Nell'industria spaziale, l'eterna disputa tra fisici e parolieri è stata trasformata nel 21° secolo in un dibattito su ciò che è più importante per l'umanità: l'astronautica automatica o con equipaggio?
I fautori dell'"automazione" fanno appello ai costi relativamente bassi di creazione e lancio di dispositivi, che sono di grande beneficio sia per la scienza fondamentale che per risolvere i problemi applicati sulla Terra. E i loro avversari, sognando il tempo in cui "le nostre tracce rimarranno sui sentieri polverosi di pianeti lontani", sostengono che l'esplorazione dello spazio esterno è impossibile e inopportuna senza l'attività umana.
Dove andremo a volare?
In Russia, questa discussione ha un background finanziario molto serio. Non è un segreto per nessuno che il budget della cosmonautica domestica sia molto inferiore rispetto non solo agli Stati Uniti e all'Europa, ma anche a un membro relativamente giovane del club spaziale come la Cina. E le direzioni in cui l'industria è chiamata a lavorare nel nostro Paese sono tante: oltre a partecipare al programma della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), si tratta del sistema globale di navigazione satellitare GLONASS, e dei satelliti di comunicazione, telerilevamento della Terra, meteorologiche, astronavi scientifiche, per non parlare di quelle militari e a duplice uso. Quindi dobbiamo condividere questo "caftano trishkin" finanziario per non offendere nessuno (anche se alla fine tutti risultano comunque offesi, poiché i fondi stanziati per il normale sviluppo del settore non sono chiaramente sufficienti).
Di recente, il capo dell'Agenzia spaziale federale (Roscosmos) Vladimir Popovkin ha affermato che la quota di astronautica con equipaggio nel budget del suo dipartimento è molto ampia (48%) e dovrebbe essere ridotta al 30%. Allo stesso tempo, ha chiarito che la Russia rispetterà rigorosamente i suoi obblighi nell'ambito del programma ISS (dopo la cessazione dei voli navetta quest'anno, solo la navicella spaziale russa Soyuz fornirà gli equipaggi in orbita). Su cosa risparmieremo allora? Sulla ricerca scientifica o su sviluppi promettenti? Per rispondere a questa domanda, è necessario comprendere la strategia di sviluppo dell'astronautica domestica con equipaggio per i prossimi decenni.
Secondo Nikolai Panichkin, primo vicedirettore generale di TsNIIMash (che ha agito come portavoce del capo istituto scientifico ed esperto di Roscosmos), oggi è sbagliato contare le attività spaziali per 10-15 anni: “I compiti della ricerca fondamentale in profondità spazio, l'esplorazione della Luna e di Marte è così grandiosa che è necessario pianificare per almeno 50 anni. I cinesi stanno cercando di guardare avanti per cento anni.
Allora, dove voleremo nel prossimo futuro: nell'orbita vicina alla Terra, sulla Luna o su Marte?
Settima parte del mondo
Il patriarca dell'industria spaziale, il più stretto collaboratore del geniale designer Sergei Korolev, accademico dell'Accademia delle scienze russa Boris Chertok, è convinto che il compito principale della cosmonautica mondiale debba essere l'unione della Luna con la Terra. All'apertura del congresso planetario dei partecipanti al volo spaziale, che si è svolto a Mosca all'inizio di settembre, ha affermato: "Proprio come abbiamo l'Europa, l'Asia, il Sud e il Nord America, l'Australia, deve esserci un'altra parte del mondo - il Luna."
