Человеческие исследования: прошлое, настоящее и будущее
Linas JuozėnasПоделиться
Knowledge Ark · Вселенная · Глава 08 / Статья 09
За пределами Земли, шаг за шагом.
След на Луне. Лаборатория, обращающаяся вокруг Земли. Робот, открывающий далёкий мир для науки. Исследование космоса развивается благодаря множеству видов путешествий — и всему, чему мы учимся о возвращении домой.
Что нужно, чтобы покинуть свой дом?
Представьте, что вы стоите на Луне и смотрите на Землю. Вид был бы необыкновенным. Не менее впечатляющей была бы техника, поддерживающая вашу жизнь: скафандр, удерживающий воздух, энергосистема, поддерживающая работу его систем, и космический корабль, ожидающий, чтобы доставить вас домой.
Это сочетание открытий и зависимости проходит через всю историю космических полётов. Мы научились пересекать космос, работать на орбите, собирать образцы с других миров и обеспечивать жизнь экипажей над Землёй в течение нескольких месяцев. Каждое достижение открывало следующую задачу, которую предстояло решить.
Теперь эта история ведёт к новым высадкам на Луне и возможным пилотируемым путешествиям на Марс. Чтобы понять её, нужно рассмотреть и пункты назначения, и возможности, благодаря которым до них можно добраться.
Как начались первые путешествия?
Первые важные вехи были достигнуты во время холодной войны. Советский Союз запустил «Спутник-1» — первый искусственный спутник — в октябре 1957 года. В апреле 1961 года Юрий Гагарин стал первым человеком в космосе и первым человеком, совершившим орбитальный полёт вокруг Земли. Эти полёты превратили вопросы о космических путешествиях в доказанные возможности.[1]
Американская программа Mercury позволила накопить опыт отправки астронавтов в космос и их возвращения. Затем Gemini отработала более длительные полёты, выходы в открытый космос, а также навыки сближения и стыковки, необходимые для соединения космических аппаратов. Apollo объединила эти возможности в гораздо более масштабном проекте: пилотируемой экспедиции к Луне.[1]
Достижение космоса и пребывание на орбите - разные достижения. Орбитальный космический аппарат движется вбок достаточно быстро, чтобы продолжать падать вокруг Земли. Чтобы лететь дальше, к Луне, ему нужно снова изменить эту орбиту; для безопасного возвращения необходимо контролировать и траекторию, и энергию входа в атмосферу.
Чего достигла программа «Аполлон»?
В декабре 1968 года «Аполлон-8» вывел первых людей на лунную орбиту. Семь месяцев спустя «Аполлон-11» совершил первую пилотируемую посадку. Нил Армстронг и Базз Олдрин исследовали поверхность, а Майкл Коллинз оставался на лунной орбите, готовый встретиться с ними и вернуться на Землю.[2], [3]
Двенадцать исследователей, 382 килограмма образцов
Миссии по исследованию поверхности выполняли «Аполлоны»-11, -12, -14, -15, -16 и -17. В общей сложности двенадцать астронавтов собрали 382 килограмма лунных пород и грунта. Благодаря этим образцам Луна стала объектом, который исследователи могли изучать в земных лабораториях.[4]
«Аполлон-13» не совершил посадку. Авария на борту вынудила экипаж отказаться от посадки и вернуться на Землю. В ходе последующих экспедиций полевые исследования расширились: «Аполлоны-15», -16 и -17 использовали лунные роверы, чтобы удалиться от мест посадки.[2]
Прогресс также требовал учиться на потерях
Пожар во время наземных испытаний «Аполлона-1» в 1967 году унёс жизни трёх астронавтов и привёл к масштабным проверкам космического корабля и систем безопасности. Позднее гибель «Челленджера» в 1986 году и «Колумбии» в 2003 году вновь подчеркнула необходимость изучать не только оборудование, но и организационные решения. Постоянная программа NASA по извлечению уроков рассматривает память об этих экипажах как часть планирования и оценки будущих миссий.[5], [2]
Долгосрочное достижение программы «Аполлон» включает научную работу, стоявшую за знаменитыми изображениями: отбор образцов, фиксацию их окружения, размещение приборов и передачу наблюдений, которые могли проверить другие исследователи. Исследование становится ценнее, когда полученные данные переживают экспедицию.
Чему мы научились, оставаясь на орбите?
