Освоение космоса - фантастика или реальность?

Космос всегда был для человечества одной из самых ярких и сложных тайн мироздания и её разгадке посвящали себя самые светлые умы, но уже сегодня космос изучен сильнее и глубже, чем океан. Уже жрецы Древнего Вавилона и китайские астрономы около 5000 лет тому назад имели первые представления о космосе и небесных телах.

Чем космос был до науки?

С древних времен ночное небо было объектом интереса людей. Сначала они наблюдали за видимыми созвездиями и планетами, затем, движимые научным интересом, стали изобретать всевозможные приборы, с помощью которых было возможно увидеть гораздо больше. Следы тех ранних наблюдателей, то, как они интерпретировали космос, дошли до нас в виде дразнящих артефактов. 

Например, датируемый примерно 1600 годом до н.э., небесный диск Небраски является первым изображением вселенной.

Примерно в то же время древние египтяне, которые уже имели долгую историю астрономических наблюдений, разрабатывали звездные карты. Эти схематические иллюстрации описывали движение различных звезд — возможно, для того, чтобы священники были пунктуальны в своих ночных ритуалах, или, возможно, чтобы направлять мертвых в загробной жизни, поскольку иллюстрации часто появлялись внутри гробов.

Тем не менее, на протяжении десятков тысяч лет люди изучали небеса только невооруженным глазом и, в конечном счете, с помощью примитивных инструментов. Они во многом ошибались, но звездочеты древности не были лентяями, и несколько тысяч лет назад они стали удивительно искушенными.

Например, в своей возвышенной картине небес греческий философ Аристотель довел геоцентризм до его логического завершения. В его представлении вселенная состояла из ряда концентрических оболочек, вращающихся вокруг нашей планеты — по одной для Солнца, Луны, любой другой планеты, неподвижных звезд и самого внешнего уровня для “первичного двигателя”, существа, которое, как он пришел к выводу, должно было привести все в движение.

Движение к современности

Это богоподобное видение хорошо сочеталось с расцветом христианства. На протяжении всего средневекового периода это стало общепринятым мнением — несмотря на теоретическую акробатику, необходимую для приведения его в соответствие с реальными астрономическими наблюдениями (в частности, с ретроградным движением планет).

Совместное видение Аристотеля и Птолемея имело такое влияние, что к 14 веку итальянский поэт Данте Алигьери построил вокруг него мир своей Божественной комедии. И все, что ему нужно было сделать, это добавить второй набор концентрических сфер для ада.

Революция Коперника и ее последствия, конечно, давно смели эти устаревшие представления. Но с каждым научным достижением, с каждым умопомрачительным снимком из глубокого космоса, полученным космическим телескопом Джеймса Уэбба, мы расширяем наш взгляд на космос и продолжаем процесс, начатый теми пещерными жителями, которые вышли наружу, чтобы посмотреть на небо.

А что сейчас?

Для кого-то космос был объектом изучения, а для кого-то предметом мечтаний и полета воображения. Теории, мифы, обычаи и предсказания всегда объединяли людей и звезды, науку и фантастику. 

Но мы уже далеки от фантастики - космическая гонка продолжается. В 2024-м году сразу несколько государств и компаний попытались высадить свои аппараты Луну, и некоторые попытки оказлись удачными. А в мае 2025 года Китай попробует впервые в истории человечества доставить образцы грунта с обратной стороны Луны. 

Впрочем, на этом планы и достижения сильнейших держав по освоению космоса не заканчиваются. На кого же возлагаются большие надежды и что нас ждет?

Ни для кого не секрет, что самыми успешными по количеству запусков и развитию космических технологий являются три страны-лидера: США, Китай, Индия и Россия. 

Рейтинг показывает страны, которые, на наш взгляд, активнее всего сами исследуют космос и проводят запуски.

График взят отсюда

Также стоит отметить, что ключевым фактором нашего исследования будут именно успешные запуски космических объектов , для примера возьмем диаграмму за 2023 год.

