31 Октября 2016 г.

Проклятие Марса. Почему Красную планету не получается исследовать

Проклятие Марса. Почему Красную планету не получается исследовать
Модуль «Скиапарелли» российско-европейской программы «ЭкзоМарс».
Фото: naked-science.ru

Посадка робота «Филы» на комету, марсоходы, проекты Илона Маска и – совсем недавно – судьба модулей российско-европейской программы «ЭкзоМарс», один из которых, «Скиапарелли», попал в аварию – исследования космоса в последние годы привлекают большой интерес. О причинах ЧП на «Скиапарелли», «проклятии Марса» и перспективах покорения красной планеты «Евразия.Эксперт» рассказал кандидат технических наук, член-корреспондент Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского Андрей Ионин.

- Модуль «Скиапарелли», запущенный по программе Европейского космического агентства (ЕКА) и Роскосмоса, разбился при посадке на Марс. Первая версия ученых – подвело программное обеспечение. На Ваш взгляд, насколько это вероятный сценарий?

- Надо отметить, что сам программа «ЭкзоМарс» – совместный российско-европейский проект. В то же время, модуль «Скиапарелли» – практически европейский аппарат. У него была российская ракета-носитель. И российским является часть оборудования, находившаяся на модуле «Трейс Гас Орбитер», который остался на орбите Марса и сейчас там работает, пока его напарник «Скиапарелли» неудачно «примарсианился».

Не уверен, что версия про программное обеспечение однозначно правильна – причины произошедшего станут известны не сразу. Я участвовал в разборе десятков аварий космических ракет, и мой опыт показывает, что первоначальные версии, иногда кажущиеся очевидными, потом часто оказываются некорректными. Подобные проекты и системы очень сложные, обладают большим количеством взаимосвязей, и не всегда их можно сходу проанализировать. Поэтому я бы не торопился с выводами.

Тем не менее, можно сказать, что версия про программное обеспечение имеет большие шансы оказаться правдой. Почему? Космические компании не являются специалистами по программному обеспечению. При этом программное обеспечение стало таким сложным, что пойдет если не на айфон, то на продвинутый смартфон точно.

Здесь возникает две проблемы. Первая: реализация масштабных проектов как «ЭкзоМарс» состоит из многих блоков, программы для которых пишут различные рабочие группы и компании, которые могут находиться даже в разных национальных космических агентствах.

Возникает такая же сложность, как и со смартфонами – как все «состыковать», чтобы не было сбоев, «дырок» и т.п. Вторая проблема: космические компании не обладают компетенциями компаний Facebook, Google или Apple для того, чтобы разрабатывать многокомпонентное программное обеспечение от различных авторов и тестировать его на ошибки. Это сложнейший процесс. Тем более, когда модули разрабатывают, программы неоднократно корректируются и меняются.

Поскольку программное обеспечение взаимосвязано, после проверки и коррекции одного элемента иногда приходится проверять всю систему заново. IT-компании умеют это делать. Космические компании – нет. Это и становится причиной ошибок.

Таких случаев в космонавтике на самом деле было много. И в советское время такое было, когда вводились неправильные данные на борт. Или, к примеру, марсианский проект NASA – метеорологический аппарат Mars Climate Orbiter – погиб в 1999 г., когда программное обеспечение писалось разными группами, одна работала в международной метрической системе СИ, другая – в английской системе мер и весов. Вот и не смогли перевести фунты в ньютоны, оттого аппарат вместо того, чтобы погасить скорость и стать спутником Марса, врезался на него на большой скорости. Элементарная ошибка в использовании разных систем измерений. Но и она может привести к фатальным последствиям. Оттого версия про программное обеспечение выглядит реалистичной.   

- Инцидент со «Скиапарелли» дал повод вновь заговорить о так называемом «проклятии Марса». Все советские и российские попытки исследовать красную планету терпели неудачи. В чем причина этой печальной тенденции?

- Мистики здесь никакой нет. Разговоры про проклятье Марса – это из области разговоров о Бермудском треугольнике. У всех провалов есть понятные причины. В последний раз с «Фобос-Грунт» в 2012 г., действительно запустили по сути «сырые» аппараты в силу недостатка средств. Хотя все понимали, что очень многие вещи не отработаны, в том числе – в части программного обеспечения.

Как сейчас выясняется, там были программные ошибки, сбои оборудования. Везде есть свой резон. Попытка списать на некое проклятье, на мой взгляд, неправильная логика. Как правило, везде обнаруживаются первопричины, чаще всего – человеческий фактор. Проекты других стран, скажем, американские ведь вполне хорошо реализуются.