Космические станции сместили внимание от кратких визитов к повседневной жизни вдали от Земли. Советские станции «Салют», американская «Скайлэб», а позднее «Мир» позволили накопить опыт длительных миссий. Строительство Международной космической станции, или МКС, началось в 1998 году; первый экипаж прибыл на неё 2 ноября 2000 года, положив начало непрерывному пребыванию людей на станции.[6], [7]
NASA использовало космический шаттл с 1981 по 2011 год для поддержки исследований и сборки МКС. Он был частично многоразовым: орбитальные корабли и твердотопливные ускорители возвращались для повторного использования, а внешний топливный бак сбрасывался. Экипажи шаттлов также выводили на орбиту и обслуживали космический телескоп «Хаббл», показывая, чего люди могут достичь благодаря сложным работам на орбите.[8], [9]
Китайская станция Тяньгун добавляет ещё одну действующую орбитальную лабораторию. Продолжающиеся пилотируемые миссии поддерживают эксперименты, выходы в открытый космос и техническое обслуживание. Таким образом, современная пилотируемая космонавтика включает несколько национальных и международных программ с разными космическими аппаратами и партнёрствами.[10]
Транспорт и станции следующего поколения
Коммерческие космические аппараты теперь стали частью этой инфраструктуры. Crew Dragon сертифицирован для выполнения оперативных перевозок экипажей NASA с 2020 года. Starliner компании Boeing оставался несертифицированным в ходе надзорной проверки NASA в июне 2026 года; следующий полёт запланирован без астронавтов для испытания модификаций.[11]
Во время пилотируемого испытания Starliner в 2024 году проблемы с двигательной установкой привели к тому, что NASA вернуло космический аппарат без экипажа. Астронавты вернулись на борту Crew Dragon в марте 2025 года. Испытательный полёт и сертификация для регулярной эксплуатации - это отдельные вехи.[12]
NASA планирует эксплуатацию МКС до 2030 года и поддерживает коммерческие станции-преемники. Переход зависит от готовности этих новых объектов. Предлагаемая станция должна продемонстрировать, что может поддерживать работу экипажей и выполнять полезную работу, прежде чем взять на себя эту роль.[13]
Как роботы расширяют возможности открытий?
Исследование космоса людьми включает путешествия, совершаемые с помощью машин. Роботизированная миссия может исследовать небесное тело, не перевозя запасы еды, воздуха и место для возвращения экипажа. Разные конструкции обеспечивают разные возможности доступа: орбитальный аппарат проводит обзор, марсоход перемещается между объектами, а миссия по доставке образцов доставляет материал в лаборатории на Земле.
| Миссия | Веха | Чего он достиг |
|---|---|---|
| Mars Pathfinder · NASA | 1997 | Посадочный модуль достиг Марса, доставив Sojourner - небольшой мобильный ровер.[14] |
| Rosetta и Philae · ESA | 2014 | Rosetta сопровождала комету 67P; Philae совершил на ней посадку. Они проводили там измерения, а не доставляли образцы.[15] |
| Hayabusa2 · JAXA | 2020 | Возвращаемая капсула доставила на Землю образцы с астероида Рюгу.[16] |
| Chandrayaan-3 · ISRO | 2023 | Викрам и Прагъян исследовали южные высокоширотные районы Луны. Посадка произошла не на географическом Южном полюсе.[17] |
| OSIRIS-REx · NASA | 2023 | Капсула доставила на Землю материал, собранный с астероида Бенну.[18] |
| Chang’e-6 · CNSA | 2024 | Первые образцы, собранные на обратной стороне Луны, прибыли на Землю.[19] |
Это научные достижения сами по себе. Кроме того, они помогают разрабатывать методы, важные для будущих экспедиций: навигацию в незнакомой местности, обращение с образцами, точную посадку и работу вдали от непосредственной помощи.
Люди и роботы могут участвовать в одном и том же исследовании. Экипаж может лично изучить неожиданно обнаруженное обнажение породы, а приборы - наблюдать за окружающей средой ещё долго после его ухода. Полезнее всего спросить, какое сочетание лучше всего отвечает на научный вопрос.
Что будет после первого нового облёта Луны?
Статус программы проверен 8 сентября 2026 года. Приведённые ниже будущие даты являются целевыми и зависят от готовности, испытаний и продолжающейся поддержки.
