (МКС) и удивительных концепций о путешествиях к другим звездным системам или колонизации других планет в будущем.
Исследование космоса необходимо для понимания Вселенной и нашего места в ней и однажды может оказаться невероятно важным для выживания нашего вида. Так что забирайтесь в капсулу, пристегивайтесь и наслаждайтесь полетом. Мы собираемся сделать следующий огромный скачок[4 - Отсылка к словам Нила Армстронга – первого человека, оказавшегося на Луне. Ступив на ее поверхность, он сказал: That's one small step for [a] man, one giant leap for mankind («Это маленький шаг для человека, но огромный скачок для человечества»).]!
Пол Парсонс
01. Как далеко мы продвинулись
Быть первым в космосе, вступить один на один в небывалый поединок с природой – можно ли мечтать о большем?
Юрий Гагарин (1961)
Чувство тревоги превратилось в тошноту, во рту пересохло. Но кто может обвинить вас? Вы оказались в капсуле на самом верху космической ракеты. Она уже готова к запуску, заправленная достаточным количеством топлива, чтобы взорваться с силой ядерного взрыва малой мощности.
Вы пробыли в кресле почти три часа, терпеливо ожидая, пока сотрудники центра управления полетами одну за другой проверят все системы космического аппарата. Все это время вы повторяли стоящую перед вами задачу. Прокручивая в уме различные непредвиденные обстоятельства. Иногда молясь. Но сейчас обратный отсчет подходит к концу.
Вы чувствуете толчок, сопровождаемый сильным грохотом. Кабина качается из стороны в сторону, а затем начинает сильно трястись – значит, запустились главные двигатели. Когда они достигают максимальной мощности, гравитация прижимает вас, словно неподъемный груз, вдавливая в кресло, в то время как тысячи тонн тяги уносят ракету с вами на борту прямо в небо.
Прошло чуть больше минуты, и вы уже летите со скоростью, превышающей скорость звука. Вы продолжаете ускоряться, завывания ветра снаружи становятся устрашающими, когда он пытается пробраться сквозь тонкую внешнюю оболочку капсулы. Вскоре раздается громкий хлопок, и вы чувствуете сильный удар в спину: первая ступень ракеты отбрасывается, запускаются двигатели второй ступени. Вы на высоте 60 км и летите со скоростью почти 10 000 км/ч, продолжая ускоряться. Постепенно небо чернеет, и, когда атмосфера становится тоньше, ветер и грохочущие вибрации исчезают.
Теперь вы достигли орбиты вокруг Земли. Вы находитесь в 300 км над поверхностью нашей планеты и движетесь со скоростью около 28 000 км/ч – это 7,8 км/с, более чем в 20 раз быстрее скорости звука.
Внезапно двигатель отключается, и вы впервые чувствуете невесомость, плавно поднимаясь со своего места до тех пор, пока вас не остановят ремни безопасности. Взглянув в окно, вы видите, что внизу вращается Земля – окруженная облаками жемчужно-голубая сфера на фоне чернильной тьмы. Поздравляю: вы только что отправились исследовать заманчивое космическое царство!
Удивительнее вымысла
Научная фантастика – жанр, который отлично подходит для изложения невероятных историй, однако именно с таких историй и начался долгий путь человечества в космос.
Возможно, первый рассказ о путешествии за пределы Земли был написан сирийским писателем Лукианом из Самосаты в 160 году наглей эры. В «Правдивой истории» он рассказывает о группе моряков, чей корабль сбился с курса во время шторма. Ужасный вихрь подхватил судно и перенес его на Луну. Здесь команда обнаруживает странные формы жизни: некоторые из них преданы царю Луны, тогда как другие – царю Солнца, и они борются друг с другом за колонизацию Венеры. Но в конечном итоге воцаряется мир.
Не говорите мне, что там не место для человека. Место человека там, куда он пожелает пойти, – и он сделает все как надо, когда доберется туда.
Вернер фон Браун (1958)
Немецкий астроном Иоганн Кеплер известен своими формулировками законов движения планет в нашей Солнечной системе. Однако в начале XVII века он также написал научно-фантастическую историю под названием «Сомниум» («Сон»). В ней описывается путешествие на Луну и то, как могут выглядеть небеса с этой совершенно другой точки для наблюдения в соответствии с гелиоцентрическим взглядом Кеплера на Солнечную систему (революционным в то время).