Oggi molti paesi, in primis Stati Uniti e Cina, parlano delle loro ambizioni per il satellite terrestre. Nikolai Panichkin afferma: “Quando la questione è stata decisa, cosa è venuto prima - la Luna o Marte, c'erano opinioni diverse. Il nostro istituto crede che, tuttavia, fissando un obiettivo lontano: Marte, dobbiamo attraversare la Luna. Su di esso, molte cose non sono state ancora esplorate. Sulla luna è possibile creare basi per condurre ricerche nello spazio profondo, sviluppare tecnologie per un volo su Marte. Pertanto, pianificando un volo con equipaggio su questo pianeta entro il 2045, dobbiamo stabilire avamposti sulla Luna entro il 2030. E nel periodo dal 2030 al 2040, creare le basi per l'esplorazione su larga scala della Luna con basi e laboratori di ricerca.
Il primo vicedirettore generale di TsNIIMash ritiene che durante l'implementazione di progetti lunari, l'idea di creare un magazzino per cibo e carburante nell'orbita vicina alla Terra meriti attenzione. Sulla ISS, è improbabile che ciò venga implementato, poiché la stazione dovrebbe cessare l'attività intorno al 2020. E le spedizioni lunari su larga scala inizieranno dopo il 2020. E un altro aspetto importante è evidenziato dallo specialista russo: “Quando l'istituto propone questa strategia, la mettiamo in relazione con piani strategici simili di Cina e America. Naturalmente, la corsa alla luna deve essere pacifica. Come è noto, le armi nucleari non possono essere testate e dispiegate nello spazio. Se nel prossimo futuro cosmonauti, astronauti e taikonauti inizieranno a stabilirsi sulla Luna, dovrebbero costruire lì alloggi, laboratori scientifici, imprese per l'estrazione di minerali preziosi e non basi militari.
Lo sviluppo delle risorse naturali della luna è un compito prioritario, ne sono convinti molti scienziati. Quindi, secondo l'accademico dell'Accademia delle scienze russa Erik Galimov, i minerali lunari possono salvare l'umanità dalla crisi energetica globale. Il trizio consegnato sulla Terra dal corpo celeste più vicino può essere utilizzato per la fusione termonucleare. Inoltre, è molto allettante trasformare la Luna in un avamposto per l'esplorazione dello spazio profondo, una base per monitorare i pericoli degli asteroidi, monitorare lo sviluppo di situazioni critiche sul nostro pianeta.
L'idea più brillante (e controversa!) è ancora l'uso dell'elio-3 disponibile sulla Luna, che non è sulla Terra. Il suo principale vantaggio, afferma Galimov, è che si tratta di "carburante ecologico". Così scompare il problema dello smaltimento delle scorie radioattive, che è la piaga dell'energia nucleare. Secondo i calcoli dello scienziato, il fabbisogno annuale di elio-3 di tutta l'umanità in futuro sarà di 100 tonnellate. Per ottenerli, è necessario aprire uno strato di terreno lunare di tre metri con un'area di 75 per 60 chilometri. Inoltre, paradossalmente, l'intero ciclo - dalla produzione alla consegna sulla Terra - costerà circa dieci volte meno dell'uso degli idrocarburi (tenendo conto dei prezzi del petrolio esistenti).
"Gli esperti occidentali propongono di costruire reattori di elio direttamente sulla Luna, il che ridurrà ulteriormente il costo della generazione di energia pulita", osserva l'accademico. Le riserve di elio-3 sulla Luna sono enormi - circa un milione di tonnellate: abbastanza per tutta l'umanità per più di mille anni.
Ma per iniziare a estrarre elio-3 sulla Luna tra 15-20 anni, è necessario iniziare subito l'esplorazione geologica, mappare le aree arricchite ed esposte al Sole e creare installazioni di ingegneria pilota, afferma Galimov. Non ci sono compiti ingegneristici complessi per l'implementazione di questo programma, l'unica domanda è l'investimento. I vantaggi che ne derivano sono evidenti. Una tonnellata di elio-3 in energia equivalente equivale a 20 milioni di tonnellate di petrolio, cioè a prezzi correnti costa più di 20 miliardi di dollari. E i costi di trasporto per la consegna di una tonnellata sulla Terra ammonteranno a soli $ 20-40 milioni. Secondo i calcoli degli specialisti, per soddisfare le esigenze della Russia, l'industria energetica avrà bisogno di 20 tonnellate di elio-3 all'anno e per l'intera Terra - dieci volte di più. Una tonnellata di elio-3 è sufficiente per il funzionamento annuale di una centrale elettrica da 10 GW (10 milioni di kW). Per estrarre una tonnellata di elio-3 sulla Luna, sarà necessario aprire ed elaborare un sito profondo tre metri su un'area di 10-15 chilometri quadrati. Secondo gli esperti, il costo del progetto è di $ 25-35 miliardi.