Artemis II завершила пилотируемый облёт Луны в апреле 2026 года. В ходе миссии были испытаны системы с астронавтами на борту за пределами околоземной орбиты, после чего они вернулись на Землю. Высадки на Луне не было.[20]
| Миссия или программа | Статус или цель | Следующая возможность |
|---|---|---|
| Artemis III | Демонстрация на околоземной орбите запланирована на 2027 год. | Испытать важнейшие системы и операции, включая запланированное сближение и стыковку с оборудованием коммерческого лунного посадочного модуля.[21] |
| Artemis IV | Высадка запланирована на начало 2028 года. | Доставить астронавтов в район южного полюса Луны для исследования поверхности.[22] |
| Пилотируемая лунная программа Китая | Заявленная цель - высадка к 2030 году. | Разработать и испытать ракету-носитель, пилотируемый космический корабль и посадочные системы, необходимые для экспедиции на поверхность.[23] |
Для более длительного пребывания необходима инфраструктура
В марте 2026 года NASA объявило о намерении приостановить реализацию Gateway в её нынешнем виде и перенаправить внимание на инфраструктуру на лунной поверхности. Это изменило прежний план, в котором небольшая станция на лунной орбите играла центральную роль. Предлагаемое поэтапное создание инфраструктуры на поверхности - это долгосрочная цель, а не уже существующая постоянно обитаемая база на Луне.[24]
Лунные полюса интересны для науки отчасти потому, что в постоянно затененных областях может сохраняться водяной лед. Это делает их местами для изучения истории Луны и исследования возможных ресурсов. Обнаружение льда - лишь первый шаг к пониманию того, сколько его доступно в конкретном месте.[25]
Более длительные экспедиции позволили бы неоднократно наблюдать одну и ту же местность, проводить более масштабные полевые исследования и приобретать опыт обслуживания оборудования на другом мире. Их ценность будет зависеть от того, что экипаж сможет узнать и сделать за время пребывания там.
Почему до Марса так трудно добраться и с него улететь?
На Марсе продолжительность суток близка к земной - около 24,6 часа - но под тонкой атмосферой, состоящей главным образом из углекислого газа, находится холодная поверхность. Его знакомые на вид пейзажи не обеспечивают пригодного для дыхания воздуха или условий жизни, подобных земным.[26]
Благоприятные возможности для эффективных запусков с Земли к Марсу повторяются примерно каждые 26 месяцев. Проектировщики миссии рассчитывают траекторию так, чтобы космический аппарат прибыл туда, где Марс будет находиться в этот момент. Возможности для возвращения также необходимо планировать, поэтому общая продолжительность экспедиции включает не только два перелета.[30]
Экипаж должен справляться с большим объемом задач без немедленной помощи
Обмен сообщениями с Марсом не может быть обычным разговором в реальном времени. Даже немедленный ответ потребует еще одного путешествия через космос. Экипажу понадобятся подготовка, оборудование и полномочия для решения срочных проблем, пока наземные команды на Земле будут оказывать помощь с задержкой.[28], [31]
NASA изучает взаимосвязанные проблемы: радиацию, изоляцию, измененную гравитацию, расстояние и замкнутую среду космического корабля. Они влияют на проектирование миссий, включая защиту от радиации, физические упражнения, медицинские возможности, поддержку экипажа и надежные системы жизнеобеспечения.[31]
Поверхностная гравитация Марса составляет примерно 38% земной. Опыт человека в микрогравитации не дает полного представления о том, как организм будет реагировать на годы в условиях такой пониженной гравитации. Долгосрочные последствия и лучшие способы их уменьшить пока изучены не полностью.[32]
Посадка экипажа означает посадку гораздо большей массы
Для пилотируемой экспедиции потребовались бы тяжёлые жилые модули, запасы и оборудование. Атмосфера Марса обеспечивает некоторое торможение, но посадка таких крупных грузов требует дополнительных технологий и двигательных установок. Прибытие достаточно близко к ранее доставленным запасам создаёт ещё одно требование: точность важна не меньше, чем достижение поверхности.[33]
Возвращение должно быть частью проекта с самого начала. Посадка, длительное пребывание на поверхности и безопасный вылет — взаимосвязанные инженерные задачи. Пока ни один человек не побывал на Марсе.
Что необходимо для работы удалённого аванпоста?