 - В том-то и дело, что США удавалось несколько раз успешно сажать на Марс марсоходы. Роверы «Оппортьюнити» и «Кьюриосити» работают сейчас. Чего не хватает нам – денег, технологий?

- Нужно иметь опыт в реализации подобных проектов. Американцы ту же посадку марсоходов отрабатывали постепенно, усложняя задачу. Сначала у них был легкий ровер меньше 100 кг, следующие были больше 100 кг, «Кьюриосити» уже весит под тонну.

Американцы постепенно отрабатывали сложнейшие элементы: к Марсу подлетаешь с огромной скоростью, атмосферы нет, оттого требуются многоступенчатые системы посадки. Европейцы решили, видимо, сделать процесс отработки быстрее.

«Скиапарелли», конечно, весит меньше «Кьюриосити» – порядка 600 кг, но технические проблемы те же самые. Сначала торможение об атмосферу, потом использование парашюта, потом на последних этапах – посадка на реактивных двигателях. В итоге что-то не сложилось. Это тоже опыт. На Земле все не промоделируешь. Поэтому надо постепенно накапливать опыт.

Экзомарс.png

Российско-европейская межпланетная станция "ЭкзоМарс". Источник: nytimes.com.

У американцев такого опыта больше как с Марсом, так и в целом с дальними полетами, когда аппарат должен «жить» очень долго – вон запущенные в конце 1977 г. зонды «Вояджер» уже сколько живут?

Можно сказать, у нас – опыт в пилотируемой космонавтике, тогда как у США сейчас – лучший в мире опыт по дальнему космосу.

Европейцы пока идут методом проб и ошибок. Тем более – повод объединяться. Исследование Марса в одиночку – слишком дорогое удовольствие. Ведь речь идет о научных программах. Здесь нет вопросов национального престижа, экономического эффекта. Надо объединять усилия.

Пока это не очень удается. Изначально партнерами ЕКА по «ЭкзоМарсу» были американцы – они должны были делать ракету, но позже заявили, что у них таких денег (у них как раз финансовый кризис был), и из проекта вышли. Потом войти в кооперацию с ЕКА решил Роскомос. Так европейско-американский проект стал европейско-российским.

- Наша ракета оказалась дешевле?

- Конечно. Американские ракеты крайне дорогие. Американцы поэтому убрали их с коммерческого рынка запусков, они там неконкурентоспособны, используются только для запусков в интересах Пентагона и НАСА.

Лишь недавно Илон Маск, основатель компании SpaceX, вернул США на этот рынок. До этого американцы предпочитали экономить деньги. Бюджет НАСА хоть и занимает 50% бюджетов всех космических агентств мира, но для США он все равно маленький. К тому же, он не растет уже на протяжении последних 15 лет.

- Российские технологии будут оставаться полезными и востребованными в деле исследования освоения Марса?

- Что-то – да. На европейском орбитальном модуле они стоят. На марсоходе «Кьюриосити» стоят российские приборы. Практически во всех проектах по дальнему космосу есть российские элементы. Не во всех, но в определенных сферах Россия может быть и уже является лидером. Но я хочу подчеркнуть, исследования дальнего космоса должны проводиться в рамках международной кооперации.

Это в принципе правильно. Большой адронный коллайдер, ищущий «частицы Бога» в ЦЕРН – Европейской организации по ядерным исследованиям – это же огромный международный проект. ЦЕРН будет сейчас строить во Франции новый термоядерный реактор на $17 млрд.

В науке мы объединяемся. В космосе успешно работает проект МКС. Так должно быть и с Марсом. Разумеется, кто-то лидирует, все вносят разный вклад – это нормально, в этом нет ничего обидного.

Международная кооперация в дорогостоящих научных программах (все космические программы – дорогостоящие) абсолютно необходима и просто целесообразна.

 - Президент США Барак Обама написал статью для CNN, где объявил о планах к 2030-м годам отправить на Марс людей. Как оцениваете шансы американцев?

 - Я отношу этот призыв к тому, что таким образом Обама поддержал предложение Маска колонизировать Марс. Перед государствами встает вопрос – что делать дальше в пилотируемом освоении дальнего космоса? Не просто решать при помощи приборов научные задачи, а куда дальше двигаться человечеству в своей биологической ипостаси?Была Луна – куда дальше? Возвращаться на Луну? Лететь на астероиды? Лететь на Марс?