L'idea di utilizzare l'elio-3, tuttavia, ha degli avversari. Il loro argomento principale è che prima di creare le basi per l'estrazione di questo elemento sulla Luna e investire ingenti fondi nel progetto, è necessario stabilire la fusione termonucleare sulla Terra su scala industriale, cosa che non è stata ancora possibile.
progetti russi
Comunque sia, tecnicamente il compito di trasformare la luna in una fonte di minerali può essere risolto nei prossimi anni, ne sono convinti gli scienziati russi. Pertanto, diverse importanti aziende nazionali hanno annunciato la loro disponibilità e piani specifici per lo sviluppo di un satellite terrestre.
Gli automi dovrebbero essere i primi a "colonizzare" la Luna, secondo la Lavochkin Scientific and Production Association, la principale ONG nazionale nel campo dell'esplorazione spaziale con l'aiuto di veicoli automatici. Lì, insieme alla Cina, si sta sviluppando un progetto che ha lo scopo di gettare le basi per lo sviluppo industriale della luna.
Secondo gli specialisti dell'impresa, prima di tutto, è necessario indagare su un corpo celeste con mezzi automatici e creare un sito di test lunare, che in futuro diventerà un elemento di una grande base abitata. Dovrebbe includere un complesso mobile di rover lunari leggeri e pesanti, telecomunicazioni, complessi astrofisici e di atterraggio, grandi antenne e alcuni altri elementi. Inoltre, si prevede di formare una costellazione di veicoli spaziali in un'orbita quasi lunare per la comunicazione e il telerilevamento della superficie.
Il progetto è previsto per essere attuato in tre fasi. Innanzitutto, con l'aiuto di veicoli leggeri, seleziona le regioni ottimali sulla Luna per risolvere i problemi scientifici e applicativi più interessanti, quindi dispiega la costellazione orbitale. Nella fase finale, i rover lunari pesanti andranno al satellite della Terra, che determinerà i punti più interessanti per l'atterraggio e il campionamento del suolo.
Il concepito, secondo gli sviluppatori del progetto, non richiederà investimenti molto grandi, poiché i veicoli di lancio di conversione leggera del tipo Rokot o Zenit possono essere utilizzati per lanciare veicoli (ad eccezione dei rover lunari pesanti).
La principale compagnia spaziale russa con equipaggio, la SP Korolev Rocket and Space Corporation (RSC) Energia, è pronta a raccogliere il testimone dell'esplorazione lunare. Secondo i suoi specialisti, l'ISS svolgerà un ruolo importante nella creazione della base lunare, che alla fine dovrebbe trasformarsi in uno spazioporto internazionale. Anche se dopo il 2020 i paesi partner del programma ISS decidessero di non estenderne più l'operatività, è prevista la realizzazione di una piattaforma sulla base del segmento russo per l'assemblaggio delle strutture della futura base lunare in orbita.
Per portare persone e merci in orbita, è in fase di sviluppo un promettente sistema di trasporto, che consisterà in un veicolo spaziale di base e in molte delle sue modifiche. La versione base è una nave da trasporto con equipaggio di nuova generazione. È progettato per servire le stazioni orbitali, per inviare loro equipaggi e merci con successivo ritorno sulla Terra, nonché per essere utilizzato come nave di soccorso.
