imhotype (imhotype) wrote,
imhotype
imhotype

Category:

Жуковский Д.В. ТУПИКИ НТР: МЕЧТЫ, ПРОГНОЗЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ часть I

РАЗОЧАРОВАНИЕ I.


Зачем жить на Марсе? В произведениях 40-60 годов в Солнечной системе кипела бурная деятельность. Межпланетные туристические лайнеры. Поселения на Луне. Колонии на Марсе, Венере, Меркурии. Разведывательные рейсы к внешним планетам. И виделось все это очень близким - 80-90 годы. А что мы имеем сейчас? От первого полета в космос до первой посадки на Луну прошло 7 лет. Со времени последней лунной экспедиции - уже более 30 лет. Космонавтика практически топчется на месте. В чем причина?
Основная причина одна: несопоставимость целей и затрат. Пилотируемая космонавтика - занятие настолько дорогостоящее, что по карману только целым государствам, да и то всего двум в мире (потуги китайцев вряд ли стоит принимать всерьез). Технические возможности для создания базы на Луне или полета к Марсу уже есть. Но ЗАЧЕМ?
Обратимся к научной фантастике. Что делают люди в космосе?
1.Научные исследования:
1.1.Астрономия и астрофизика.
1.2.Планетология.
1.3.Палеология, археология, ксенология.
2.Добыча полезных ископаемых.
3.Прочее.
В отношении астрономии и астрофизики очень нагляден рассказ С.Лема "Условный рефлекс". На обратной стороне Луны строится станция. С огромными затратами. И жертвами. На станции постоянно дежурит смена из двух наблюдателей. Их нужно регулярно снабжать воздухом, водой, едой и т.п. И все для того, чтоб НЕСКОЛЬКО РАЗ В ДЕНЬ ЗАМЕНЯТЬ ФОТОПЛАСТИНКИ!!! При современном уровне развития компьютерной техники любой вариант автоматической наблюдательной станции будет дешевле, чем наблюдатель-человек. Что и было сделано: орбитальный телескоп "Хаббл".
Планетология (т.е. география, геология, геоморфология, геофизика и т.п. на других планетах) это, в первую очередь, не стационарные наблюдения, а экспедиционные исследования. То есть, как обоснование для создания постоянных поселений не годится.
Во-вторых, на Земле все "гео-" науки развивались в основном как прикладные. В отношении других планет практическое применение может быть только: поиск полезных ископаемых; обеспечение безопасности колоний.
О космической горной промышленности мы поговорим ниже, а по второму пункту получается замкнутый круг - создавать поселения для исследований, направленных на обеспечение безопасности поселений?
В-третьих, опять таки, специально сконструированный исследовательский робот будет заведомо дешевле, чем исследование, проводимое человеком. И это очень легко показать:
Доставка робота дешевле, чем доставка человека: не нужна система жизнеобеспечения, при старте и посадке допустимы более высокие ускорения; меньшая масса груза.
Человека необходимо вернуть обратно (см. пункт 1), автоматическую станцию обычно оставляют (по крайней мере ее большую часть - если предполагается возврат образцов).
Вездеход для человека будет иметь компьютерный комплекс и систему автоматики ничуть не проще, чем автоматическая станция. Плюс система жизнеобеспечения.
Итого заведомо дороже. Таким образом, планетология тоже не сможет обеспечить продвижения человека в космос. Все АМС занимались, собственно, только планетологическими исследованиями. С 60-х годов, когда полетели первые станции к Луне и Марсу, прогресс - только количественный. Дальше летим, больше информации передаем, более высокого качества. Но на прогресс пилотируемой космонавтики это не влияет никак!
И, наконец, космическая горная промышленность. Вопрос первый: что добывать?
Добыча полезных ископаемых в космосе предполагает, что где-то в Солнечной системе есть минералы, которых нет на Земле. Но с другой стороны на них должен быть достаточный спрос, чтоб обеспечить существование целой отрасли. Что же это может быть такое? По всем имеющимся данным минеральный состав внутренних планет принципиально не различается. То есть ожидать каких-либо геологических сюрпризов не приходится. Но если все же допустить такую возможность?