Эта проблема обсуждается с 1969 г., когда американцы «прилунились», но решения у нее нет. На мой взгляд, это связано с тем, что люди, рассказывающие о соответствующих проектах, не совсем пытаются понять мотивацию принятия подобных решений.

Мотивация запуска Советским Союзом человека в космос и финансирование этой программы, поверьте, не имела отношения именно к запуску человека. Она имела мотивацию доказать преимущество советского строя.

Аналогично мотивацией президента США Джона Кеннеди по принятию лунной программы было не освоение Луны и не попытка поставить там американский флаг. Мотивация была абсолютно геополитическая: надо было доказать всему миру и гражданам США, что Америка была и остается технологическим лидером, которому под силу решение любой задачи. Так как Советский Союз доказывал свое превосходство в космосе, Кеннеди была поставлена задача найти проект, в котором США именно в космосе утрут нос Советскому Союзу. Ему тогда и предложили Луну.

Поэтому, когда сейчас говорят, что надо лететь на Марс, я спрашиваю – в чем мотивация лидера страны затратить $200-300 млрд в временном горизонте в 15 лет, чтобы с огромным риском решить эту задачу? Что получит государство от этого – кому «нос утрет», какие технологии получит, как повысит свою обороноспособность?

Государство же заинтересовано не в получении прибыли от космоса, а в решении национальных задач. Национальных задач у государства и так много – технологическое развитие, повышение уровня жизни, сплачивание граждан, престиж на внешней арене. Какое отношение имеет Марс хоть к одной из этих задач? Никакого.

Поэтому я не верю и продолжаю не верить в любые государственные проекты пилотируемого освоения дальнего космоса. Это чрезвычайно затратно и не дает ничего для инвесторов. Государство в свою очередь очень прагматичный инвестор.

А у Маска другая задача. Он выступает не от лица государства, а от лица человечества. США, по крайней мере пока, не могут себе этого позволить, деньги ведь пойдут от американского бюджета. Коль выступаешь от лица всех, так и плати за всех. Этого не поймут ни налогоплательщики, ни Конгресс. 

Поэтому американцы и находились с 1969 г. в стратегической паузе, и весь мир находится в ней, потому что для государств нет обоснования таких огромных затрат. Так что Маску как бизнесмену, частному лицу, и приходится ставить задачу от лица человечества, что он и сделал. Он имеет на это моральное право. Где он найдет деньги – другой вопрос.

 - Пару лет назад НАСА испытывала проблемы. Бюджет постоянно урезался, одна за другой закрывались программы и проекты. Общественность негодовала, рассуждая о том, что человечество растеряло космические амбиции. Теперь весь мир следит за американскими марсоходами, приключениями зонда «Розетта» и его «друга» - аппарата «Филы», севшего на комету, обсуждает колонизацию Марса. О чем это говорит?

 - Это правда. Впервые с конца 60-х гг., с завершения лунной программы, космос вернулся на первые полосы газет. Причем вернулся постоянно и не только в случае каких-то космических аварий. Вернулся целенаправленно, серьезно. Связанные с космосом люди известны всему миру, их портреты на первых страницах журналов, им посвящено множество статей. Безусловно, в этом большая заслуга Маска. По сути он стал символом нового этапа развития космонавтики. Не коммерческой космонавтики SpaceX и США, а космонавтики человечества.

Причем многие считают почему-то, что Маск уже на первой презентации должен был рассказать все подробности проекта, представить чуть ли не макет ракеты. Это неправда, и Маск сам говорит, что до реализации его марсианской программы пройдет еще 15-20 лет.

Спросили бы у Королева в 1947 г., как будет выглядеть спутник и ракета, на которой его запустят. Думаю, он бы не ответил. Так и сейчас глупо будет спрашивать у Маска, как будет выглядеть марсианский корабль или как люди будут жить на Марсе. Есть планы, но конкретных технических решений пока нет – это нормально.

 - Вы говорили о космической кооперации. Может ли Марс стать целью, способной сплотить космические агентства Земли? Пока, как Вы также отметили, не очень получается. Порой американцы действуют отдельно, европейцы – отдельно.

 - Если брать конкретно проект Маска, то раньше космические агентства были фронтом, а исполнителем был частный бизнес. Космические агентства были инициаторами проектов, финансировали их, «частники» поставляли конкретные технические решения.