Il nuovo sistema con equipaggio è fondamentalmente diverso dall'attuale navicella spaziale Soyuz, principalmente in termini di nuove tecnologie. La nave promettente sarà costruita secondo il principio di progettazione Lego (cioè secondo il principio modulare). Se è necessario volare in un'orbita vicina alla Terra, verrà utilizzata una navicella spaziale per fornire un rapido accesso alla stazione. Se i compiti diventano più complicati e sono necessari voli al di fuori dello spazio vicino alla Terra, il complesso può essere dotato di un vano di servizio con la possibilità di tornare sulla Terra.
Energia prevede che le modifiche al veicolo spaziale consentiranno di effettuare spedizioni sulla Luna, mantenere e riparare i satelliti, effettuare voli autonomi lunghi fino a un mese per condurre varie ricerche ed esperimenti, nonché la consegna e la restituzione di una maggiore quantità di carico in una versione restituibile per carico senza equipaggio. Il sistema riduce il carico di lavoro dell'equipaggio, inoltre, grazie al sistema di atterraggio del paracadute, la precisione di atterraggio sarà di soli due chilometri.
Secondo i piani previsti dal Programma spaziale federale fino al 2020, il primo lancio del nuovo veicolo spaziale con equipaggio avverrà nel 2018 dal cosmodromo di Vostochny, in costruzione nella regione dell'Amur.
Se la Russia a livello statale decidesse comunque di sviluppare minerali sulla Luna, Energia sarà in grado di fornire un unico complesso di trasporto e spazio di carico riutilizzabile al servizio dello sviluppo industriale di un corpo celeste. Pertanto, la nuova nave (che non ha ancora ricevuto il suo nome ufficiale), che sostituirà la Soyuz, insieme al rimorchiatore interorbitale Parom sviluppato da RKK, fornirà il trasporto fino a 10 tonnellate di merci, il che ridurrà significativamente i costi di trasporto. Di conseguenza, la Russia sarà anche in grado di fornire servizi commerciali per l'invio di vari carichi nello spazio, compresi quelli voluminosi.
Parom è un veicolo spaziale che verrà lanciato da un veicolo di lancio in un'orbita terrestre bassa (circa 200 km di altitudine). Quindi, un altro veicolo di lancio consegnerà un container con carico in un determinato punto su di esso. Il rimorchiatore attracca con esso e lo sposta a destinazione, ad esempio in una stazione orbitale. È possibile lanciare un container in orbita con quasi tutti i vettori nazionali o esteri.
Tuttavia, con i finanziamenti attualmente esistenti per l'industria spaziale, la creazione di una base lunare e lo sviluppo industriale di un satellite terrestre sono progetti di un futuro piuttosto lontano. I piani per i voli sulla luna dei turisti con l'aiuto della navicella spaziale Soyuz modificata sembrano molto più realistici, secondo Roskosmos. Insieme alla società americana Space Adventures, il dipartimento russo sta sviluppando un nuovo itinerario turistico nello spazio e prevede di inviare i terrestri in un giro turistico intorno alla luna in cinque anni.
Anche un'altra nota azienda nazionale, il Khrunichev State Space Research and Production Center (GKNPTs), è pronta a contribuire allo sviluppo di un corpo celeste. Secondo gli specialisti di GKNPT, il programma lunare dovrebbe essere preceduto dal primo stadio vicino alla Terra, che verrà implementato utilizzando l'esperienza della ISS. Sulla base della stazione, dopo il 2020, si prevede di creare un assemblaggio orbitale con equipaggio e un complesso operativo per future spedizioni su altri pianeti, nonché, possibilmente, complessi turistici.