Обитаемый модуль — это активная система. Оборудование жизнеобеспечения должно поддерживать давление воздуха, снабжение кислородом, вентиляцию, утилизацию отходов и качество воды. Комната со стенами и крышей становится местом для жизни лишь пока все эти системы продолжают выполнять свои задачи.[34]
Переработка может значительно продлить срок использования запасов
В 2023 году NASA сообщило, что система МКС с установкой для переработки рассола продемонстрировала 98%-ное извлечение воды. Это стало важной вехой в повторном использовании воды из отходов, включая влагу из выдыхаемого воздуха и пота. Это не означало, что вся станция стала независимой от поставок.[35]
Местные ресурсы могут сократить объём грузов, которые нужно запускать с Земли
Использование местных ресурсов, или ISRU, означает применение материалов, доступных в месте назначения. Лунный лёд или марсианские атмосферные газы могут стать полезными ресурсами — но только при наличии систем, способных надёжно добывать, перерабатывать и хранить их в местных условиях.[36]
MOXIE производил кислород на Марсе
На борту «Персеверанс» эксперимент MOXIE произвёл 122 грамма кислорода из атмосферного углекислого газа в ходе серии испытаний. Он продемонстрировал процесс, который может использоваться для получения запасов кислорода для дыхания или окислителя для ракетного топлива. Система для экипажа потребовала бы гораздо большей производительности, стабильной работы и хранения кислорода.[37]
Для лунного льда использование ресурсов потребовало бы обнаружить подходящее месторождение, извлечь материал, отделить воду и хранить полученный продукт. Каждый этап требует оборудования и энергии. Поэтому обнаруженный ресурс не становится автоматически доступным запасом.[36]
То же практическое мышление применимо и к повседневным операциям: кто сможет заменить вышедший из строя компонент, какие запасные части доступны и как долго основные службы смогут работать во время неисправности? Надёжность форпоста определяется этими обычными вопросами не меньше, чем его наиболее впечатляющими технологиями.
Каким может стать освоение космоса?
Посещение, исследовательский форпост и самодостаточное поселение - разные цели. Более длительное пребывание требует надёжных поставок и технического обслуживания; независимость от Земли потребовала бы гораздо более широких возможностей. Одна лишь предполагаемая дата прибытия не может показать, что все эти цели достижимы.
Прогресс можно оценивать по достигнутым результатам: космическим аппаратам, завершившим испытания, экипажам, безопасно вернувшимся домой, надёжно работающим обитаемым модулям и научным результатам, которые могут изучать другие исследователи. Планы могут меняться по мере того, как эти испытания выявляют новую информацию.
Сохранение мест, которые мы хотим понять
Планетарная защита предотвращает биологическое загрязнение, переносимое между мирами. На Марсе занесение земных микроорганизмов может осложнить поиск аборигенной жизни. Тщательное проведение миссии и обращение с образцами также важны, когда материал возвращается на Землю. Защита научных свидетельств - часть того, что делает исследования полезными.[38]
Долгосрочные решения также вызывают вопросы общества: каким открытиям следует отдавать приоритет, как международные партнёры распределяют работу и как распределяются выгоды и ответственность. Эти решения влияют на освоение космоса наряду с ракетами и космическими аппаратами.
Пока наиболее убедительным представляется будущее, которое можно шаг за шагом построить и испытать. Новый прибор, успешный ремонт или тщательно задокументированный образец могут иметь не меньшее значение, чем впечатляющее первое прибытие. Вместе такие достижения определяют, насколько далеко сможет отправиться следующая экспедиция.
Источники и дополнительные материалы
Официальная история миссий, обновления программы и технические ресурсы. Даты будущих миссий отражают планы, проверенные в сентябре 2026 года.
- NASA — Высшая ступень в историиНачало космической гонки и навыки, приобретённые в программах Mercury, Gemini и Apollo.
- NASA — Миссии ApolloИспытания Apollo, лунные экспедиции и аварийное возвращение Apollo 13.
- NASA — Обзор миссии Apollo 11Первая высадка на Луне, три члена экипажа и возвращение домой.
- NASA Astromaterials — Лунная коллекция ApolloШесть экспедиций на поверхность и 382 килограмма лунных образцов.
- NASA — Программа NASA «Уроки Apollo, Challenger и Columbia»Память о погибших экипажах и применение уроков безопасности при принятии будущих решений.
- NASA — Исторические истоки Международной космической станции«Салют», «Скайлэб», «Мир» и международное сотрудничество в создании МКС.
- NASA — Экспедиция 1 прибывает на Международную космическую станциюПервый экипаж длительного пребывания прибыл 2 ноября 2000 года.
- NASA — Космический шаттлИстория полётов шаттлов в 1981-2011 годах, научные исследования и сборка станции.
- NASA — Космический шаттл: компоненты и орбитальные аппаратыМногоразовые орбитальные аппараты и ускорители, сбрасываемый внешний топливный бак и обслуживание «Хаббла».
- China Manned Space — Shenzhou XXIIIЗапуск экипажа в мае 2026 года для поддержки китайской орбитальной станции, работающей в штатном режиме, и продолжения исследований.
- Инспектор NASA — Обзор программы Commercial Crew (июнь 2026 года)Сертификация Crew Dragon для штатной эксплуатации, а также оставшиеся испытания Starliner и проблемы с его сертификацией.