Сейчас с точностью до наоборот. Именно бизнес – в данном случае в лице Маска, затем могут подтянуться другие – бизнес выступает постановщиком задач, то есть инициатором, и основным инвестором, либо за счет собственных денег, либо за счет краудфандинга. А государственные агентства станут софинансировать проект, предоставлять доступ к каким-то технологиям, следить за соблюдением правил использования технологий двойного назначения и так далее. Государственные агентства отходят на второй план – это правда. Наступил реально новый этап развития космонавтики!

Теперь возникает интересный вопрос. Мы понимаем, что проект МКС рано или поздно завершится. Первоначально он должен был завершиться в 2015 г., потом говорили о 2020-м г., теперь принято решение до 2024-го. Этот год все равно настанет. Тогда будем решать, какой будет разрабатываемая новая станция. Будет ли это очередная государственная станция в условных конфигурациях «США-Евросоюз», «Россия-Индия-Китай», «Россия-США-Китай» и так далее.

Вполне возможно, это будет и частная станция, орбитальный сборочный цех рамках проекта того же Маска. Пилотируемая космонавтика переходит от государства в частные руки. Мы же не удивляемся, что в частные руки давно перешел рынок дистанционного зондирования Земли, космической связи, спутниковой навигации. Теперь, может быть, пришло время и для пилотируемой космонавтики. Я на самом деле уже этому не удивлюсь.

- Какое место могут занять Россия и ее союзники в новой космической реальности – дальше оборудование поставлять?

- Большинства технологий, нужных для полетов к Марсу и жизни на нем, сейчас в мире попросту нет. Даже Маск, недавно отвечая на вопросы в технологическом блоге Reddit, честно сказал, что многих ответов у него пока нет, он не знает, как многие вещи делать. Еще раз повторю – это нормально, иначе никак.

Вот и мой ответ на ваш вопрос очень простой – Россия может занять любое место. Потому что все места свободны. За какую технологию ни возьмись. Ту же тяжелую ракету, которую Маск собрался делать, можно делать вместе с ним. Думаю, он не откажется от партнерства. То же самое касается кораблей, технологий обеспечения условий жизни на Марсе. Площадка абсолютно открыта.

Росатом на протяжении семи лет строит ядерную электродвигательную установку мегаваттного класса для космоса. Этот проект, если его удастся создать, может стать российским вкладом в освоение Марса.

Мало того, что для полетов в космос нужно много энергии, химические двигатели, используемые сейчас в космонавтике, не очень эффективны. У них очень низкий удельный импульс – основная характеристика того, насколько эффективно вы сжигаете топливо.

Давно разработаны гораздо более эффективные двигатели с точки зрения превращения скорости при каждом сжигании грамма массы. Это происходит за счет превращения вещества в плазму и выбрасывания ее в качестве реактивной струи. А не продуктов сгорания химического топлива, как происходит в обычных реактивных двигателях.

В итоге эффективность повышается в 10 раз. Подобные двигатели для небольшой тяги используются на спутниках, позволяя экономить на массе аппаратов.  Еще в советское время, кстати, их разработали. У них один недостаток – требуется очень много энергии. На «движок» с тягой в несколько грамм требуются киловатты электроэнергии, притом, что самые хорошие спутники связи сейчас имеют мощность по 15-20 киловатт.

Поэтому есть идея создать мегаваттную ядерную установку, которая за счет ядерных реакций, а не солнечной энергии будет производить электроэнергию. Это в свою очередь даст большую тягу и позволит до Марса долететь не за год, а за несколько недель. 

Это одна из технологий, которая вполне вписывается в проект Маска, может стать ее ключевым элементом, и у России здесь самый большой в мире опыт.

Маск же собирается отправлять на Марс космический корабль, сделать на Марсе производство водородного топлива, чтобы возвращать его на Землю, заправляться и летать туда-обратно. Если будет создан российский «движок», можно будет обойтись без этой трудоемкой и непонятно как реализуемой процедуры получения реактивного топлива на Марсе.

Беседовал Александр Шамшиев

Комментарии
21 Июля
РЕДАКТОРСКая КОЛОНКа

Иначе дезинтеграция в ряде секторов Союзного государства может принять необратимый характер.

Инфографика: Сухопутные войска США в Европе
инфографика
Цифра недели

$26,8 млрд

составил объем взаимных прямых инвестиций в ЕАЭС в 2016 г., что на 15% больше, чем в 2015 г. Взаимные прямые инвестиции в ЕАЭС росли вдвое быстрее, чем в СНГ – Евразийский банк развития