Юпитер выглядел крошечным рыжеватым диском. Кто-то из ребят уверял,
что сумел разглядеть и его спутники. Честно говоря, мне это не удалось, по крайней
мере в первые три дня после разворота. Но увидеть Юпитер – это было здорово!
Роберт Хайнлайн «Фермер в небе»
Гиганты Cолнечной системы
Главное астероидное кольцо как бы делит Солнечную систему на две неравные части. Внутри него – планеты земной группы и само центральное светило. Расстояния между планетами относительно невелики, и перелеты между ними вполне доступны даже при существующем сейчас уровне космической техники. Да что там говорить, они были возможны еще во второй половине прошлого века. И, как мы уже знаем, планировались. Однако пока космические трассы к Венере, Марсу, и Меркурию – удел лишь автоматических межпланетных кораблей.
За Главным кольцом в глубинах космоса величаво плывут по своим орбитам планеты-гиганты. Расстояние до них измеряется уже не сотнями миллионов, а миллиардами километров. И перелет к ним представляет гораздо большие сложности, чем экспедиция к Марсу, Венере или астероидам Главного пояса.
«Так зачем лететь-то?» – спросит прагматик. Ответим сразу: на текущий момент посещение планет-гигантов представляет чисто научный интерес. Однако и специалисты NASA, и футурологи, и фантасты в один голос утверждают: в ближайшем будущем включение планет-гигантов и их спутников в сферу космической индустрии станет не прихотью, а необходимостью. И главный интерес в данном вопросе представляют крупные спутники планет-гигантов.
Напомним, что для Юпитера это четверка так называемых «Галилеевых спутников»: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Всего «в свите» крупнейшей планеты Солнечной cистемы 67 сателлитов и система колец, но для науки и для последующего освоения интерес представляет именно эта четверка. Ио привлекает внимание вулканизмом, Европа – огромным океаном, скрытым под поверхностью, где, по предположениям ученых, вполне вероятно существование биологической жизни. То же самое можно сказать и про Ганимед. А Каллисто и вовсе считается одним из первых кандидатов на колонизацию.
Теперь переместимся к Сатурну. Из 63 его спутников наиболее интересны Энцелад с его подповерхностным океаном и Титан с метановыми реками. Проекты их освоения рассматриваются в NASA как дополняющие друг друга. Наконец, из «свиты» Урана – Титания, а у Нептуна – Тритон. Но как добраться до них?
Путь за астероиды
Расстояние между Марсом и Землей колеблется между 55,7 и 68 млн. километров. И если на всю марсианскую экспедицию по максимуму отводится 33 месяца, то полет по трассе Марс–Земля должен занять 9 из них. Это с учетом, что даже в космосе прямой путь не всегда самый быстрый. До Юпитера расстояние гораздо больше – планета-гигант максимально сближается с землей на 588 млн. километров, а максимально отдаляется на 967. Значит ли это, что до цели придется лететь долгие годы? Вовсе нет. Автоматическая межпланетная станция «Пионер-10» добралась до Юпитера за 21 месяц. А «Новые Горизонты» – «всего» за 13. Все дело в гравитационных маневрах, которые могут существенно ускорить полет межпланетного корабля. Правда, для разового полета к Юпитеру такой способ приемлем, но для постоянного рейсового сообщения не подходит.
Космический пинг-понг
При правильном сближении гравитационное поле Земли может ускорить межпланетный корабль до 7,9 км/с за один раз. А корабль, запущенный на гелиоцентрическую орбиту, за три сближения с Землей ускорится до 34 км/с. С такой скоростью полет к Юпитеру займет всего 7 месяцев с небольшим. Правда, надо еще погасить скорость, но сделать это можно гравитационным полем самого Юпитера.
Что уж говорить про Сатурн с его расстоянием от Земли от 1,195 до 1,66 млрд. километров, Уран (2,7–2,85 млрд. километров) или Нептун (4,3–4,6 млрд. километров). «Пионер-10» летел до Нептуна 7 лет. Это без учета торможения, которое также заняло бы значительное время: межпланетная станция просто покинула пределы Солнечной системы. А ведь пилотируемому межпланетному кораблю необходимо еще и вернуться назад. 14-летний перелет не выдержит ни человек, ни какая-либо из имеющихся на сегодняшний момент систем жизнеобеспечения.
