Из истории космонавтики: Луна, собаконавты и Венера

Публикуем расшифровку беседы Алексея Кудря с Павлом Шубиным, математиком, писателем, автором нескольких научно-популярных книг по космонавтике.

— Скажи, пожалуйста, пару слов о себе: чем ты можешь быть интересен народу.

— Я написал несколько книжек про космонавтику. Моя задача — восстановить забытое из первоисточников. Для этого надо лезть в архивы, которые в основном открыты. Там масса документов — я был первым, кто заказывал многие из них.

— То есть, если сильно захотеть, можно добыть любую информацию?

— Не любую. Главное — уметь задать нужный вопрос, что далеко не всегда получается.

— А что тебя сподвигло на историю космонавтики? Да еще и в писатели — ты же математик?

— Кто-то же должен. У меня был большой напряг от того, что нет хороших книг. Есть много зарубежных, где наша космонавтика отражена слабо и с ошибками. А наших нет, хотя, казалось бы, есть мемуары, научные отчеты. Первая из моих книг — Венера. Она немного грустная, поскольку про Венеру забыли, сейчас все нацелены на Марс. А по части Венеры очень много сделал Советский Союз, что тоже начали забывать. Вот я и решил написать книгу, посвященную исследованию Венеры — сидел в библиотеках, читал научные статьи.

— К Венере мы еще вернемся, а сейчас предлагаю поговорить о Луне. Можешь выдать какие-нибудь «10 малоизвестных фактов о Луне от Павла Шубина»?

— Для начала какой-нибудь сложный факт. Как менялось представление о полетах к Луне, начиная с Жюля Верна — как рассчитывал он (точнее, его кузен, профессор математики) и как надо считать в реальности. К сожалению, люди плохо представляют, сколько в динамике полета к Луне тонкостей и нюансов. Даже специалисты космической отрасли об этом не знают, в отличие от динамики полета вокруг Земли, где достаточно закона Кеплера. Я показал, как шло развитие у нас. Сначала была поставлена математическая задача, это сделал Мстислав Келдыш (впоследствии — президент Академии наук). Он дал задание решить это задачу своему аспиранту, Всеволоду Егорову, обеспечив ему доступ к ЭВМ. Первая ЭВМ появилась в СССР за год-два до этого. Аспирант с задачей справился — это был первый человек в мире, который понял, как лететь к Луне.

— А у Жюля Верна была правильная траектория полета?

— Нет. Мне Жюль Верн очень нравится — он впервые всерьез поставил задачу полета к Луне, нашел помощников. Его расчеты описаны во второй книге «Вокруг Луны». Там приведена формула, которая выглядит довольно страшно. Мне она не нравилась, но в конце концов я попробовал рассчитать траекторию из их исходных данных и получил точно такую же формулу. Она верна в рамках их предположений — в частности, о неподвижности Луны относительно Земли. Но Луна движется, и всё получается намного сложнее — например, там появляются точки Лагранжа. У Жюля Верна получается, что можно сразу попасть на орбиту вокруг Луны. На самом деле на первом витке нельзя — все траектории получаются гиперболическими относительно Луны. Корабль либо врезается в Луну, либо улетает. Захват на орбиту Луны без включения двигателя может произойти, только если корабль достаточно долго летает по орбите вокруг Земли. Об этом часто забывают. Причем самое интересное в том, что Жюль Верн показал вариант, когда корабль облетает вокруг Луны и возвращается на Землю. Тогда этот вариант казался нереальным, и лишь лет через тридцать математики показали возможность таких траекторий. Несмотря на нереалистичность ряда моментов (перегрузки при выстреле), фантаст умудрился угадать очень многое, например систему жизнеобеспечения для удаления углекислого газа, которая применяется и сейчас, скажем, на корабле «Союз». Единственное — сейчас применяют литий, а он предлагал более тяжелые щелочные металлы — калий или натрий. Он предлагал проводить испытания — сначала выстрелили собачкой, собачка выжила. Потом, чтобы испытать систему жизнеобеспечения, человека заперли на ключ в герметичной камере на то время, которое требует перелет до Луны. Там есть даже оценки сложности разных использованных технологий.