- NASA — Расследование испытательного полёта Starliner с экипажемИспытательный полёт 2024 года, возвращение беспилотного космического аппарата и возвращение астронавтов на борту Crew Dragon в 2025 году.
- NASA — Вопросы перехода от Международной космической станцииЗапланированная эксплуатация МКС до 2030 года, коммерческие преемники и управляемый сход с орбиты.
- NASA — Mars PathfinderМарсианский посадочный аппарат 1997 года и его мобильный напарник - ровер Sojourner.
- ESA — RosettaСближение с кометой, посадка Philae в 2014 году и измерения на комете 67P.
- JAXA — Подтверждение возврата образцов с Рюгу аппаратом Hayabusa2Обнаружение капсулы с образцами Hayabusa2 в Австралии в декабре 2020 года.
- ISRO — Публикация научных данных Chandrayaan-3Высадка в 2023 году в южных высоких широтах Луны и научные измерения, проведённые в ходе миссии.
- NASA — OSIRIS-RExСбор материала с астероида Бенну и его доставка на Землю в сентябре 2023 года.
- CNSA — Образцы Chang’e-6 с обратной стороны ЛуныПервый возврат образцов с обратной стороны Луны, осуществлённый Китаем в июне 2024 года.
- NASA — Миссия Artemis IIЗавершившийся в апреле 2026 года облёт Луны с экипажем и продолжительность миссии.
- NASA — Обновлённая последовательность миссий Artemis (2026)Цели испытаний Artemis III на околоземной орбите и запланированная последовательность действий на пути к высадке на Луне.
- NASA — Artemis IVТекущая цель программы Artemis - высадка экипажа на поверхность вблизи южного полюса Луны.
- Китайское правительство — Цель пилотируемой высадки на Луне и испытания разработокЗаявленная Китайским пилотируемым космическим агентством цель — высадка людей на Луне к 2030 году.
- NASA — Планы лунной поверхности и орбитальной инфраструктуры (март 2026 года)Объявленная приостановка программы Gateway в её нынешнем виде и поэтапный подход к созданию инфраструктуры на лунной поверхности.
- NASA — Вода и лёд на ЛунеДанные о лунной воде и льде, включая залежи в постоянно затенённых областях.
- NASA — Факты о МарсеСутки, атмосфера и планетарная среда Марса.
- NASA — Что такое световой день?Время прохождения света до Луны по сравнению с путешествием космического аппарата.
- Уильямс и коллеги — Высокопропускная связь с марсианских расстояний (2007)Изменяющаяся задержка одностороннего сигнала между Землёй и Марсом.
- NASA — Гравитационные поля и здоровье астронавтовМесяцы невесомости в пути, адаптация после посадки и последствия разгрузки организма.
- NASA — Хронология марсианской миссииОкна запуска, межпланетные путешествия и этапы роботизированных миссий на Марс.
- NASA — Пять опасностей пилотируемых космических полётовРасстояние, радиация, изменённая гравитация, изоляция и требования замкнутой среды.
- NASA — Гравитация и неизвестные факторы длительных миссийОграниченность данных о продолжительной жизни в условиях частичной гравитации и взаимодействующих рисках для здоровья во время путешествий в дальний космос.
- Инженеры NASA — Успешная посадка на МарсПочему пилотируемые экспедиции требуют более тяжёлых грузов, точных посадок и торможения сверх аэродинамического сопротивления атмосферы.
- NASA — Системы экологического контроля и жизнеобеспеченияУправление давлением, воздухом, кислородом, отходами и восстановленной водой на борту космического аппарата.
- NASA — Важная веха в восстановлении воды на МКС (2023)Демонстрация достигла 98%-ного восстановления воды с помощью системы переработки рассола.
- NASA — Использование ресурсов на местеРазработка систем добычи, переработки и хранения доступных на месте материалов.
- NASA — MOXIE завершает эксперимент на Марсе (2023)Небольшой эксперимент позволил получить кислород из марсианского углекислого газа; масштабирование и хранение остаются следующими этапами.
- NASA — Планетарная защитаПредотвращение биологического загрязнения для сохранения научных исследований и защиты исследованных миров и Земли.
Динамика и будущее Солнечной системы
- Строение Солнца и его жизненный цикл
- Солнечная активность: вспышки, пятна и космическая погода
- Планетарные орбиты и резонансы
- Столкновения с астероидами и кометами
- Циклы планетарного климата
- Фаза красного гиганта: судьба внутренних планет
- Пояс Койпера и облако Оорта
- Потенциально обитаемые зоны за пределами Земли
- Освоение космоса человеком: прошлое, настоящее и будущее · Вы здесь
- Долгосрочная эволюция Солнечной системы