Заменить людей автоматами

Почти вся современная космонавтика попадает на один снимок Земли, сделанный с достаточно высокой орбиты. Сейчас космос выполняет чисто прикладные функции для обслуживания нашей планеты (связь и съемка поверхности), а также является местом проведения научных исследований. Первый пункт ни у кого вопросов не вызывает, а вот по второму ведутся жаркие споры. Кто-то подвергает сомнению необходимость фундаментальных исследований в целом, а другие настаивают, что человеку в космосе делать нечего: пилотируемые полеты нужно прекратить, передав изучение космоса автоматическим межпланетным станциям.

Сейчас, в начале XXI века, люди постоянно присутствуют на орбите Земли. Они проводят биологические исследования, делают эксперименты по прикладной науке и небольшое количество фундаментальных экспериментов по астрономии и физике. Однако гораздо больше астрономических данных получено благодаря автоматическим космическим обсерваториям. И почти все, что мы знаем о Солнечной системе – результат работы автоматических аппаратов.

Расходы на содержание Международной космической станции составляют несколько миллиардов долларов в год. Сравнимые средства ежегодно выделяются на разработку и поддержание существующих исследовательских станций.

Чтобы выяснить эффективность двух подходов к исследованию космоса – при помощи автоматических станций и пилотируемыми экспедициями, – нужно сравнить их стоимость для решения аналогичных задач. Это понятно: если все многоплановые исследования, проведенные МКС, попытаться выполнить при помощи автоматических спутников, их потребуются тысячи. А с другой стороны, космонавтов на Марсе сейчас не наблюдается, и на то есть причины.

Давайте разделим исследовательские задачи на группы по их сложности.

Здесь не перечислены задачи в области астрономии и изучения малых тел, но, как видите, далеко не все исследования из этого списка сейчас проводятся. Человечество изучает космос настолько, насколько это по средствам государственным космическим агентствам, а у них денег довольно мало. Чем сложнее ставится задача, тем дороже средства для ее решения. Причем стоимость автоматических межпланетных станций возрастает нелинейно по мере их усложнения.

Каждое космическое исследование, за исключением миссий с возвратом грунта, требует двух элементов:

Стоимость доставки аппаратуры на космическое тело – простой вопрос. Минимальная масса автоматической станции составляет сотни килограммов, а масса самой маленькой пилотируемой экспедиции на два порядка больше. Эта разница может качественно выражаться в стоимости, например, в случае исследований Марса: сейчас у нас нет технологий доставки на Марс грузов массой более 1-1,5 т. Их разработка потребует многие миллиарды долларов. При этом в случае гипотетической сверхтяжелой автоматической станции массой 50 тонн, разумеется, средства ее доставки будут стоить примерно столько же, сколько и для пилотируемой экспедиции. Размеры системы жизнеобеспечения не стоит переоценивать. Она займет небольшую долю от общей массы космического экспедиционного комплекса.

В случае пилотируемых исследований научные приборы окажутся намного дешевле: можно использовать серийные образцы аппаратуры, созданные для работы на Земле, а не разрабатывать уникальные автоматизированные приборы. Средства доставки образцов к научным приборам в автоматических станциях – это различные механизмы для отбора проб, шасси для перемещения по поверхности планеты и т.д. Такие служебные механизмы уникальны для разных научных приборов и разрабатываются специально для разных космических аппаратов. Это дорого. Кроме того, пока нам доступны только механизмы, решающие задачи второй группы. Для более сложных задач потребуются гораздо более сложные и дорогие роботизированные механизмы. Самый простой пример – автоматическая буровая установка, способная пробурить скважину глубиной 100 м и отобрать из нее ненарушенные образцы пород. Сложность такой техники обусловит значительный рост массы и снижение надежности.

В пилотируемых экспедициях ту же роль играют космонавты. Человек – универсальный манипулятор, способный добывать образцы и работать с неавтоматизированными приборами. В добавление к рукам человеку нужны некоторые простейшие приборы, но стоимость лопаты, ручного бура или пинцета такова, что ей можно пренебречь. Тяжелая буровая установка, управляемая человеком, тоже будет на порядки дешевле автоматической. Человек без уникального сложного оборудования способен выполнять почти все исследовательские задачи третьей группы.

Отсюда следует несколько выводов. Во-первых, даже для решения исследовательских задач третьей группы финансирование космонавтики пришлось бы значительно увеличить, вне зависимости от того, какие средства мы будем применять. Хорошим примером автоматической базы, направленной на комплексное исследование другого космического тела, является концепция «Лунного полигона» от НПО им. Лавочкина. Она подразумевает, что на Луну будет отправлено большое количество различных автоматических станций и луноходов, работающих вместе. Такая станция сможет целенаправленно вести поиск образцов в рамках своей научной программы, а затем проводить их комплексные исследования.

Концепция автоматической комплексной станции «Лунный полигон», разработанная НПО им. Лавочкина

Во-вторых, «автоматы» не всегда дешевле «людей». Пилотируемые научные экспедиции могут быть дешевле в случае 1) масштабных, 2) сложных или 3) разноплановых исследований. Тяжелая автоматическая техника не будет дешевле пилотируемой экспедиции; разработка сложной техники не будет дешевле использования людей; в разноплановых исследованиях лучше использовать универсального космонавта, а не сотни дорогостоящих уникальных приборов.

Давайте рассмотрим пример. Исследовательские спутники среднего класса обычно стоят от сотен миллионов до $1 млрд. Марсоход Curiosity, прибывший на Марс в августе 2012 года, обошелся НАСА приблизительно в $2,5 млрд. Он решает научные задачи из второй группы. В аналогичную сумму обойдется сделанный на той же платформе, но с новым набором приборов проект Mars 2020.

Оценить стоимость пилотируемого полета сложнее. Мы знаем общую стоимость программы полетов на луну «Аполлон». Она превысила $130 млрд в пересчете на курс 2016 года. Эта сумма не отражает объективную стоимость научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, необходимых для начала полетов на Луну, поскольку она включает разработку с нуля большого количества технологий и материалов, а также создание масштабных производств. Значительная часть современной производственно-испытательной базы НАСА была создана в те годы.

Стоимость отдельного полета на Луну значительно меньше. В 1971 и в 1972 году было выполнено по две экспедиции на спутник Земли. Бюджет НАСА в эти годы примерно соответствовал современному бюджету агентства.

В XXI веке пилотируемое изучение Луны было бы значительно дешевле. Существует два исследования (NexGen Space в США и Lin Industrial в России), которые оценили стоимость возвращения людей на Луну на современных технологиях в $10-15 млрд. Помимо этого, мы можем легко оценить расходы на отдельный полет, поскольку почти вся техника для возвращения на Луну, кроме посадочного модуля, сейчас существует. При наличии уже разработанных ракеты, корабля и посадочного аппарата, одна экспедиция, в зависимости от выбранной схемы полета, будет стоить от $300 млн до $1 млрд.

Оценить стоимость отдельного полета на Марс сложнее, но, вероятно, он будет на порядок дороже – $5-10 млрд. Разработка необходимой техники, по аналогии, будет стоить до $100-150 млрд.

Для Луны исследовательский аппарат, аналогичный Curiosity, обошелся бы раза в полтора дешевле за счет более простой системы посадки.