Куда летит пилотируемая космонавтика и что в ее научных приоритетах

Как будет развиваться мировая и российская пилотируемая космонавтика? Что наработано в ее научном багаже и какие перспективы, открытия ждут впереди? Об этом шла речь на Третьей международной конференции "Наука на МКС", которая состоялась в Институте космических исследований РАН и была посвящена 25-летию Международной космической станции.

- Основная цель полета на орбитальных станциях - это исследования, проведение научных экспериментов, отработка технологий, их внедрение на благо человека, - говорит дважды Герой Советского Союза, летчик-космонавт, генеральный конструктор пилотируемых программ России академик Владимир Соловьев.

Владимир Алексеевич выделяет несколько этапов развития пилотируемых полетов: накопление знаний и создание технологий, совершенствование технологий и формирование направлений научных исследований, проведение научных исследований и переход к практическому использованию околоземного пространства...

Сейчас начался четвертый этап: практическое освоение полярной околоземной орбиты, солнечно-синхронных орбит.

Есть показательные цифры, которые привел ученый: около 400 млрд долларов в мире тратится ежегодно на различные космические проекты. Из 25 процентов идет именно на проекты пилотируемой космонавтики. Исходя из чего такие серьезные траты?

Не секрет: до сих пор хватает тех, кто считает, что в космосе должны работать только автоматы. Мол, совершенно незачем рисковать человеком, посылая его на орбиту. Все могут сделать роботы, а теперь еще и стремительно набирающий "витки" искусственный интеллект. Однако у Российской академии наук свои серьезные аргументы. Наши ученые убеждены: несмотря на бурное развитие ИИ, присутствие человека на космических орбитах, в особенности на околоземных, необходимо. Так, академик Соловьев подчеркивает здесь четыре основных момента. Какие?

Человек действует намного эффективнее автоматики, особенно в сложных или нештатных ситуациях. Только человек может провести сложные монтажные и ремонтно-восстановительные работы уникального научного и служебного оборудования станции или космических аппаратов в ходе полета. Только человек может в полете выполнять функции и исследователя, и испытателя, обеспечивая тем самым гибкость применения методов исследований. И что очень важно, в ходе полета уточнять методики, привлекать дополнительные технические средства. Это, как ни крути, недоступно автоматам.

Присутствие человека на околоземных космических орбитах необходимо, считают в РАН

Как не вспомнить историю, о которой на одном из деловых завтраков в "Российской газете" рассказал Герой России летчик-космонавт, член-корреспондент РАН Юрий Батурин:

- Помню, в день рождения Сергея Павловича Королева мы возлагали цветы к его могиле у кремлевской стены. Я тогда еще работал в Кремле и, естественно, пригласил всех к себе. Посидели. И Константин Петрович Феоктистов начал вот это самое говорить (что не надо рисковать человеком. - Прим. ред.). Алексей Архипович Леонов стал возражать. Спорили до хрипоты. А потом космонавт Саша Серебров и говорит: "Был у меня случай: при выходе в открытый космос требовалось что-то заменить. ЦУП говорит: "Возьми ключ на 14". Взял, а когда подошел к системе, понял: ключ другой должен быть. Робот выполнил бы мое задание с ключом на 14? Нет. А я выполнил".

Комментарии излишни.

Что сегодня представляет собой Международная космическая станция? Это 15 стран-участниц. Это свыше 400 тонн суммарной массы, около 800 кубов полезного объема. Это большой экипаж, который временами увеличивается до 11-12 человек. И это очень серьезная научно-исследовательская лаборатория, полигон для отработки технологий с прицелом на дальний космос.

Пилотируемая космонавтика всегда была и остается показателем научно-технического потенциала страны, она стимулирует прорывное развитие новых технологий не только в ракетно-космической технике, но и для повышения уровня жизни на Земле.

Впрочем, строительство МКС уже само по себе стало большим техническим экспериментом. Никто до этого не пытался состыковывать модули сразу в космосе. Первым на орбиту вывели российский функционально-грузовой блок "Заря". Он стартовал 20 ноября 1998 года с Байконура. А уже 7 декабря к "Заре" пристыковался американский модуль Unity, доставленный шаттлом Endeavour. Так началась сборка крупнейшего в истории человечества рукотворного объекта на околоземной орбите.

В составе первого экипажа "строителей-монтажников" был Герой Советского Союза и Герой России летчик-космонавт Сергей Крикалев, ныне исполнительный директор по пилотируемым космическим программам "Роскосмоса".

- Мы должны были состыковать оба модуля, открыть люки, сделать первое техническое обслуживание, - вспоминает он.