Для полетов на такие расстояния нужны двигатели совсем другого типа. Сейчас их не существует. И, как ни парадоксально это звучит, работы над ними велись и в СССР, и в США. Во времена «великой космической гонки» сверхдержавы работали на весьма далекую перспективу.
В 1963 году руководителем НПО Энергомаш академиком В.П. Глушко было принято решение о разработке ядерных космических энергоустановок на основе газофазовых ядерных реакторов, весьма перспективных для дальних межпланетных полетов.
Газофазный, ядерный…
Двигатель такого типа мог иметь скорость истечения рабочего тела до 50 км/с, демонстрировать неплохие показатели по удельному импульсу и тяге и как нельзя лучше подходил для дальних межпланетных полетов. «Изюминка» этой системы заключается в том, что топливо в ядерном реакторе находится в газообразной форме или в виде плазмы, а температура пропускаемого через него рабочего тела – от 8 до 10 тыс. градусов по шкале Кельвина. Или – если считать в привычных нам градусах Цельсия – то до 9727. Работы велись практически с нуля коллективом настоящих молодых гениев: руководителям проекта – Р.А. Глинику и В.М. Иевлеву – было по 37 лет, а их подчиненным и того меньше. Тем не менее, к 1974 году был разработан, как сейчас модно говорить, аванпроект газофазной двигательной установки открытого типа (то есть собственно двигателя) и газофазной энергетической установки замкнутого типа. Однако в 1974 году в НПО Энергомаш приступили к разработке двигателя для системы «Энергия-Буран». Финансирование газофазного проекта шло по «капельному» принципу и до 1982-го коллектив занимался только бумажной работой. Позднее «газофазник» вновь попал в «фавор» – но ненадолго. В 1989 году финансирование проекта полностью прекратилось. Как и многих других.
Проект, способный сократить время полета до Юпитера до считанных месяцев, почил в бозе в 1989 году, однако сейчас двигатели именно такого типа считают необходимыми для успешного перелета к планетам-гигантам. Межпланетный корабль, использующий «газофазник» в качестве «пламенного сердца», мог бы не слишком сильно отличаться от разработок для полетов по «трассе» Земля–Марс. Еще более перспективным считается термоядерный ракетный двигатель, в котором реактивную «струю» создает термоядерная плазма. Однако на сегодняшний момент можно говорить только о твердых теоретических и инженерных предпосылках для создания такого двигателя.
Каллисто. Кандидат на заселение номер один
Третий по величине из галилеевых спутников Юпитера, Каллисто, на сегодняшний момент представляется одним из наиболее вероятных «адресатов» для отправки в те края пилотируемой экспедиции. Ио и Европа находятся внутри радиационного поля Юпитера, а Каллисто в этом плане гораздо более привлекательна. В 2003 году NASA провела концептуальное исследование, в котором были изучены перспективы будущего освоения человеком внешних областей Солнечной системы. Работа получила название Human Outer Planets Exploration, а первые буквы этих слов, в свою очередь, составили слово HOPE, что переводится на русский как «Надежда». Получилось весьма символично. НОРЕ предполагает осуществление в 40-х годах нашего века пилотируемого полета на Каллисто, который даст начало колонизации спутника Юпитера. При этом речь идет не об очередном «водружении флага», а о создании на поверхности сателлита долговременной базы. В полет должны отправиться несколько кораблей – один будет нести на себе экипаж, а остальные – оборудование базы и научный груз. Надо сказать, что на Каллисто, так же как на Ганимеде и Европе, присутствует подповерхностный океан (по предположению ученых, достаточно соленый) – следовательно, проблем с водой и кислородом у экспедиции возникнуть не должно. По планам, первая экспедиция пробудет на поверхности спутника от 32 до 123 суток, а общая протяженность полета составит от 2 до 5 лет.