Возникает вопрос второй: где добывать? Чтобы разрабатывать в космосе полезные ископаемые, их надо сначала найти. Чтобы найти, надо искать. Чтоб государство (а частным фирмам это просто не по карману) вложило средства в инопланетную геологоразведку, должны быть достаточно твердые гарантии, что можно что-то ценное найти. Таких гарантий, естественно, нет. Имеющаяся информация по селенологии практически исключают Луну из кандидатов на горные разработки.
Венера так же отпадает: слишком тяжелые условия на поверхности. Спускаемые аппараты АМС "Венера" работали на поверхности планеты всего лишь по несколько часов. Температура до 900С и давление в сотни атмосфер. Остаются Марс, Меркурий и астероиды. Что гораздо дальше, чем Луна. Меркурий и астероиды до сих пор не изучались даже автоматическими станциями.
Самый главный вопрос: себестоимость полезных ископаемых, добытых в космосе.
К сожалению, я не имею точных сведений о стоимости различных космических проектов. Но косвенные данные есть: Сравнимые по дальности полета с космической горной добычей проекты последних лет "Вега" и "Фобос" оказались не по карману одной стране (России) и выполнялись международными усилиями. При том что никаких компонентов станций не возвращалось. И тем более не участвовали люди.
Даже разведывательной экспедиции на Марс еще не было. Хотя ракета-носитель необходимой мощности ("Энергия") испытана уже давно. Ситуация с освоением космоса схожа с состоянием работ по изучению и освоению океанских глубин. Из всего огромного океанского дна непосредственно изучена только весьма малая часть. Разовые погружения в океанические желоба (шесть посадок на Луну). Изучение с помощью дистанционно управляемых аппаратов серединных океанических хребтов (автоматические межпланетные станции). Когда-то популярные (в 60-70-х годах), а сейчас почти что забытые подводные дома-лаборатории на шельфе (орбитальные станции). Ажиотаж по поводу залежей на дне океана железомарганцевых конкреций - руды весьма высокой концентрации - давно стих. Подводная горнодобывающая промышленность умерла, не родившись. А ведь дно океана от нас всего лишь в 5-11 километрах!
Достигнутые человеком в космосе рубежи - это точки баланса. ИСЗ летают не дальше, чем они нужны. Это рубеж целесообразности. Нет никакого смысла поднимать спутник выше 30000 км - выше геостационарной орбиты. Достижения автоматических межпланетных станций - тоже точка равновесия, только более сложного: и финансовые затраты, и политические амбиции, и технические возможности, и конкурентная борьба. Чем иначе можно объяснить разнобой в проектах изучения кометы Галлея - было реализовано три разных проекта - как ни конкурентной борьбой на рынке коммерческих космических запусков? Американские лунные экспедиции - советские "Луноходы". Советские "Венеры" - американские "Викинги" и "Вояджеры". Достигнутый уровень пилотируемой космонавтики - околоземная орбита - точка равновесия между денежными затратами и политическими амбициями. В конце 60-х годов, во время холодной войны, амбиции были выше, соответственно человек улетал в космос дальше. Все, что делается в космосе, кроме ИСЗ связи и наблюдения, делается вопреки экономической целесообразности. С одной стороны, жизнеобеспечение человека в космосе стоит очень дорого. К тому же высокая стоимость проекта увеличивает цену любой ошибки. Соответственно космическая техника для пилотируемых полетов должна иметь наиболее высокий запас прочности из всего, что делается человеком.
Что так же увеличивает стоимость проекта. А с другой стороны, человеку в космосе практически нечего делать. Почти что любую работу специально сконструированный робот выполнит если не лучше, то, во всяком случае, гораздо дешевле.
