Новая эра пилотируемой космонавтики
Фото: NASA Johnson Space Center / Public Domain
Пилотируемая космонавтика — дорогое, сложное и рискованное направление. Но существуют исследования, которые недоступны беспилотным аппаратам, потому что человек способен к импровизации, он видит неожиданное и может менять тактику эксперимента в реальном времени. Многие открытия в медицине, биологии и физике материалов были сделаны именно благодаря присутствию исследователя на борту. Но почему России нужна новая пилотируемая станция и какой она должна быть? Об этом — Валентин Уваров, член Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, директор АНО «Исследовательский центр „Космическая экономика и политика“».
Почему России нужна новая пилотируемая станция? Прежние проекты решали иные задачи. Станция «Мир» строилась в условиях военно-технического соперничества без учета коммерческой логики, а Международная космическая станция создавалась как политический и научный проект с жесткой координацией, низкой энерговооруженностью и фиксированной архитектурой. Сегодня требуются технологический суверенитет, частные инвестиции и модульная архитектура со сменяемостью блоков. Особенно важна высокая энерговооруженность для промышленных масштабов, поскольку без избыточной энергии невозможны ни мощные устройства для приема-передачи информации или же ее обработки на борту, ни непрерывные производственные циклы в микрогравитации.
Собственная станция дает гарантированный доступ к экспериментам без оглядки на партнеров. Технологический суверенитет не исключает международного сотрудничества, но позволяет выстраивать его на равноправной основе.
МКС остается крупнейшим международным проектом, который позволил освоить технологии длительного пребывания, но ее возможности для России остаются недоиспользованными из-за недостатка финансирования и неготовности приборостроения. Решение 1990-х годов сотрудничать с NASA было вынужденным. Партнерство позволяло сохранить инженерные школы, но платой стали зависимость от бюджетных циклов партнера и утрата части автономного опыта. США, в свою очередь, получили доступ к уникальным российским технологиям. Но эпоха МКС уходит, пора готовиться перевернуть эту страницу.
Новая российская орбитальная станция (РОС) — это не копия «Мира» и не облегченная версия МКС. Это принципиально новая архитектура. Главное ее отличие — в открытой модульной системе с неограниченным сроком службы. Раньше, когда какой-то модуль вырабатывал ресурс или морально устаревал, вместе с ним старела и вся станция.
На РОС мы сможем заменять любой модуль, отстыковав старый и пристыковав новый, и так до бесконечности. Это дает колоссальную гибкость и экономическую эффективность. Кроме того, закладывается унификация модулей, что снижает затраты на разработку, производство и обслуживание. Гермообъем станции на первом этапе составит 228 м3, а после полного развертывания достигнет 667 м3.
Для сравнения, общий герметичный объем российского сегмента МКС составляет 265,4 м3. Под научную и целевую аппаратуру планируется отвести до 49 м3 — объем, сопоставимый с небольшой лабораторией на Земле.
Самое главное — энерговооруженность. Если на российском сегменте МКС на научную аппаратуру сегодня идет лишь около 3 киловатт, то на РОС закладывается до 54 киловатт, а это в 18 раз больше. Это позволит размещать на борту мощные радиолокаторы, лидары, крупные антенны и энергоемкое оборудование. Кроме того, станция будет оснащена 39 внешними рабочими местами с полным набором интерфейсов, и это число может расти. Скорость передачи данных с целевой нагрузкой достигнет 2 гигабит в секунду. Экипаж — от двух до четырех человек, с возможностью эксплуатации станции в посещаемом режиме.
РОС будет одновременно выполнять четыре функции.
Во-первых, она служит платформой для отработки космических технологий, включая те, которые потребуются для дальних полетов к Луне и Марсу.
Во-вторых, станция становится центром интегрального наблюдения Земли и звездного неба во всем спектральном диапазоне, от оптики до радиоволн.
В-третьих, РОС является пилотируемой лабораторией для фундаментальных и прикладных исследований в области космической биологии, материаловедения, физики космических лучей и внеатмосферной астрономии.
В-четвертых, это космическая производственная база, где в условиях микрогравитации можно получать новые материалы и лекарства.
Кроме того, РОС станет базовой станцией для роя малых автоматических космических аппаратов. На борту можно будет хранить небольшие спутники, оперативно их развертывать, а главное, осуществлять их техническое обслуживание, ремонт и даже дозаправку.
Перед проектом РОС стоят два основных вызова.
Первый связан с научным приборостроением: эта сфера была фактически разрушена в 1990-е годы и восстановлена лишь фрагментарно. Требуется собственная электронная компонентная база с нужными характеристиками.
Второй вызов заключается в бюрократии. Путь от идеи научного прибора до его интеграции на борт пилотируемого комплекса занимает до десяти лет, за которые научные задачи успевают устареть. Необходимо упростить процедуры, шире использовать коммерчески доступные компоненты и пересмотреть нормативно-техническую документацию.
