Почему космические технологии мы по-прежнему строим на Земле?
Сегодня основная проблема вывода полезных грузов в космос всецело связана с тем, в каком виде эти грузы туда выводить. Сейчас наши технические возможности позволяют нам создавать и доставлять объекты в космос таким образом, чтобы их можно было в последующем разложить, надуть, как воздушный шар, или же собрать, как фигурки оригами. Абсолютно все, что доставляется в космос, будь то супертелескоп, марсианский зонд или ровер, спутник и так далее, должно создаваться с таким учетом, чтобы все это дело могло поместиться в типовое свободное пространство использующихся ракет-носителей.
Если мы действительно хотим расширить масштабы наших космических достижений, нам сперва необходимо раздвинуть горизонт наших технических возможностей доставки полезной нагрузки на орбиту и разработать технологии, которые позволят нам работать в условиях нулевой гравитации. Однако, опять же, даже если сейчас мы начнем заниматься разработкой этих технологий на Земле, то будем заключены в рамки земной гравитации и связанные с этим ограничения. В результате не выйдет никакого толка. Единственным решением данной проблемы может являться лишь создание технологий в той же самой среде, в которой они и будут использоваться.
Идея о возможности строительства в космосе витает в воздухе не один десяток лет, но, как известно, на бумаге описать идею гораздо проще, чем ее реализовать. Тем не менее сегодняшние ученые предлагают наиболее убедительные и детальные схемы космических миссий, задачей которых в конечном итоге является создание первого космического строительного дока, который как раз и позволит расширить масштабы наших космических проектов. Концепция одной из таких миссий была недавно опубликована на страницах научного журнала Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and System и детально описывает все необходимые шаги для создания модульного 100-метрового космического телескопа RAMST (Robotically Assembled Modular Space Telescope).
Зеркало телескопа «Хаббл» в сравнении с основным зеркалом телескопа JWST (Космический телескоп имени Джеймса Уэбба). Последний придется доставлять на орбиту в сложенном состоянии и затем заново раскладывать уже в космосе
Преимущества технологий космического строительства вполне очевидны. Если планируется построить «что-то», что будет рассчитано на работу исключительно в условиях низкой гравитации, то это означает, что это «что-то» можно построить более хрупким, чем то, что изначально строится в условиях, в которых объекту приходится выдерживать еще и собственный вес. Другими словами, в космосе вы можете создавать объекты более крупными и при этом не особо беспокоится об их хрупкости. В космосе можно будет возводить сооружения и строить космические аппараты, о которых большинство астрофизиков могли лишь мечтать начиная еще с раннего детства и продолжают мечтать сейчас. На протяжении всей истории существования космических программ постоянно предлагались и обсуждались планы, связанные с комическим строительством. Однако всегда оставался (и остается до сих пор) открытым вопрос о том, как же это осуществить.
Самым очевидным ответом будет, конечно же, просто начать строительство в космосе. Подготовить космонавтов, отправить их в космос, оснастить необходимыми строительными инструментами и поставить задачу построить, скажем, космический магазин. Но это лишь мечты. Проблем потребуется преодолеть великое множество. Во-первых, нынешние имеющиеся космические скафандры очень сильно ограничивают свободу наших действий, а также точность работы, да и опять же для долгого использования совсем непригодны. Конечно же, возможность строительства в космосе может избавить нас, например, от проблем, связанных с созданием новых космических спутников, однако даже снижение стоимости и задержек в работе никак не смогут компенсировать необходимость в увеличении численности экипажей космических аппаратов, решении задач в их обеспечении едой, оборудованием и кислородом, не говоря уже о повышении риска получения травм и различных непредвиденных катастроф и поломок.
Концепт космического робота-строителя
Сам же процесс строительства в космосе хоть и решает множество проблем, но тем не менее создает множество собственных. Как вы представляете себе строительство какого-либо объекта на орбите, с давлением, близким к нулю, полным отсутствием возможности работы с горючими газами и где в принципе отсутствуют такие понятия, как «низ» и «верх»? Если говорить еще конкретнее, то как подойти к процессу строительства в среде, где знания, накопленные человеком за многие тысячи лет, фактически бесполезны? Любая работа с металлом и его поведение, например, там совершенно непохожи на те процессы, которые мы можем наблюдать здесь, на Земле. Все дело в том, что любая работа с металлом здесь, будь то сварка или отливка, непременно связана с воздействием кислорода и атмосферы, которые позволяют материалу переходить из одной фазы в другую. Даже заклепочный способ соединения металлических частей разработан с учетом воздействия прижимной силы гравитации, что позволяет всей конструкции быть надежной и прочно собранной.
Одним из возможных способов решения этой проблемы может быть 3D-печать. Конечно же, как и при сварке или отливке деталей, большинство материалов, использующихся в 3D-печати, требуют участия кислорода в процессе, в том числе и для охлаждения. К счастью, не все, поэтому аэрокосмическое агентство NASA некоторое время работает над потенциально эффективным проектом метода 3D-печати в космосе. Проект носит название SpiderFab. Его сутью является создание в условиях космической среды огромных километровых каркасов. Цель SpiderFab будет заключаться в строительстве первоначальной основы (или скелета, если хотите) будущей конструкции космической платформы с последующей ее доделкой с помощью более сложных материалов и частей, доставка которых на орбиту будет осуществляться с Земли. Речь идет не о предметах интерьера, а скорее о материалах, которые будут в дальнейшем использоваться для создания, например, окон (простите, иллюминаторов), которые будут производиться уже в более привычной земной среде на заводах.
Концепт SpiderFab
Понимая все это, приходишь к мысли, что собирающийся к запуску космический телескоп имени Джеймса Уэбба со своей модульной конструкцией зеркал выглядит не таким уж и устаревшим, так как технологии, необходимые для отливки таких хрупких и кристально чистых зеркал в космосе, в ближайшее время вряд ли появятся.
Тем не менее наличие хотя бы базовой возможности космического строительства является очень важным аспектом, если мы действительно хотим начать космическую колонизацию, хотя бы той же Луны или Марса. Если отбросить в сторону вопрос о наличии тех или иных материалов, сперва нам понадобится отработать собственно сами методы и способы 3D-печати в космосе.
Наиболее приближенная к нынешней реальности концепция космического строительства выглядит так: использование модульных, заменяемых частей, установкой и запуском которых будут заниматься роботы. Американское агентство DARPA по перспективным разработкам в настоящий момент продолжает заниматься своим проектом «Феникс», ключевая идея которого заключается в очистке околоземной орбиты от старых и вышедших из строя спутников и другого космического мусора и использовании всех этих частей в космическом строительстве. Возьмем центральный обрабатывающий процессор, парочку вот тех частей, прибавим одну-две солнечные панели, пару более-менее живых рулевых двигателей, да и вообще все то, что скопилось на околоземной орбите и по-прежнему представляет какую-то пользу, соединим это все между собой - и вот перед нами готов новый искусственный спутник. Примерно это и есть проект «Феникс».
Концепт аппарата проекта «Феникс»
Разумеется, обо всем этом нам пока остается лишь мечтать. И мечтать мы будем до тех пор, пока не найдем способ использовать строительный материал, имеющийся хотя бы на той же Луне. В противном случае нам придется по-прежнему запускать космические грузовики с необходимыми материалами, которые впоследствии будут использоваться роботами с технологией 3D-печати для строительства базовых конструкций. Материалы в этом случае будут доставляться на орбиту в виде компактно упакованных картриджей.
Почему космические технологии мы по-прежнему строим на Земле? Николай Хижняк