Кроме экономических препятствий на пути прогресса космонавтики стоят еще медицинские и научно-технические. На заре развития космонавтики невесомость представлялась не более чем досадной (или забавной) неприятностью. Чем-то вроде морской болезни, к которой надо просто привыкнуть. С тем, что человеческий организм не пригоден к существованию без силы тяжести, столкнулись достаточно быстро. Несмотря на ежедневные физические упражнения, декомпрессионные костюмы, космонавты вынуждены неделями восстанавливаться после длительных полетов. Полет к Марсу займет более года. А возможность погружать человека в анабиоз существует пока только в фантастической литературе.
Бурный десятилетний период взлета космонавтики сменился тридцатилетним застоем не только в силу экономических причин. Не было никаких принципиальных научно-технических новшеств. Движитель - все тот же ЖРД. Источник энергии - все те же полупроводниковые солнечные батареи и химические топливные элементы. Как использовали алюминиевые и магниевые сплавы, композитные материалы, так и используют. Аппарат типа "челнок" - изобретение не 80-х годов, а еще 60-х. Уже тогда испытывались гиперзвуковые самолеты, достигавшие суборбитальных высот.
Единственное, что изменилось серьезно - это системы управления. Уровень их компьютеризации позволил запустить и успешно посадить "Буран" вовсе без экипажа. Что же, это ставит еще один крестик на пилотируемой космонавтике - и в качестве пилота человек вполне заменим. Отсутствие новых идей оставляет космонавтике только путь количественного совершенствования. Основную научно-техническую проблему составляет отсутствие замены химическому реактивному движителю.
Мне могут возразить, что я исхожу из сегодняшнего уровня развития космической техники. Но прогресс может привести к увеличению экономичности и снижению стоимости космических запусков. Развитие технологий не происходит само по себе.
Для этого необходимы инвестиции в НИОКР. И немалые, в случае космической техники. Но деньги будут вкладываться только в перспективные в плане получения прибыли разработки. Техника прогрессирует только тогда, когда спрос превышает предложение.
Почему до сих пор легковые автомобили не ездят со скоростью 400 км/час? Техническая возможность существует уже давно. Рекорд скорости на автомобиле с поршневым двигателем превысил 500 км/час еще в 1935 году. Просто такие автомобили никому не нужны! В то же время быстродействие модемов за какой-то десяток лет увеличилось в 20 с лишним раз - с 2400 бод до 56000 бод. И это при том, что одно время 9600 бод считалось непреодолимым пределом. А все потому, что достигнутая производительность модемов все еще слишком низкая.
И космическая техника прекрасно подтверждает этот тезис. Ракеты-носители практически не совершенствуются. То, что эксплуатируется сейчас в пилотируемой космонавтике, это уже вчерашний день. Используемая в России РН "Протон" разработана еще в 70-х годах. И до сих пор уступает по мощности американской РН "Сатурн", созданной для лунной программы. Но и сами американцы после того, как лунная программа была свернута использовали "Сатурн" только дважды - для запуска ОС "Скайлэб" и в проекте "Союз" - "Аполлон". Прекрасная техническая разработка не только не развилась дальше, но и сама отмерла за ненадобностью. Так же как и российская РН "Энергия" - принципиально новое конструкционное решение.
Берусь сделать предсказание. Возможно, экспедиция на Марс все же будет организована - в пароксизме национальной гордости американцев либо в результате политических игр в международное сотрудничество. Но эта экспедиция не только не послужит прогрессу космонавтики, она ее похоронит. Как американские высадки на Луну отсутствием сенсационных результатов похоронили интерес к Луне. Стало понятно, что Луна - это всего лишь мертвый каменный шар. Но с Марсом разочарование будет гораздо глубже. Марс - планета мечты: каналы, древние марсианские цивилизации, "Марсианские хроники". А полученные на сегодняшний день данные (как российскими, так и американскими АМС) не внушают надежд. И когда экспедиция вернется с пустыми руками, никто уже больше не выделит денег на межпланетные полеты. И если на Марс человек, возможно, когда-нибудь и ступит, то на Плутоне ЧЕЛОВЕК НЕ БУДЕТ НИКОГДА! Потому, что там просто нечего делать. За те деньги, что это будет стоить.