В обеих этих историях для транспортировки бесстрашных исследователей сквозь космическое пространство используется магия. Лишь в конце XIX века авторы подобных произведений начали сокращать разрыв между причудливыми представлениями о космических путешествиях и реальными технологиями. В классическом романе Жюля Верна «С Земли на Луну прямым путем за 97 часов 20 минут» (1865) и его продолжении – «Вокруг Луны» – команда из трех путешественников буквально выстреливается в космос с помощью гигантской пушки. Как ни странно, пушка располагалась во Флориде, где потом появится мыс Канаверал. Позднее в романе «Первые люди на Луне» Герберт Джордж Уэллс описал космонавтов, которые отправляются на Луну, используя антигравитационное вещество под названием «кейворит».
Все цивилизации становятся космическими или вымершими.
Карл Саган (1994)
Примерно в это же время предпринимались первые шаги для превращения космических путешествий в научный факт. В 1903 году русский ученый Константин Циолковский опубликовал статью «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в которой подробно рассказал, как использовать ракеты, чтобы покинуть Землю и летать между планетами.
17 декабря того же года в городе Китти-Хоук в США Уилбур и Орвилл Райт совершили первый полет на аппарате тяжелее воздуха. «Флайер» братьев Райт представлял собой биплан с размахом крыльев 12 метров и бензиновым двигателем мощностью в 12 лошадиных сил, запускавшим два винта. В тот день он взлетел четыре раза, и самый продолжительный полет длился 59 секунд. За это время «Флайер» преодолел расстояние в 260 метров. Не так уж и далеко, конечно, но это стало началом. Люди больше не были привязаны к поверхности планеты.
С этого момента самолетостроение развивалось уже поразительными темпами. В 1908 году французский авиатор Луи Блерио перелетел через Ла-Манш. А к началу Первой мировой войны, чуть более десяти лет спустя после первого полета братьев Райт, самолеты уже можно было использовать в качестве грозного оружия.
В ракетостроении тоже удалось достигнуть определенных успехов. Идеи Циолковского воплотил американский инженер и изобретатель Роберт Годдард. В 1926 году он запустил первую в мире ракету с жидкостным двигателем с площадки в Оберне в штате Массачусетс. Ракета под названием «Нелл» с двигателем, работавшим на бензине и жидком кислороде, поднялась в воздух на 12,5 метра за 2,5 секунды. В 1930-х годах Годдард разработал управляемые ракеты, которые могли преодолевать звуковой барьер и достигать высоты почти в 3 км.
Но Годдард был не единственным, кто проявил интерес к работам Циолковского. В Европе к числу таковых принадлежал молодой ученый-энтузиаст Вернер фон Браун, ставший техническим директором Группы ракетных исследований немецкой армии. К 1934 году характеристики их ракеты Л-2 почти сравнялись с теми, которых достиг Годдард. Но фон Браун и его команда уже работали над другим проектом – более амбициозным. В 1942 году они испытали новую ракету, получившую название Л-4. Длиной 14 метров, в десять раз длиннее Л-2, уже в свой первый полет она достигла высоты 189 км, что сделало ее первым искусственным объектом, достигшим космоса.
Хьюстон, говорит База Спокойствия. «Орел» сел.
Нил Армстронг (1969)
Позже Л-4 была оснащена взрывной боеголовкой и переименована в V-2 (V от Vergeltungswaffe – «Оружие возмездия»). Обладая дальностью полета свыше 300 км, она стала первой в мире баллистической ракетой большой дальности. В конце Второй мировой войны эти ракеты дождем обрушились на города союзников.
Холодная война
Когда война закончилась, СССР и США стали господствующими мировыми державами. И между ними началась холодная война – война на истощение, которая продолжалась до начала 1990-х годов.
Для доминирования в этот период необходимо было овладевать новыми технологиями того времени – ядерной энергией, разрушительное воздействие которой продемонстрировали США в Хиросиме и Нагасаки, и космическими полетами, чей потенциал, без сомнения, доказали ракеты V-2.
Соперничество между США и СССР по освоению космоса известно как космическая гонка. Обе стороны заполучили немецкие ракеты V-2 и запустили проекты по созданию похожих аппаратов, когда война подходила к концу. В рамках американской операции «Скрепка» нацистским ученым предоставили американское гражданство и сняли с них обвинения в совершении военных преступлений. Пенемюнде и Дора-Миттельбау, где разрабатывались и строились V-2, были концентрационными лагерями, в которых погибло свыше 10 000 человек – больше, чем от оружия, созданного заключенными.
Вернер фон Браун принадлежал к числу тех, кто был завербован в ходе операции «Скрепка». Его талант быстро признали и назначили молодого ученого директором американского ракетного проекта сначала в армии, а затем в National Aeronautics and Space Administration («Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства»), или NASA.
Советский Союз придерживался более жесткой политики по отношению к нацистским ученым: их заставляли работать над программой по разработке ракет. Ее руководителем был советский инженер Сергей Королев.