В дальнейшем же Каллисто видится ученым базой для заправки и обслуживания космических аппаратов, отправляющихся в просторы за Юпитером. Таким образом, она включается в линейку «космических бензоколонок» – Марс, Церера, Каллисто… Кроме того, находясь на поверхности спутника, ученые смогут напрямую заниматься исследованиями самого Юпитера и остальных сателлитов – в первую очередь Европы.
Облака над Каллисто
В далекой перспективе Каллисто может быть терраформирована. Обладая огромными запасами воды и газогидратов на поверхности и в подповерхностном океане, этот спутник Юпитера – «лакомый кусочек» для терраформинга, хотя и не такой привлекательный, как Ганимед. Из-за небольшой силы тяжести Каллисто не сможет удержать вокруг себя стабильную атмосферу, но внутренних ресурсов планеты будет, как представляется сейчас, вполне достаточно, чтобы восстанавливать постоянно улетучивающуюся в пространство газовую оболочку.
Для запуска процесса терраформирования достаточно разогреть недра Каллисто и понизить отражающую способность ее поверхности. Впрочем, в фантастическом романе Артура Кларка «Космическая Одиссея 2010» описан и другой путь – Каллисто становится пригодна для жизни благодаря тому, что некие неизвестные пришельцы превращают Юпитер в звезду. Впрочем, человечество такими технологиями не владеет. Пока.
Ганимед. Планета по сути
Еще более привлекательным для освоения выглядит Ганимед. Это крупнейший в Солнечной системе спутник. По размерам он на 8% больше, чем Меркурий, хотя и легче его более чем вдвое. Если же сравнивать Ганимед с Луной, то нашу соседку он превышает по массе в два раза с лишним. Таким образом, Ганимед – самая настоящая планета, которая, к тому же, может похвастаться подповерхностным океаном. Правда, по последним данным, он похож на сэндвич – слои жидкой воды перемежаются слоями льда. Да и добраться до водных запасов Ганимеда нелегко – толщина внешнего слоя льда, играющего роль «поверхности» планеты, составляет 900–950 км.
А вот что действительно уникально, так это наличие на Ганимеде собственной магнитосферы. Больше ни один спутник в наших «краях» такой роскошью не располагает. А в плане пребывания людей на поверхности Ганимеда это очень серьезный бонус – защита как от солнечной радиации, так и от излучения Юпитера. Кстати, так же как и Каллисто, Ганимед расположен вне радиационного пояса планеты-гиганта. Есть у крупнейшего спутника и атмосфера. Разреженная, тонкая – зато кислородная. А «в довесок» – и ионосфера.
Ганимед в объективе
Крупнейший спутник Юпитера неоднократно попадал «в прицелы» межпланетных автоматических станций. Впервые вблизи он был сфотографирован «Пионером-10» в 1973 году. Через год окрестности спутника посетил «Пионер-11». В 1979 году «Вояджер-1» прошел на расстоянии 112 тыс. километров от Ганимеда, а через три месяца «Вояджер-2» – в 50 тыс. «Галилео» с 1995 по 2003 год 6 раз сближался с Ганимедом, причем во время второго пролета прошел «впритирку» по космическим меркам – на высоте 264 км. Именно «Галилео» открыл ганимедскую магнитосферу и обнаружил подповерхностный океан. Наконец, в 2007 году мимо спутника Юпитера прошел аппарат «Новые горизонты».
Ганимед также может заинтересовать будущих поселенцев возможностью добывать кальций, магний, алюминий, кремний, железо, калий и аргон. Последнего в литосфере планеты предположительно настолько много, что при высвобождении его части в атмосферу вместе с азотом и метаном (а их в ганимедских льдах тоже предостаточно), он мог бы сформировать плотную атмосферу. А Ганимед вполне мог бы ее удержать, тем самым запустив процессы терраформирования. В 1950 году Роберт Хайнлайн предполагал, что, растопив льды и создав кислородную атмосферу, земные колонисты получат в свое распоряжение «маленькую Землю». Однако вернее будет предположить, что терраформированный Ганимед станет скорее «большой водой».
Европа. Жизнь в океане?