РАЗОЧАРОВАНИЕ II - Котел с неприятностями.

Фантасты (и ученые) 60-х годов прочили атомной и термоядерной энергетике большое будущее. XX век называли Веком Атома. Атомными реакторами писатели снабжали вездеходную технику, космические аппараты, тяжелых роботов. Что же мы имеем сейчас? Работы по управляемой термоядерной реакции по прежнему в стадии экспериментов. Несмотря на строительство новых, все более мощных и дорогостоящих, токамаков и стеллараторов до промышленной термоядерной энергетики все еще далеко. Доля атомных электростанций в мировом производстве электроэнергии по прежнему не велика. И вряд ли возрастет, после
Тримайл-Айленда и Чернобыля. В гражданском транспорте эксплуатируется всего три атомных силовых установки: 2 российских ледокола и один японский сухогруз (по крайней мере, эксплуатировались). В космической технике атомный реактор в качестве движителя не применяется. Были отдельные эксперименты по использованию реакторов для энергоснабжения ИСЗ. И скандал с аварией американского спутника с подобным агрегатом на борту (50 кг плутония-239 попало в атмосферу). И никаких особых перспектив дальнейшего развития. Причина - в порочности самой идеи использования энергии атомного распада.

- во-первых, основным продуктом реакции атомного распада являются частицы высоких энергий. Нейтроны, альфа- ,бета- и гамма-излучение. И только как следствие их поглощения материалом реактора - тепловая энергия.
- во-вторых, запас энергии в атомном топливе и, соответственно, потенциальная мощность цепной реакции превышает любые параметры конструкционных материалов.
Реакция химического горения дает температуры в тысячи градусов. Не существует веществ, остающихся твердыми при температурах выше 5000 градусов. В тоже время запаса энергии в одном энергоблоке типа РБМК-1000 (такие установлены на ЧАЭС) хватит, чтобы при ее одномоментном высвобождении разогреть весь энергоблок массой 10000 т до температур в сотни миллионов градусов.
- в-третьих, как следствие предыдущего, все атомные реакторы работают в состоянии шаткого равновесия на грани разгона - т.е. расширяющейся цепной реакции распада. А все усилия конструкторов уходят на то, чтоб обуздать эти энергии, понизить их до приемлемого уровня. Любой атомный реактор таит в себе риск если не атомного, то теплового взрыва (термическое разрушение в результате недостаточного охлаждения либо вскипания теплоносителя).
И, если с контролем за самой реакцией атомного распада ученые и инженеры худо-бедно справляются, (если забыть о минимум пяти авариях: "Ферми-66", "Айдахо-Фолс", "Тримайл-Айленд-79", "Уиндснейл" и "Чернобыль-86"), то с последствиями атомной реакции (см. "во-первых") не умеют справиться и сейчас.
Проблемы по-прежнему остаются неразрешимыми: эффективная защита от проникающей все-таки
-радиации;
- дезактивация;
- лечение лучевой болезни.

в-четвертых, отходы атомной реакции (цезий-137, йод-131 и д.р.) гораздо более радиоактивны, и, соответственно, более опасны для живых организмов, чем само атомное топливо (уран-235, плутоний-239, торий-233). Только в нашей стране с отходами ядерных реакций связано две катастрофы: выброс в реку Течь в 1949-56 годах, авария на ПО "Маяк" в 1957 году. Каждый атомный реактор - это бомба, последствия взрыва которой гораздо серьезнее, чем последствия взрыва эквивалентного количества тротила.
На фоне этого прочие проблемы выглядят мелочами. Но все же уделим и им внимание. О массовом использовании атомных реакторов в наземном транспорте не может быть и речи. Представьте себе, какой находкой для террористов будет вездеход (тем более танк) с атомной силовой установкой: бомба со средством доставки (и самозащиты). В силу особенностей процесса распада урана (и других видов атомного топлива) запуск и остановка атомного реактора является достаточно сложной, а главное, длительной (несколько часов минимум) операцией.
То есть, атомную реакцию нельзя запустить и остановить мгновенным нажатием кнопки. Что сильно ограничивает возможность использования атомного реактора в качестве силового агрегата на транспорте. Единственный вид энергии, который производит атомный реактор - это тепловая энергия. Для ее преобразования в механическую (и далее в электрическую) энергию требуется разность температур.
Тепловые двигатели любого вида на сегодняшний день имеют КПД не выше 50%. То есть, чем больше мощность атомного силового агрегата, тем большее количество лишнего тепла он должен сбрасывать в окружающую среду. Для АЭС и ТЭС строятся огромные пруды-охладители. Атомные силовые агрегаты на морских судах могут достаточно эффективно сбрасывать лишнее тепло в воду. А как избавиться от тепла на космическом аппарате? Путем излучения сбросить удастся слишком мало - в соответствии с законами физики. Следовательно, придется выбрасывать в космос специально взятый теплоноситель. А в силу особенностей эксплуатации атомного силового агрегата его нельзя часто останавливать и снова запускать. То есть при необходимости маневра тягой вся немалая мощность реактора будет уходить на бесполезный разогрев балластного теплоносителя, который будет безвозвратно выбрасываться. Хотя на транспорте, в том числе и космическом, перспектив для атомного реактора не видно, АЭС все же есть и, видимо, далее будут существовать.
Но вот управляемый термоядерный реактор вряд ли когда-либо будет создан! С одной стороны, уровень энергий термоядерного синтеза превышает энергию атомного распада всего на порядок. А с другой стороны проблем неизмеримо больше. Для запуска термоядерной реакции, в отличие от атомного распада, требуется сначала установить необходимые критические условия - температуру в десятки миллионов градусов и соответствующее давление. И потом, как выяснилось, высокотемпературная плазма - очень капризная штука. Удержать ее достаточно длительное, для промышленных целей, время не удается. А потом, те же самые проблемы, что и с атомным реактором: преобразование тепла в электроэнергию. С той разницей, что температура в горячей зоне атомного реактора - 700С, а в токамаке - десятки миллионов градусов. Так что, стоит ли игра свеч?
.
©
ПРОДОЛЖЕНИЕ
Tags: Наука и ЖестЪ
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Comments allowed for friends only

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

  • 0 comments