— Можем ли мы сказать, что некоторые аспекты космонавтики берут начало в романах Жюля Верна?

— Вся космонавтика берет начало оттуда. Возьмем Циолковского — он зачитывался Жюлем Верном и стал задумываться: если нельзя отправить корабль с человеком из пушки, то как можно? Глушко и другие тоже этими книгами зачитывались, потому и пошли в космонавтику.

— Получается, Жюля Верна можно записать в основоположники космонавтики?

— Да, он один из основоположников, несмотря на то что писатель-фантаст. Кстати, в основоположники можно и Достоевского записать, так как он впервые употребил понятие искусственного спутника Земли — если запустить в небо топор, он будет летать вокруг Земли подобно спутнику.

— Давай вернемся к 10 фактам.

— Вот еще прикольный факт. Началась лунная гонка еще в 1958 году, когда американцы первыми попытались запустить аппарат к Луне и были уверены, что это получилось. Очень скоро мы вышли на старт вторыми. Американцы торжествуют: великое достижение, преодолели тяготение Земли! В то же время в казахстанской степи уже стоит ракета с нашим зондом. Казалось бы, опоздали, но Королёв собирает команду на космодроме и говорит: «Товарищи, не расстраивайтесь — у них траектория перелета рассчитана на двое с половиной суток, у нас — на сутки с половиной, если мы сейчас запустим, то будем первыми!» Если бы это получилось, было бы здорово, но в тот раз не получилось ни у кого — американский зонд не набрал нужной скорости, вернулся и сгорел в атмосфере. Причиной неудачи было то, что ракету собирали в спешке из сырых систем — из того, что было. Первой преодолела гравитационный потенциал Земли наша «Луна-1», запущенная в январе 1959 года. По замыслу она должна была попасть в Луну, но пролетела в полутора радиусах. Потом была «Луна-2», которая попала в Луну. Потом была «Луна-3», которая облетела Луну и впервые сфотографировала ее обратную сторону.

Вторая лунная гонка была за мягкую посадку на поверхность. Первые аппараты «Рейнджер», которые должны были сесть, запустили американцы, но они не сели — один свалился на обратную сторону Луны. Параллельно начался «Аполлон». «Рейнджер» переделали для поддержки «Аполлона» — поставили на него мощные камеры с разрешением 1152 линии. Там не было запоминающего устройства — она в прямом эфире передавала кадры на Землю по мере того, как аппарат падал. Камера снимала до самого последнего момента — последний обрезанный кадр был с высоты в считанные десятки метров.

Из неприятного: поначалу у американцев шли сплошные аварии. Станции бьются, отказывают — «Пионеры», «Рейнджеры» — неудачи идут одна за другой. Упростили до предела — оставили только камеру. Ракета взлетает, на орбите работает успешно, проводится коррекция траектории, станция гарантированно падает на Луну, все передатчики работают нормально. Все счастливы, все уверены, что на сей раз получится, приходит сигнал на включение камеры, а камеры не включаются, и через десятки минут, не передав ни одного кадра, станция падает на Луну. (Речь о станции «Рейнджер-6». Последующие запуски «Рейнджеров» в 1964–1965 годах были успешными. — Ред.)