Европа – небесное тело с самой ровной во всей Солнечной системе поверхностью. Впрочем, это не удивительно – вся «поверхность» этого спутника Юпитера представляет собой лед. Но не 900-километровой толщины, как на Ганимеде, а гораздо более тонкий. Насколько? Тут голоса разделяются. Сторонники теории «тонкого льда» утверждают, что толщина ледовой «коры» не превышает нескольких километров. Сторонники теории «толстого льда» настаивают на цифре 10–30 км. Но в любом случае под этими километрами находится настоящий океан. Не водяная мантия, как на Ганимеде, перемежающаяся слоями льда, а именно океан. У которого есть дно на 100-километровой глубине. Далее начинается «твердая» Европа – недра этого спутника Юпитера похожи на планеты земной группы. То есть состоят в основном из камня.
Океан Европы, по своему объему вдвое превышающий Мировой океан Земли, может быть обитаем. До 1970-х годов считалось, что существование биологической жизни напрямую зависит от солнечного света. Но в 1977 году глубоководный аппарат «Алвин» открыл в глубинах земного океана колонии рифтий, моллюсков и ракообразных, обитающих вокруг подводных вулканических геотермальных источников. Вулканическая активность разогревает воду – и вокруг сразу появляется жизнь. Позже подобное было обнаружено и в антарктическом озере Восток.
По аналогии ученые считают, что такая же ситуация могла сложиться и в глубинах океана Европы. Энергия, вызываемая приливными деформациями, и нагрев от радиоактивного распада вполне способны сформировать гидротермальные источники, вокруг которых, возможно, существует жизнь. Кроме того, живые организмы могут обитать на внутренней стороне ледяной коры или свободно плавать в океане. Профессор Ричард Гинберг полагает, что в глубинах океана Европы вполне могут обитать даже рыбы.
Европа в фантастике
«Лишь самым последним поколениям европеанцев удалось проникнуть в Ночную Страну, отрезанную от света и тепла их никогда не заходящего Солнца, – в пустыню, где был только лед, покрывавший некогда всю планету. И только очень немногие рискнули остаться там и бросить вызов страшной зиме, когда Холодное Солнце скрылось за горизонтом.
Уже вскоре горстка исследователей обнаружила, что мир устроен еще сложнее, чем казалось раньше. Чувствительные глаза, развившиеся во тьме океанских пучин, позволили им увидеть звезды. Так появились начала астрономии; а наиболее смелые мыслители выдвинули гипотезу: Европа – не единственная планета, существуют и другие миры.
Рожденные в океане, прошедшие путь стремительной эволюции в период таяния ледников, европеанцы поняли, что все небесные тела можно разделить на три класса. К первому, самому важному, относилось Солнце. В древних преданиях, которые, правда, всерьез никто не принимал, утверждалось, что Солнце появилось внезапно, возвестив начало Эры Перемен и уничтожив значительную часть животного мира. Будь даже так, это не столь большая цена за висевший в небе неистощимый источник энергии».
Артур Кларк «Космическая Одиссея 2010»
Казалось бы, Европа представляет собой огромный интерес для исследований и первые экспедиции должны быть направлены именно сюда. Увы, нет. Сложность заключается в том, что Европа находится внутри радиационного пояса Юпитера, а мощность его такова, что любой человек за 10 минут заработает смертельную дозу. Поэтому пока роль исследователей загадок этого спутника отводится автоматам. В 2016 году вблизи Европы пройдет автоматическая станция «Юнона», а с 2015 года должны будут начаться работы в рамках проекта «Лаплас-Европа П». Три автоматические станции займутся исследованиями исключительно этого загадочного спутника. В рамках программы запланирована и посадка на поверхность Европы спускаемого аппарата.
Тут самое время вспомнить неосуществившийся проект 2001 года, согласно которому на поверхность Европы должна была быть доставлена тяжелая автоматическая станция «Криобот». Она должна была проплавить слой льда и выпустить в океан Европы вторую станцию, «Гидробот», для поисков биологической жизни.
А что же пилотируемые экспедиции и «прямые» исследования? Если люди когда-либо появятся на Европе, то первое время спасаться от губительной радиации они могут подо льдом – в выплавленных на большой глубине ледяных пещерах. Что же касается транспорта, то основным средством перемещения по Европе должны будут стать подводные лодки.