Государство должно обеспечивать платформу и инфраструктуру для частных и государственных потребителей, а не только для отдельных ученых из профильных институтов. Необходимо менять всю систему деятельности, начинать привлечение потребителей и частного бизнеса, в том числе с учетом опыта NASA.
Ключевым инструментом американской системы является независимый оператор «Центр содействия развитию науки в космосе» (Center for the Advancement of Science in Space — CASIS), созданный в 2011 году. В 2019 году для лучшего позиционирования на рынке CASIS взял себе коммерческое обозначение «Национальная лаборатория США на МКС». Коммерческая деятельность была выведена за пределы бюрократической структуры NASA.
Результаты говорят сами за себя. Реализовано более 940 коммерческих проектов, опубликовано свыше 630 научных статей, и почти 60% всех запущенных проектов составляют исследования частных компаний. Стартапы, прошедшие через программу Национальной лаборатории, привлекли почти $2,5 млрд частного капитала. Доступ на станцию открыт для всех участников, от стартапов до гигантов из списка Fortune 500, и им доступно до 50% ресурсов станции, включая время астронавтов и грузопотоки.
Компании используют фармацевтику и биотехнологии. Например, LambdaVision отправляла оборудование для создания искусственных сетчаток глаза. Redwire получила контракт на $25 млн на выращивание кристаллов белков для новых лекарств. Выращенные в космосе полупроводниковые кристаллы превосходят земные аналоги, и их стоимость может достигать миллиона долларов за килограмм. Axiom Space уже отправила четыре коммерческие миссии на МКС и планирует запустить орбитальный дата-центр с передачей данных до 10 гигабит в секунду...
Венцом стратегии станет переход к полностью коммерческим станциям после вывода МКС из эксплуатации, то есть после 2030 года. Япония пошла по схожему пути, но с национальной спецификой. С 2008 года частная компания JAMSS является единственной организацией в Японии, уполномоченной на коммерческое использование модуля «Кибо» на МКС. JAMSS выступает «единым окном» для бизнеса и ученых, полностью выведенным за периметр государственной бюрократии. Общим с США подходом является создание независимого оператора, который управляет коммерческой программой, берет на себя взаимодействие с заказчиками и делает космос доступным для частного капитала.
Чтобы реализовать потенциал РОС в условиях, когда на орбите будут работать еще несколько станций (китайская, несколько частных американских, индийская), и максимально эффективно загрузить мощности создаваемой станции, необходимы определенные организационно-технические решения, направленные на сокращение цикла планирования и проведения космического эксперимента.
Необходимо существенно скорректировать нормативную базу и предусмотреть два класса надежности: для фундаментальной науки и коммерции с разумными ограничениями и для критического бортового оборудования с жесткими ограничениями. Проведение космического эксперимента должно занимать не годы, а месяцы, а исследователи из университетов или бизнеса должны быть максимально освобождены от оформления сложной разрешительной документации. Это критически расширит число потенциальных заказчиков.
Необходимо создать отдельную структуру, которая станет оператором экспериментальной и коммерческой программы на новой станции. По аналогии с американским CASIS или японской JAMSS эта организация должна быть независимым «единым окном» для бизнеса, университетов, стартапов и зарубежных партнеров. Она будет отвечать за отбор проектов, помощь в адаптации оборудования, привлечение софинансирования, заключение контрактов на использование ресурсов станции, то есть времени экипажа, грузопотоков, внешних рабочих мест. Важно подчеркнуть, что в этой модели Роскосмос, предоставляя платный и квотируемый доступ к мощностям РОС, остается владельцем инфраструктуры и гарантом безопасности.
Очень важно создать открытую платформу данных по космическим исследованиям, которая откроет возможность планирования экспериментов для бизнеса. Заказчики должны видеть дорожную карту свободных мощностей на станции, опции по доставке груза на транспортном корабле, должны иметь возможность проводить корректировку плана исследований в случае изменения ситуации на рынке, открытия новых технологических решений и т. п. Без прозрачности мы не привлечем частные инвестиции, даже если будет создан оператор.
Вероятно, уже пора ввести целевую подготовку ученых-космонавтов именно для коммерческих заказчиков. Сейчас подготовка экипажа к научной работе занимает всего 4% времени, а в полете космонавты-испытатели на 70–80% загружены обслуживанием станции. Ученый-специалист, который летит на короткую целевую экспедицию, мог бы посвящать 80–85% времени именно экспериментам.
Речь идет не об абстрактных исследователях, а о специалистах, которые летят с прибором конкретной фармацевтической компании или металлургического концерна. Они должны уметь не только ставить эксперимент, но и вести диалог с заказчиком в реальном времени, корректируя программу по требованию бизнеса. Для этого требуется сокращенный курс общей подготовки продолжительностью 4–6 месяцев (такой опыт в России уже есть), а также углубленное погружение в предметную область заказчика.
Ученый-космонавт является не люксовой опцией, а ключевым сотрудником, обеспечивающим качество и скорость коммерческого сервиса на орбите. Это не дань романтике, а условие коммерческого успеха.
Еще по теме