Теперь факт про «Аполлоны». Часто люди не понимают, насколько сложно сесть на Луну. Одна из сложнейших задач при посадке — наведение. Это можно сделать только с помощью радарной системы, причем она должна быть очень сложной — определять все боковые скорости при посадке. Американцы с этой системой очень долго мучались — подходящих компьютеров еще не было, микросхем не было, всё приходилось жестко распаивать из транзисторов. Мы попытались упростить задачу — нашли район на Луне, где можно было садиться вертикально, без боковых скоростей. Но есть так называемая проблема трех двигателей: для полета к Луне их должно быть три — для коррекции, для гашения основной скорости и для посадки. Проблема в том, что требуется погасить скорость около трех километров в секунду, для чего нужно очень много топлива, при этом тяга должна быть большой. После торможения корабль, израсходовав топливо, становится в пять раз легче. Тормозным двигателем с тягой три тонны уже невозможно выполнять точную регулировку скорости перед посадкой. Нужен другой, более слабый двигатель. Мы на «И-6» выкрутились с одним двигателем — на рулевиках: основное сопло выключается, и работают только рулевые двигатели. Американцы на «Сервейерах» тоже обошлись двумя — коррекция и посадка шла на одном и том же двигателе.

Проблема в том, что в жидкостных двигателях очень тяжело маневрировать тягой. Снизить тягу до 50% — это уже круто, до 70% — более-менее. А при посадке надо снижать тягу на порядок — до 10% от номинала. Это сделать очень сложно, в частности, из-за того, что поток топлива охлаждает двигатели. Тем не менее, американцы умудрились сделать для лунного модуля «Аполлона» двигатель с перепадом тяги в 10 раз — использовали для охлаждения двигателя гелий и прибегали к другим ухищрениям. Это единственный такой случай в истории. В отчетах NASA этот двигатель называется самой сложной конструкцией, разработанной в ходе программы «Аполлон».

— А почему упала израильская станция «Берешит»?

— Они показывали телеметрию, я получил все данные о посадке. Это очень круто, поскольку такие данные редко бывают доступны. Там завис бортовой компьютер и выключились двигатели, после чего аппарат стал падать. Причем у станции не было мешков наддува. В невесомости топливо в баках болтается произвольным образом, смешиваясь с газом наддува. Чтобы включить двигатель в невесомости, сначала включается очень малая тяга, топливо «осаживается», и двигатель включается на полную мощность. Другой вариант — на межпланетных станциях отделяют газ наддува от топлива с помощью специальных мешков. На «Берешите» их не было. Компьютер завис, выключились двигатели, наступила невесомость, и когда компьютер перезагрузился, двигатели не смогли нормально включиться из-за того, что в двигатель пошел газ наддува. Тяга оказалась слишком маленькой, к тому же станция перевернулась, и получилось ускорение вместо торможения.

— Теперь другая тема. Сколько всего собак летало в космос?

— Я видел цифру — около 50, хотя отследить это достаточно сложно. Были разные эксперименты. Была сюрреалистичная, не имеющая аналогов идея катапультировать собак из космоса и спускать на парашюте. Их катапультировали с высоты от 75 до 90 км в скафандре, потом раскрывался парашют. Люди с такой высоты не прыгали. Детали этой истории я опубликую в книге «Путь к Востоку».

— То есть этот рекорд собак так и не побит?

— Да. Среди собак были звезды, например Козявка — очень спокойная добродушная собака, летала два раза, катапультировалась, ее всегда находили спокойной и приветливой. Ее на радио приглашали — лаяла в микрофон.

— Правда ли, что какая-то собака убежала перед стартом?

— Убегали несколько собак. Один пес убежал, а потом перед пуском вернулся и успешно слетал — это был Смелый. Но была и другая история — перед самым пуском одна из собак убежала и не вернулась. А запускать надо. Тогда поймали на улице первую попавшуюся собаку — очень молодую, почти щенка. И успешно запустили.

— Эти собаки находились на иждивении государства? Их кормили?

— Да, но главное — их готовили, приучали к кабине, чтобы они там полежали, привыкли.

— То есть они становились профессиональными космонавтами?

— Был такой фильм, и главу в книге я так назвал: «Отряд космических дворняг».

— А ту собаку, которую отловили на улице и отправили в космос — ее можно назвать первым космическим туристом?