Оба государства потратили первые годы на разработку межконтинентальных баллистических ракет (МБР) – таких как V-2, но достаточно мощных для транспортировки громоздкого ядерного оружия из одного полушария в другое. Советский Союз построил «Р-7», на базе которой создали целое семейство ракет-носителей. Впоследствии на них запустили в космос аппараты «Спутник» и «Восток», а затем и «Союз» – корабли этой серии до сих пор доставляют космонавтов на МКС.
Команда фон Брауна начала работать на испытательном полигоне армии США Уайт-Сэндс в Нью-Мексико. Они построили первые в истории двухступенчатые ракеты, соединив небольшую исследовательскую ракету WAC Corporal с верхней частью V-2. В 1950 году Bumper-WAC стала первой ракетой, запущенной с недавно созданного мыса Канаверал.
Лишь в конце 1950-х годов акцент сместился с военной техники и началась собственно космическая гонка. К 1957 году обе страны объявили о намерении отправить на околоземную орбиту искусственный спутник. Первым это сделал СССР, 4 октября того же года запустив «Спутник-1», а 3 ноября – «Спутник-2» с собакой Лайкой на борту. Она стала первым животным, выведенным на орбиту вокруг Земли.
В декабре 1957 года у США дела шли все хуже и хуже: во время первой попытки запуска спутник Vanguard-TV3 эффектно взорвался на стартовой площадке на глазах представителей крупнейших мировых СМИ. Тем не менее американцы довольно быстро пришли в себя, и запущенный 31 января 1958 года с мыса Канаверал Explorer 1 вскоре достиг орбиты, где и оставался до 1970 года.
Когда я впервые посмотрел на Землю, стоя на Луне, я заплакал.
Алан Шепард (1988)
NASA было создано чуть позднее в 1958 году, и уже в следующем году оно запустило программу «Меркурий», в рамках которой планировалось отправить человека в космос с помощью ракеты «Редстоун» – одной из баллистических ракет, разработанных фон Брауном и его командой, которая базировалась в городе Хантсвилл в штате Алабама.
Но Советы вновь оказались первыми: 12 апреля 1961 года Юрий Гагарин на корабле «Восток-1» сделал один оборот вокруг Земли и вскоре совершил успешную посадку. За этим полетом последовало еще пять запусков кораблей «Восток».
США пытались наверстать упущенное. 5 мая 1961 года астронавт Алан Шепард стал первым американцем в космосе, когда космический корабль «Меркурий-Редстоун» с ним на борту совершил 15-минутный полет и достиг высоты 187 км.
Полет Шепарда был суборбитальным – короткий прыжок в космос и обратно. После этого инженеры NASA заменили «Редстоун» более мощным ускорителем «Атлас», и 20 февраля 1962 года Джон Гленн первым из астронавтов США достиг околоземной орбиты, сделав три полных оборота вокруг Земли, прежде чем капсула «Меркурия» приводнилась в Атлантическом океане 4 часа 55 минут спустя.
Первой женщиной, побывавшей в космосе, стала Валентина Терешкова, которая 16 июня 1963 года на советском корабле «Восток-6» совершила 48 оборотов вокруг Земли. Американская женщина оказалась в космосе намного позже: Салли Райд отправилась туда на борту космического челнока «Челленджер» лишь в июне 1983 года. Тем не менее женщины играли ключевую роль в космической программе США. Кэтрин Джонсон, присоединившаяся к ней в 1953 году, будучи отличным математиком, рассчитала траектории многих полетов – в том числе Шепарда и Гленна, а также «Аполлонов». А инженер-программист Маргарет Гамильтон возглавляла команду программистов из Массачусетского технологического института, разработавших все программное обеспечение для полетов «Аполлонов».
Юрий Гагарин (1934–1968)
Юрий Алексеевич Гагарин родился в СССР, в деревне Клушино Смоленской области. В начале 1950-х годов будущий космонавт работал литейщиком, а по выходным учился летать. Он поступил в аэроклуб ДОСААФ в 1955 году и в ноябре 1957 года стал офицером советских военно-воздушных сил. Гагарин проявил интерес к полетам в космос, и в 1959 году его выбрали для участия в советской космической программе. 12 апреля 1961 года он стал первым человеком в космосе, совершив один оборот вокруг Земли и благополучно приземлившись спустя 108 минут. Полет на «Востоке-1» стал для Гагарина единственным путешествием в космос. После он работал над проектами космических кораблей и участвовал в подготовке космонавтов. Погиб Гагарин в результате несчастного случая: 27 марта 1968 года реактивный самолет «МиГ-15УТИ», который он пилотировал, разбился неподалеку от деревни Новоселово во Владимирской области.