Il programma lunare, secondo gli scienziati, non dovrebbe ripetere quanto già fatto nel secolo scorso. Si prevede di creare una stazione permanente nell'orbita di un satellite terrestre e quindi una base sulla sua superficie. Il dispiegamento di una stazione lunare, composta da due moduli, fornirà non solo una spedizione, ma anche il ritorno del carico sulla Terra. Richiederà anche un veicolo spaziale con equipaggio di almeno quattro persone, in grado di essere in volo autonomo per un massimo di 14 giorni, nonché un modulo della stazione orbitale lunare e un veicolo di atterraggio e decollo. Il prossimo passo dovrebbe essere una base permanente sulla superficie lunare con tutte le infrastrutture che assicureranno la permanenza di quattro persone nella prima fase, quindi aumentare il numero di moduli di base e dotarla di una centrale elettrica, un modulo gateway e altri strutture necessarie.
Programmi del club spaziale
Russia
Nell'ambito del concetto per lo sviluppo dell'esplorazione spaziale con equipaggio russo fino al 2040, è previsto un programma per l'esplorazione della Luna (2025-2030) e voli su Marte (2035-2040). Roscosmos è convinto che l'attuale compito di sviluppare un satellite della Terra sia la creazione di una base lunare e un programma così ampio dovrebbe essere realizzato nel quadro della cooperazione internazionale.
Come parte della prima fase del programma di esplorazione lunare nel 2013-2014, è previsto il lancio dei satelliti lunari Luna-Glob e Luna-Resource, ha affermato il capo della Lavochkin NPO Viktor Khartov. I compiti della missione Luna-Glob sono di volare intorno alla luna, preparare e selezionare siti per il rover lunare, per altri complessi ingegneristici e scientifici, che diventeranno la base per la futura base, oltre a studiare il nucleo della luna usando speciali dispositivi di perforazione - penetratori (in questa materia, la cooperazione è possibile con il Giappone, poiché gli specialisti giapponesi hanno sviluppato con successo penetratori per molto tempo).
La seconda fase prevede la consegna di un laboratorio scientifico: un rover lunare sulla luna per una vasta gamma di esperimenti scientifici e tecnologici. In questa fase, India, Cina e paesi europei sono invitati a collaborare. Si prevede che gli indiani, nell'ambito della missione Chandrayan-2, forniranno un razzo e un modulo di volo, oltre al lancio dal loro cosmodromo. La Russia preparerà un modulo di atterraggio, un rover lunare del peso di 400 chilogrammi e attrezzature scientifiche.
Secondo Viktor Khartov, in futuro (dopo il 2015) è previsto il progetto russo Luna-Resource / 2, che prevede la creazione di una piattaforma di atterraggio unificata, un rover lunare a lungo raggio, un razzo di decollo dalla Luna, mezzi per caricare e conservare campioni di suolo lunare consegnati sulla Terra, nonché l'implementazione di atterraggi ad alta precisione sul faro situato sulla Luna. Allo stesso tempo, è prevista la consegna di campioni di suolo lunare raccolti utilizzando il rover lunare in aree preselezionate di interesse scientifico.
Il progetto Luna-Resource/2 sarà la terza fase del programma lunare russo. Come parte di esso, è prevista la conduzione di due spedizioni: la prima consegnerà un pesante rover lunare di ricerca sulla superficie lunare per condurre ricerche sui contatti e prelevare campioni di suolo lunare, e la seconda - un razzo per il decollo per restituire campioni di suolo alla terra.
La creazione di una base automatica consentirà di risolvere una serie di problemi nell'interesse di un programma lunare con equipaggio, che prevede che dopo il 2026 le persone voleranno sulla luna. Dal 2027 al 2032, è prevista la creazione di uno speciale centro di ricerca "Lunar Proving Ground" sulla Luna, già progettato per il lavoro dei cosmonauti.