Общее количество успешных запусков в космосе за 2023 год — по остальным годам можно посмотреть здесь.

Первый из тройки 

За запуски в США отвечает самая обсуждаемая и сильная на данный момент корпорация NASA — старейшая действующая организация в мире (особенно после распада СССР). 

NASA — это официально независимое агентство, которое относится к федеральному правительству США и подчиняется напрямую президенту. Самая крупная космическая организация в мире со штатом 18 тысяч человек и годовым бюджетом 24 млрд долларов.

И ее цифры действительно поражают. Успешных запусков с 2020 по 2022 год: 172, а количество введенных в космос объектов (за тот же период) составило 4012!

История освоения космоса в США

США всерьез заинтересовались космосом в 50-х годах XX века. Первое, что хотело сделать правительство — это запустить первый искусственный космический спутник Земли. 4 августа 1955 года так называемый комитет Стюарта, в который входили ведущие физики и инженеры, совместно с ВМФ США получили разрешение от правительства на запуск такого спутника. Проект получил название «Авангард».

1 октября 1958 года, после подписания указа президентом Эйзенхауэром, появилось НАСА — Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, с первоначальным бюджетом 100 млн долларов и 8000 сотрудников. К работе сразу же привлекли знаменитого Вернера фон Брауна — отца ракетостроения. Он вместе со своей командой смог со второй попытки 1 февраля 1958 года запустить-таки первый американский спутник «Эксплорер-1». Однако США все сильнее отставали от СССР — особенно после того, как 12 апреля 1961 года Юрий Гагарин стал первым человеком, побывавшем в космосе. Американский астронавт Алан Бартлет Шепард на ракете «Редстоун» (в рамках проекта «Меркурий») совершил суборбитальный полет лишь 5 мая 1961 года.

Эмблема

Печать НАСА была одобрена Эйзенхауэром в 1959 году и немного изменена президентом Джоном Кеннеди в 1961 году. 

Первый логотип НАСА был разработан главой отдела исследовательских отчётов Льюиса, Джеймсом Модарелли, как упрощение печати 1959 года. В 1975 году оригинальный логотип был впервые назван «фрикаделькой», чтобы отличить его от недавно разработанного логотипа «червь», который заменил его. Эмблема «Фрикаделька» вернулась к официальному использованию в 1992 году. Логотип «Червь» был возвращён администратором Джимом Брайденстайном в 2020 году.

Напрямую из космоса

Передача технологий занимает центральное место в миссии НАСА с момента основания агентства. Как поясняет Дэррил Митчелл, начальник отдела передачи технологий Центра космических полетов имени Годдарда: «Национальный закон об аэронавтике и космосе от 1958 года гласит, что все научно-инженерные разработки должны быть доступны на благо общества». Сегодня НАСА реализует обширную программу передачи технологий, охватывающую 10 испытательных центров. Дэррил Митчелл: «Благодаря этой программе укрепляется репутация агентства, создаются рабочие места и осуществляется дальнейшее продвижение определенных технологий».

Штат ученых и инженеров в количестве примерно 11 тыс. человек делает НАСА одним из мощнейших локомотивов инноваций в мире. В рамках программы передачи технологий ежегодно разрабатывается около 1600 новых технологий самого различного применения. Например, г-н Митчелл отмечает, что в Центре Годдарда ведется множество исследований датчиков и детекторов, которые затем можно будет применять для медицинской диагностики.

НАСА является единственным федеральным агентством, предоставляющим подробную информацию о своем полном портфеле ИС на едином портале с возможностью поиска : это примерно 1500 действующих патентов, около 1100 из которых доступны для лицензирования (остальные в основном лицензируются на особых условиях). В 2021-м отчетном году агентство подписало свыше 200 соглашений о лицензировании патентов — больше, чем когда-либо.