Обычно сначала на Земле создают макеты. А здесь многие вещи делались теоретически, и модули впервые встретились на орбите. Отработка технологий международного взаимодействия - чтобы все работало как единый организм - это была сложнейшая задача.

А когда на станции появился первый основной экипаж, сразу начались медицинские эксперименты. На российском сегменте МКС реализовано либо реализуется около ста научно-прикладных программ и более 400 научных экспериментов. На орбиту доставлено около 7,5 тонны научной аппаратуры и оборудования. Около 24,5 тысячи часов рабочего времени затрачено экипажем на проведение научно-прикладных работ.

Можно долго спорить, какие из них полезны, а какие не очень, но все они проведены на высоком техническом уровне и дали много серьезных результатов. Значительная часть технологий нашла свое отражение в народном хозяйстве страны. Что касается медико-биологического обеспечения, то на Земле вообще сложно найти подобного рода лабораторию. Что признают все научные авторитеты.

Наибольшой объем результатов, который внедряется в активную медицинскую практику, - исследования биотехнологий и медицины. Это, в частности, новые штаммы микроорганизмов для применения в фармацевтике - от расшифровки структуры белков для лекарственных препаратов до методов тканевой инженерии с использованием 3D-печати. Выработаны штаммы, которые могут очищать нефть, морские ресурсы...

Академик Олег Орлов: для РОС применима та парадигма, которую пытались развернуть для МКС

"Пришли из космоса" телемедицина, медицина катастроф. Так, первые аэромобильные госпитали разворачивались на месте посадки космонавтов. А теперь они широко используются и военными, и спасателями.

Однако есть и "узкие места". В частности, на конференции была представлена диаграмма "Исследования на МКС" (по направлениям и космическим агентствам): ККА - 49, "Роскосмос" - 204, ЕКА - 465, ДЖАКСА - 911, НАСА - 1612... Мы отстаем.

- С этим надо решительно бороться, - комментирует академик Соловьев. - Надо прекратить практику, когда у нас научные исследования финансируются по остаточному принципу.

Какие перспективные космические технологии мы отрабатываем на МКС для реализации проектов в дальнем космосе? Среди них методы обеспечения безопасности космических полетов, повышения надежности и сроков эксплуатации космических аппаратов, сборка и обслуживание, применение робототехнических и мехатронных систем, ключевые элементы будущих космических энергосистем...

Очень важное направление - адаптивные средства обеспечения жизнедеятельности экипажа. Человек существо уязвимое, а космическое пространство очень агрессивное, - подчеркивают ученые.

Надо сказать, что история Международной космической станции в самом начале развивалась достаточно драматично. Из-за катастрофы "Колумбии" был большой перерыв в полетах американских шаттлов. Почти на десять лет российские корабли полностью взяли на себя доставку экипажей, транспортные операции.

- Были годы, когда мы запускали по пять грузовых кораблей, по четыре - пилотируемых, - заметил генеральный конструктор. - Это была очень серьезная работа. Практически каждый месяц - выведения, стыковки. Но это во многом улучшило и наши технологические возможности.

Кроме грузовых кораблей "Прогресс", никто не может работать танкером (были еще европейские ATV, однако они уже перестали летать). Сегодня часто "Прогрессы" и "Союзы" летят до МКС как "экспрессы": стыковка всего через два витка.

Проработать двадцать пять лет в жесточайших условиях космоса - серьезный срок. И металл имеет свойство стареть. Ресурс первых модулей превышен в полтора раза. Отказы существуют на обоих сегментах. Факт остается фактом: сегодня до половины рабочего времени космонавтов уходит на поддержание станции и ремонт.

- Тем не менее я считаю, как руководитель полета, что при достаточно бережном отношении к станции , а это в высшей степени дорогостоящий объект, назначенные сроки службы можно было продлевать ежегодно, - сказал Владимир Соловьев. - И сейчас мы по сути дела дали гарантию с ежегодным подтверждением до 2028 года безаварийной работы российского сегмента МКС.

Какие перспективы развития российской пилотируемой космонавтики на низкой околоземной орбите?

- В 2027 году, мы считаем, что будем готовы начать развертывание новой Российской орбитальной станции. И все это будет происходить с космодрома Восточный, - говорит Соловьев. - У нас лозунг: новый космодром, новая ракета-носитель Ангара-А5М, новая станция и новый перспективный транспортный корабль. На Байконуре у нас будет поддерживающая линейка - космические комплексы "Союз 2.1б / Прогресс РОС".

Первый этап - развертывание РОС планируется осуществить к 2031 году: это будет базовая конфигурация. Завершение строительства - 2032 год. Что важно? Орбита РОС с наклонением 96,8 градуса позволяет реализовать все возможности существующей орбиты МКС и получить дополнительные преимущества. В частности, шестнадцать раз в сутки видеть Северный морской путь, что очень важно в плане коммерческого использования будущей станции.