— Получается, можно. Еще забавно, какую ей дали кличку: Зиб — замена исчезнувшего Бобика.

— Теперь про Венеру. Ведь было переиздание твоей книги.

— Да, уже третье издание. Раньше я сам издавал, теперь АСТ решило издать. К сожалению, не удалось вставить туда изменения, например про фосфин, не дали времени, сказали: давайте макет, мы спешим.

— Какие дополнения ты хотел бы внести, если бы дали такую возможность? О чем читатели не узнают из нового издания?

— Интересен вопрос жизни на Венере. Первые аппараты, которые запускались к Венере, были рассчитаны на посадку в океан, там фигурировал «сахарный замок», который должен был раствориться и раскрыть антенну, там были средства для измерения кислотности океана на предмет возможности жизни. Потом было показано, что на Венере очень большая температура — сначала регистрацией теплового радиоизлучения, потом окончательно «Венерой-4», севшей на поверхность. Однако идея о жизни на Венере не погасла. Я говорил с планетологами, ведущими специалистами по Венере, например с Александром Базилевским из ГЕОХИ РАН и с Людмилой Засовой из ИКИ — они согласны с тем, что на Венере жизнь могла быть раньше, когда светимость Солнца была меньше. Скорее всего, там были океаны и, вполне возможно, была жизнь. Могли остаться ее следы, но как до них добраться, непонятно.

Здесь надо вспомнить Сванте Аррениуса, энтузиаста теории панспермии, которая предполагает, что жизнь в виде спор может переноситься от Солнца из-за давления света. Таким путем она не могла перенестись к нам с Марса, наоборот — без проблем. А с Венеры как раз могла, в этом случае мы — наследники венерианской жизни.

— Интересно. Но в популярной литературе доминирует обратная идея, что жизнь попала на Землю с Марса.

— Теоретически там могла быть жизнь, но это маленькая планета. Я видел оценки, сколько там могло быть воды — получается слой средней толщины 100 м. Когда Солнце было тусклее, там было холодней. То есть условия жизни были, но явно менее комфортные, чем на Земле. Но мы хорошо изучили только одну планету Солнечной системы — Землю. Если слетать на Марс и взять керн из полярной шапки, мы узнали бы многое. А пока предположение, что жизнь занесена на Землю с Марса, кажется малоправдоподобным. Это надо узнавать через метеориты, механизм Аррениуса здесь не работает.

Итак, вполне возможно, что раньше на Венере была жизнь. Вопрос — есть ли она там сейчас. С таким предположением согласны намного меньше людей. В венерианской атмосфере есть слой, где давление и температура примерно соответствуют земным. Второе место в Солнечной системе, где человек может находиться без скафандра и термоизоляции, достаточно кислородной маски и легкой одежды. Там сложно жить по другим причинам — там облачный слой с серной кислотой. Тем не менее, проекты станций, парящих в атмосфере Венеры, регулярно возникают.

— То есть Маск не прав, и надо колонизировать Венеру вместо Марса?

— Есть подозрение, что на самом деле терраформировать Венеру легче, чем Марс, потому что на Марсе нужно откуда-то взять атмосферу, которую он еще не удержит, а на Венере лишняя атмосфера. Вопрос, как от нее избавиться, тоже есть, но, возможно, он как-то решается.

— На Земле есть карбонатные отложения. Есть оценки, что если их перевести с СО₂, то на Земле будут точно такие же условия, как на Венере. Вопрос: основной газ на Венере — СО₂, если его связать, то там будет такая же атмосфера, как на Земле?

— Она будет в пять раз толще атмосферы Земли. Кроме СО₂ там есть азот, и его в пять раз больше, чем в нашей атмосфере. Правда, и у нас, если взять азот, который есть в почве, то его тоже в четыре раза больше, чем в атмосфере. Таким образом, общее количество азота на обеих планетах одинаково, только у нас его большая часть связана.

— Те есть правильно говорят, что Венера — сестра Земли?