А что же сам гигант Юпитер? Как ни странно, проекты пребывания людей на этой планете тоже есть. Конечно, о полноценной жизни говорить не приходится, но о научно-исследовательских базах в виде аэростатов или дирижаблей, парящих в облаках Юпитера, ученые уже размышляют.
Титан – метановое эльдорадо
Если от Юпитера переместиться к другому гиганту, Сатурну, то тут внимание ученых и футурологов привлекает Титан – второй по размеру спутник в Солнечной системе. Совсем немного уступающий Ганимеду, он является настоящим метановым эльдорадо. По оценке Европейского космического агентства, запасы углеводородного топлива на поверхности Титана в сотни раз превосходят таковые на Земле. Этан и метан на поверхности Титана находятся в жидком виде и формируют настоящие реки, озера и моря. Если быть абсолютно точным, то 76–79% жидкости в титанидских водоемах приходится на этан, 7–8% на пропан и 5–10% на метан. Кроме того, присутствует цианид водорода и около 1% бутена, бутана и ацетилена. «Дном» этих озер служит водяной и метановый лед, под которым, предположительно, может находиться слой жидкой воды, затем – высокосжатый лед и, наконец, каменное ядро диаметром 3400 км. Вдобавок ко всей описанной выше картине Титан имеет еще и уникальную для Солнечной системы атмосферу. Из всех планет нашей системы еще только одна имеет подобную – состоящую в основном из азота. И эта планета называется Земля.
Неудивительно, что все эти бонусы Титана привлекли к себе внимание и ученых, и фантастов, и футурологов. Майкл Анисимов – основатель движения «За ускорение будущего» (Accelerating Future) – считает, что озера Титана смогут стать отличным источником энергии для потенциальных колонистов, а плотная азотная атмосфера защитит их от космического излучения. Что касается радиационного поля Сатурна, то оно значительно слабее юпитерианского и тоже «нивелируется» местной атмосферой. Под азотным одеялом люди будут чувствовать себя достаточно свободно – давление на поверхности Титана эквивалентно тому, что испытывает дайвер на 5-метровой глубине. Единственное неудобство – наличие в здешнем воздухе цианида, который может убить человека без защитных приспособлений в течение нескольких минут. Зато плотная атмосфера Титана облегчит использование летательных аппаратов, которые, по мысли Анисимова, должны стать основным средством передвижения по его просторам – вернее, над ними.
The Space Monitor вторит идеологу «ускоренного будущего», добавляя, что азот, метан и аммиак станут отличными удобрениями для выращивания продуктов питания на Титане. Кроме того, на страницах этого научного обозрения напоминают, что в случае освоения человечеством термоядерной энергии атмосфера Сатурна может стать неисчерпаемым источником дейтерия и гелия-3. А базой для их добычи тоже предстоит стать Титану.
Американский ученый Роберт Бассард полагает, что о полноценном начале колонизации Титана можно говорить после отправки туда 400 человек и 24 тыс. тонн груза. На первых порах обеспечение колонии может стать в 16,24 млрд. долларов в год, но как только на Титане заработает собственная экономика, он перестанет быть «дотационным регионом». Наконец, в 2008 году Научный совет института астробиологии NASA включил Титан в список наиболее приоритетных астробиологических объектов в Солнечной системе. Правда, не один, а вместе с «соседом» – еще одним спутником Сатурна Энцеладом. «Изюминка» Энцелада заключается в том, что он практически полностью состоит из водяного льда и имеет горячее силикатное ядро – то есть высока вероятность того, что, как и на Европе, под ледяной коркой находится океан. А что это может значить – опять-таки ясно на примере Европы.
Продвигаясь от планеты к планете, человечество когда-нибудь доберется и до окраин нашей системы. Титания, спутник Урана, по некоторым предположениям, должен весьма походить на Ганимед и, следовательно, тоже может быть колонизирована, когда наступит ее очередь. Что же касается Тритона, спутника Нептуна, то ему, возможно, уготована роль той самой ступеньки, с которой человек шагнет к звездам.