Stati Uniti d'America
Nel gennaio 2004, il presidente degli Stati Uniti George W. Bush ha annunciato l'obiettivo della NASA di "tornare" sulla luna entro il 2020. Gli americani prevedevano di smaltire navette obsolete per liberare fondi entro il 2010. Entro il 2015, la NASA avrebbe dovuto implementare un nuovo programma Constellation simile al programma Apollo modernizzato ed ampliato. I componenti principali del progetto sono il veicolo di lancio Ares-1, che è uno sviluppo del booster a propellente solido della navetta, la navicella spaziale Orion con un equipaggio da cinque a sei persone, il modulo Altair, progettato per l'atterraggio sul superficie lunare e decollo da essa, palcoscenico per la fuga dalla Terra (EOF), così come il vettore pesante "Ares-5", progettato per lanciare l'EOF nell'orbita vicina alla Terra insieme all'"Altair". L'obiettivo del programma Constellation era di volare sulla Luna (non prima del 2012) e poi atterrare sulla sua superficie (non prima del 2020).
Tuttavia, la nuova amministrazione statunitense, guidata da Barack Obama, ha annunciato quest'anno la fine del programma Constellation, ritenendolo troppo costoso. Dopo aver ridotto il programma lunare, l'amministrazione Obama ha deciso parallelamente di estendere i finanziamenti per il funzionamento del segmento statunitense della ISS fino al 2020. Allo stesso tempo, le autorità statunitensi hanno deciso di incoraggiare gli sforzi delle società private per costruire e far funzionare veicoli spaziali con equipaggio.
Cina
Il programma di studio della luna cinese è convenzionalmente diviso in tre parti. Durante il primo nel 2007, la navicella spaziale Chang'e-1 è stata lanciata con successo. Ha lavorato nell'orbita lunare per 16 mesi. Il risultato è stata una mappa 3D ad alta risoluzione della sua superficie. Nel 2010 un secondo apparato di ricerca è stato inviato sulla luna per fotografare aree, in una delle quali dovrà atterrare il Chang'e-3.
La seconda fase del programma di ricerca per un satellite naturale della Terra prevede la consegna di un veicolo semovente sulla sua superficie. Come parte della terza fase (2017), un'altra installazione andrà sulla luna, il cui compito principale sarà la consegna di campioni di roccia lunare sulla Terra. La Cina intende inviare i suoi astronauti sul satellite della Terra dopo il 2020. In futuro, è prevista la creazione di una stazione abitabile lì.
India
L'India ha anche un programma lunare nazionale. Nel novembre 2008, questo paese ha lanciato la luna artificiale "Chandrayan-1". Da esso è stata inviata una sonda automatica sulla superficie del satellite naturale della Terra, che ha studiato la composizione dell'atmosfera e ha prelevato campioni di suolo.
In collaborazione con Roscosmos, l'India sta sviluppando il progetto Chandrayan-2, che prevede l'invio di un veicolo spaziale sulla Luna utilizzando il veicolo di lancio indiano GSLV, composto da due moduli lunari: un modulo orbitale e uno di atterraggio.
Il lancio del primo veicolo spaziale con equipaggio è previsto per il 2016. A bordo, secondo il capo dell'Indian Space Research Organization (ISRO) Kumaraswamy Radhakrishnan, due astronauti andranno nello spazio, che trascorreranno sette giorni in orbita terrestre bassa. L'India diventerà così il quarto stato (dopo Russia, Stati Uniti e Cina) ad effettuare voli spaziali con equipaggio.
Giappone
Il Giappone sta sviluppando il suo programma lunare. Così, nel 1990, la prima sonda fu inviata sulla luna e nel 2007 il satellite artificiale Kaguya fu lanciato lì con 15 strumenti scientifici e due satelliti - Okinawa e Ouna a bordo (ha funzionato nell'orbita della luna per più di un anno). Nel 2012-2013, era previsto il lancio del prossimo apparato automatico, entro il 2020 - un volo con equipaggio sulla Luna, e entro il 2025-2030 - la creazione di una base lunare con equipaggio. Tuttavia, l'anno scorso, il Giappone ha deciso di abbandonare il programma lunare con equipaggio a causa di deficit di bilancio.