- Это возможность полного обзора всей поверхности Земли, запуск модулей и кораблей с российских космодромов, посадка спускаемых аппаратов на территорию России, - говорит генеральный конструктор. - Это возможность запуска малых спутников дистанционного зондирования Земли, поскольку орбита на высоте 370 км является солнечно-синхронной. Такие орбиты очень популярны в мире: порядка 30-35 процентов автоматических аппаратов летают с таким наклонением. Кроме того, учитывая то обстоятельство, что есть два окна, где нет земной магнитосферы: в районе Северного и Южного полюсов, это возможность отработки оборудования и радиационной защиты в условиях, приближенных к дальнему космосу.

РОС станет исследовательской, экспериментальной и производственной космической платформой. Она обеспечит принципиально новый поход к развертыванию и обслуживанию орбитальных спутниковых группировок. Станет не только опорной точкой для освоения космического пространства, но и звеном национальной безопасности в околоземном пространстве.

Ученые и специалисты намерены обеспечить непрерывность пилотируемой программы. Как это было при переходе с "Салюта" на "Мир", с "Мира" на МКС. Это предотвратит потерю компетенций в конструировании орбитальных комплексов, управлении полетов, подготовке космонавтов. Будут отсутствовать риски потерь лидирующих позиций.

Между тем

Исследования на РОС должны помочь отработать технологии для перспективных межпланетных полетов. В значительной степени это касается медико-биологических экспериментов.

- Технологии адаптации человека и сопровождение межпланетных полетов ставят целый ряд задач, - подчеркивает директор ИМБП РАН академик Олег Орлов. - Они все разнозначные по срокам реализации. Технологии отбора и подготовки - надо уже начинать работы. А вопросы продления человеческого рода в космических полетах? Это задача далекой перспективы. Но если не приступать к ним сегодня, может, в разном темпе, мы не будем готовы к тому моменту, когда потребуются ответы на вопросы технологического и методического плана.

Например, в области пилотируемых полетов на Луну необходимо решить проблемы лунной пыли, частичной гравитации, микробиологической безопасности и многие другие. И научная программа РОС способна внести тут значительный вклад.

Для медико-биологического обеспечения межпланетной экспедиции необходимо создать интеллектуальный телемедицинский комплекс, средства съема медико-биологической информации, системы дистанционного управления средствами профилактики и коррекции... Такие технологии тоже могут быть испытаны на борту новой станции.

- Надо сказать, что для РОС в полной мере применима та парадигма, которую пытались развернуть для МКС: использовать орбитальную станцию не просто как платформу для отработки каких-то технологий, но и как модель, где отдельные элементы межпланетных миссий можно было бы в определенной мере моделировать. Например, автономность полета, изучая вопросы психологической, логистической и медицинской составляющей. Это тоже предмет программного проектирования для перспективной станции, - говорит академик Орлов.

Цифры и факты

В ходе строительства и эксплуатации МКС выполнено 275 пусков:

- 115 пилотируемых кораблей (68 российских "Союзов", 37 американских шаттлов и 10 Crew Dragon);

- пять беспилотных кораблей (два "Союза", один Crew Dragon и два Starliner);

- 152 грузовых корабля (88 российских "Прогрессов", 30 американских Dragon и 20 Cygnus, пять европейских ATV, 9 японских HTV).

- Побывало 273 человека из 21 страны.

- Выполнены 337 стыковок и перестыковок: 190 на российском сегменте, 147 - на американском.

Инфографика "РГ" / Антон Переплетчиков / Наталия Ячменникова

"Плазменный кристалл" и другие научные эксперименты на борту МКС

Фото: Из архива Ю.М. Батурина

На фото выше - космонавты Сергей Крикалев и Юрий Гидзенко стали первыми "лаборантами на орбите" в длительном научном эксперименте "Плазменный кристалл", который был разработан в нашей стране и проводился на станции "Мир", а затем на борту Международной космической станции с участием институтов РАН, "Роскосмоса", Европейского космического агентства и Общества научных исследований имени Макса Планка (Германия).

На фото ниже - космонавт, Герой России, член-корреспондент РАН Юрий Батурин и академик, президент РАН в 2013-2017 годах Владимир Фортов представляют только что изданную книгу "Плазменный кристалл", обсуждают итоги и возможное продолжение экспериментов с пылевой плазмой в космосе на встрече с коллегами и журналистами в редакции "Российской газеты". Москва, октябрь 2015 года.

Фото: Архив "РГ"