— Они действительно очень близки по габаритам. Масса Венеры — около 0,8 массы Земли, размер тоже близок, только скорость вращения разная. Венера вращается очень медленно, что плохо, и у нее нет магнитного поля — видимо, тоже из-за медленного вращения. По поводу жизни есть теория, автор которой — научный руководитель программы «Викинг» по поводу поисков жизни на Марсе. Жизнь на Венере могла возникнуть на поверхности, а потом ушла в атмосферу, где есть подходящие условия, и там как-то существует. Теория очень веселая, но у нас нет даже фотографий облачного слоя — все станции проходят его на большой скорости. Хотя вряд ли там можно увидеть каких-нибудь птеродактилей или живые водородные аэростаты, но химия атмосферы Венеры настолько сложна — хлорсодержащие, фосфорсодержащие, серосодержащие вещества, — что там наверняка очень красивые облака. Жаль, что пока не хотят снимать в облачном слое.

Итак, есть гипотеза о жизни в верхних слоях атмосферы Венеры. Опять же недавно там открыли фосфин. Другие ученые считают Венеру эталоном планеты, находящейся в зоне жизни, но гарантированно безжизненной.

— Я один из них и считаю, что жизнь в Солнечной системе существует только на планете Земля.

— Астробиологи предлагают маркеры, свидетельствующие о жизни. Один из них — фосфин. Когда проводили калибровку этого маркера по Венере, где точно не должно быть жизни, его там обнаружили. Ирония в том, что выделяются деньги на исследования экзопланет на предмет признаков жизни, хотя полететь туда мы не сможем. А тут обнаруживается этот маркер на планете, которая в двух шагах. Казалось бы, нужно сразу выбивать финансирование, чтобы лететь, но как-то сразу все утихло, тратить деньги на полеты расхотели. (Недавно выделено финансирование, по крайней мере, на два венерианских проекта: VERITAS и DAVINCI+. — Ред.)

— У нас планируется полет «Венеры-Д». Она будет искать жизнь?

— Изначально не планировалось. Но, подозреваю, после истории с фосфином поставят какие-то дополнительные датчики для поиска биомаркеров. А пока, если чего-то отодвигают, то отодвигают «Венеру-Д». Видимо, потому, что это в значительной части повторение того, что было сделано 30 лет назад.

— А что по поводу «Луны-25»? Что она нам принесет? И когда ждать запуска?

— Это очень важная станция. К сожалению, запуск постоянно переносится. Не был готов один важный прибор — лазерный гироскоп. Он на тестах на вибрацию стал давать плохие показания. Сделали новый, но в прошлом году не было стартового окна, поэтому запуск планируется на текущий год.

Раньше садились на Луну там, где удобно. Но сейчас интересен прежде всего полярный район, где есть лёд в кратерах, которые никогда не освещаются Солнцем. Вода — это очень важно, поскольку основная проблема космонавтики в том, что всё приходится таскать с Земли. Если начать использовать местные ресурсы, хотя бы воду, будет намного легче. Вода нужна не только для питья — из нее можно получить кислород, можно делать топливо, можно выращивать еду. Цена обслуживания станции снижается буквально на порядки.

Однако на полюс сложно долететь. У него еще есть большие плюсы с точки зрения орбиты. Почему американцы гуляли по Луне только пару дней? Из-за того, что Луна хоть медленно, но вращается, и для того, чтобы попасть в плоскость орбиты станции, требуется больше топлива. Для полярной орбиты такой проблемы не существует.

— То есть полет «Луны-25» — важный шаг к строительству лунной базы?

— По крайней мере, один из важных шагов. На полюс должен был сесть индийский луноход, но он разбился. Кстати, там не так много удобных мест для посадки. Если бы лунная гонка разыгралась по-настоящему, то за эти места была бы битва.

— Битва за полюс Луны!

Запись аудиоподкаста:
youtu.be/watch?v=9GImtlIqQ3I