Г-н Локни возглавил программу в 2011 году. Одной из его инициатив стали упрощение и стандартизация процедуры передачи технологий из 10 испытательных центров. С этой целью был разработан инструмент «Система передачи технологий НАСА», где изобретения проходят несколько этапов независимой проверки: сначала проводится обстоятельное собеседование с изобретателем, а затем оценка, для которой в том числе могут быть организованы консультации с представителями отрасли по поводу возможностей применения технологии. Патентная заявка подается только после того, как этот процесс будет успешно завершен.

В результате, учитывая масштабы инновационной деятельности агентства, оно подает относительно небольшое число заявок на патенты (около 80 в год). «Мы подаем патентные заявки исключительно с целью коммерциализации, а не ради защиты или престижа, — подчеркнул г-н Локни. — Если лицензиат не находится, мы отказываемся от патента».

Перспективы NASA

Вот лишь самые знаковые космические программы, которые сейчас поддерживает NASA.

Программа Артемида. Продолжение лунной программы «Аполлона», которое базируется на основе отмененных программ «Созвездие» и миссии по перенаправлению астероидов. 11 декабря 2017 года президент Дональд Трамп подтвердил, что программе — быть. В 2021 году администрация Джо Байдена подтвердила свою приверженность этой программе. В основе лежит космический аппарат «Орион» — 22 ноября 2022 года его поднял в воздух сверхтяжелый носитель SLS. Корабль облетел вокруг Луны и вернулся на Землю. К программе, как водится, подключили и SpaceX.

Dragonfly. Проект космического аппарата, по которому на Титан (крупнейший спутник Сатурна) осуществит посадку винтокрылый VTOL аппарат (с вертикальным взлетом и посадкой). Цель: провести исследование состава почвы и жизнепригодности спутника. Запуск планируется в июне 2027 года. Сам аппарат опустится на Титан около 2036 года, после чего отработает порядка 3 лет.

Международная космическая станция (МКС). США по-прежнему поддерживает сотрудничество в космосе и продолжает обслуживать станцию. У этого есть некоторые сложности: сейчас грузы доставляют при помощи космического корабля Cygnus и носителя Antares 230, в первой ступени которых используются российские жидкостные ракетные двигатели РД-181. Из-за санкций возникли технические проблемы — сейчас доставку переориентируют на корабли Cargo Dragon и носитель Falcon 9. 

Космический телескоп «Джеймс Уэбб». Большой орбитальный телескоп, оптимизированный для работы в инфракрасном диапазоне. Уэбб исследует «первый свет» после Большого взрыва и предназначен для изучения красного смещения, исследования дальних галактик и прочего.

Еще в США есть так называемые Космические силы (USSF): внутреннее подразделение Вооруженных сил США. Их деятельность — защита интересов государства в космическом пространстве. Другими словами, разведка, противоспутниковая деятельность и так далее. И в 2023 году они получили даже больше денег, чем NASA со своими исследованиями.

Из самого свежего 13 октября 2024 ракета Starship Илона Маска совершила успешный пятый испытательный полет, во время которого носитель Super Heavy впервые в истории ракетостроения совершил посадку обратно на стартовый комплекс.

В ходе тестового полета космического корабля впервые в мире были успешно протестированы рычаги на стартовой вышке «Мехазилла». SpaceX использовала их чтобы поймать возвращающуюся после испытательного полета ракету–носитель первой ступени. Этот успешный полет показал техническую возможность такого способа возвращения носителя, что существенно снизит затраты на космические полеты в будущем.

*Starship — это транспортная система нового поколения, которую компания SpaceX разрабатывает для доставки людей и грузов на Луну, Марс и за его пределы.

NASA также ожидает появления модифицированной версии Starship, которая будет использоваться в качестве посадочного модуля для полетов на Луну с экипажем в рамках программы Artemis в конце этого десятилетия.

Дальнейшее развитие

Г-н Локни уверен, что для раскрытия потенциала изобретений можно сделать еще многое, в частности охватив недостаточно представленные группы населения (в том числе групп этнических меньшинств в вузах и сообществах коренных жителей Америки) и территории, удаленные от испытательных центров НАСА. «Мы хотим добиться большего разнообразия. В этом плане университеты и бизнес-школы открывают для нас широкие возможности», — говорит он.

Еще одной потенциальной зоной роста является международное сотрудничество. Хотя программа для стартапов ориентирована на жителей США, НАСА предоставляет лицензии и зарубежным компаниям (за исключением тех случаев, когда на экспорт технологии наложены ограничения). Тем не менее, по финансовым соображениям НАСА редко подает патентные заявки за пределами США, поэтому ожидается, что иностранные компании включатся в процесс на раннем этапе и выплатят пошлины за подачу международных заявок согласно Договору о патентной кооперации (PCT) или иные пошлины за подачу заявок.

Одна из трудностей, с которой сталкивается НАСА при передаче технологий, — это растущая доля программного обеспечения в его изобретениях. Примерно треть изобретений НАСА составляют программные продукты, а федеральное казенное учреждение не может владеть авторскими правами на них. Соответственно, при отсутствии ограничений или нерешенных вопросов прав собственности исходный коду программного обеспечения появляется в открытом доступе. «Это означает, что оно может применяться в коммерческих целях, но его нельзя продавать. Однако ограничение коммерциализации не мешает использовать технологию», — поясняет г-н Локни.

«Мы хотим привлечь к технологиям внимание, чтобы кто-нибудь над ними поколдовал, — говорит г-н Митчелл. — В НАСА есть много выдающихся изобретений, но не всегда понятно, каким может быть их коммерческое применение. Возможно, оно полностью отличается от того, что делаем с ними мы». В некоторых случаях технология опережает свое время на пять, десять или даже пятнадцать лет и может потребовать значительной доработки перед выходом на рынок.

«В НАСА очень умные люди работают в очень сложных сферах и думают только о миссии Агентства и космосе», — говорит г-н Локни. — В перспективе мы хотим, чтобы как можно меньше технологий были скрыты в лабораториях и чтобы новые продукты и услуги на основе НИОКР НАСА попали на рынок».

Взгляд во вселенную

Человечество не прекращает изучать неизведанные уголки космоса с помощью пилотируемых миссий, космических аппаратов и массивных телескопов. Спустя полвека с тех пор, как Нил Армстронг ступил на Луну, наконец, развернулась гонка за колонизацию космоса. Теперь на место правительственных космических программ выходят частные компании со своими проектами по изучению Вселенной и развитию космического туризма.

Орбитальные транспортные хабы, лунные базы, двигатели на воде, транспортировка и разработка астероидов. Звучит как фантастика, но в реальности все это уже проектируется или существует в опытных образцах. А конечная материализация планов зависит, по сути, лишь от финансирования и обкатки. С финансированием, кстати, особых проблем нет. Частные и государственные инвесторы за последние 10 лет увеличили объемы инвестиций в разы, причем деньги вкладываются в долгосрочные проекты.

Обширный roadmap, сформулированный американцами, охватывает ближайшие 30 лет и приводит к почти десятикратному росту космической экономики, а также 200–300-кратному росту числа людей в космосе:

Мы здесь видим важные аспекты:

-начало сборки и ремонта спутников на орбите примерно в 2023–2024 годах;

-лунная база в 2027 году;

-добыча лунного топлива годом позднее;

-создание отеля или станции с искусственной гравитацией к концу 2030-х годов.

Это все довольно амбициозные задачи, но они выполнимы. Более далекие горизонты пока просматриваются не столь определенно, поскольку эти проекты еще не запущены. Каждая страна сейчас совершенствует свои технологии, обучает людей, ставят цели и задачи, которые кажутся нам абсурдными и нереальными. 

Сейчас мы находимся на пороге такого же взлета, когда космос откроет возможность почти неограниченного роста и расширения.