Космический взгляд в будущее: академик Лев Матвеевич Зелёный про прошлые и грядущие российские научные аппараты в космосе
Изданию Pro Космос удалось пообщаться со Львом Матвеевичем Зелёным — известным учёным, бывшим директором Института космических исследований РАН (2002—2017 гг.), ныне занимающим должность научного руководителя ИКИ РАН. Интервью коснулось как прошлых достижений института, нынешних программ, так и планируемых к запуску научных космических аппаратов.
«Спектр-Р», «Спектр-РГ», «Спектр-УФ», «Спектр-М», «Луна-25», «Венера-Д», «Венера-В» — знакомые названия? Мы смогли пролить немного света на то, как сейчас выглядит российская автоматическая научная космонавтика.
Идея интервью
Однажды нашему автору Роману Белоусову случайно попала в руки книга «Центр советской космической науки», которую издал ИКИ в 1991 году. Книга подводила итоги института за почти 30 лет существования, давала обобщённую сводку по всем проектам, космическим аппаратам и исследованиям. Красивые иллюстрации, рисунки космических аппаратов и инфографика до сих пор смотрятся очень интересно и информативно.
Самое интересное в этой книге — взгляд в будущее, с описанием и иллюстрациями планируемых научных космических аппаратов. Многие из них вы знаете — они либо полетели, либо готовятся к запуску. Некоторые проекты были свёрнуты. Некоторые объединены. А некоторые настолько видоизменились, что стали совсем не похожи на первоначальный замысел.
Потому, это интервью — это возможность взглянуть на космическую науку со стороны одного из самых видных учёных современности, который участвовал и наблюдал за развитием нашей научной автоматической космонавтики.
— Лев Матвеевич, как вы уже поняли, я горячо хочу обсудить с вами именно книгу «Центр советской космической науки» 1991 года. Она вышла в переломный момент, когда достижений у ИКИ было уже много, самое время бы начать развивать их во всех аспектах космических исследований, но тут, к сожалению, Союз развалился.
— На самом деле, развал Союза не так сильно ударил по нам в то время. Сложности начались значительно позже, уже в 2000-е гг. А в 1990-е гг. у нас после завершения советской программы «Интеркосмос» успешно отлетали аппараты по проекту «Интербол».
Проект «Интербол» — международный научный проект, направленный на изучение солнечно-земных связей. Проект «Интербол» состоял из двух спутников: «Интербол-1» (Хвостовой Зонд) и «Интербол-2» (Авроральный Зонд) и двух субспутников «Магион-4 и -5». Головной научной организацией по данному проекту был Институт космических исследований РАН. Субспутники были созданы Институтом физики атмосферы Республики Чехия. Орбита спутника «Интербол-1» имела апогей 200 000 км, перигей 500 км и наклонение 63o. Такие параметры орбиты оптимальны для исследований солнечного ветра, хвоста магнитосферы Земли и пограничного слоя магнитосферы. Орбита спутника «Интербол-2» имела апогей 20 000 км и такое же наклонение, как и орбита спутника «Интербол-1», позволяя исследовать внутреннюю магнитосферу и авроральную зону. Спутник «Интербол-1» был запущен 3 августа 1995г. и вошел в атмосферу в октябре 2000г., будучи в рабочем состоянии. Спутник «Интербол-2» был запущен 29 августа 1996г. и проработал на орбите 2,5 года. Субспутники отделились от спутников «Интербол» спустя короткое время после запуска и следовали за ними на расстоянии в несколько тысяч км.
Так что, продолжение и развитие именно у автоматического «Интеркосмоса» было. Мы тогда получили очень много научных данных по солнечно-земной физике. В частности, наблюдения с помощью нескольких космических аппаратов помогают изучать суббури — взрывные выбросы энергии, которые накапливаются в хвосте магнитосферы Земли, когда межпланетное магнитное поле (ММП) направлено к югу, и которые проявляются на Земле в виде нерегулярных геомагнитных вариаций и северного сияния в приполярных и полярных областях. Модели возникновения суббурь, предполагающие различные пространственно-временные сценарии их развития, вероятно, являются одной из самых обсуждаемых тем в физике магнитосферы.
— А что насчёт проекта «Радиоастрон». Он задумывался ещё в 1980-е годы и визуально почти не изменился.
— Всё верно — физика с тех пор не изменилась. (смеётся) Изменилось наше понимание физики. Проект «Радиоастрон» задумали ещё в те времена, как были получены новые научные данные со станции «Салют-6», с её космического радиотелескопа КРТ-10, появилась идея сделать отдельный автоматический аппарат. Аппарат «Спектр-Радиоастрон» с помощью сети наземных радиотелескопов должен был собирать данные на вытянутой эллиптической орбите с наибольшим удалением от Земли в 70 тыс. км.
«Спектр-Р» — большой радиотелескоп с диаметр антенны 10 м. Он предназначен для проведения фундаментальных астрономических исследований, в том числе совместно с земными радиотелескопами. Задачи — изучение галактик и квазаров в радиодиапазоне, чёрных дыр и нейтронных звезд в нашей галактике, структуры межзвездной плазмы, измерение расстояний и скоростей пульсаров и других галактических источников и др. Космический аппарат успешно проработал в космосе более 7 лет (с августа 2011 по январь 2019) и помог получить значительное количество ярких и интересных научных результатов.
Но тогда на это проект средств не выделили — велась разработка ракеты «Энергия», станция «Мир», опять же, много средств потребляла. Потому, решили тогда наши приборы установить пока на «Мире». Самый первый модуль, «Квант», как раз нёс в себе астрофизическая обсерватория «РЕНТГЕН»— это телескоп с теневой маской, четыре спектрометра, два ультрафиолетовых телескопа. три радиотелескопа, ультрафиолетовый телескоп, спектрометр, электрофоретическую установку. Незадолго до запуска модуля «Квант», 23 февраля 1987 г., в ближайшей к нам галактике Большое Магелланово Облако вспыхнула сверхновая, которая в пике яркости была видна на пределе чувствительности человеческого глаза. Благодаря новому модулю удалось получить уникальные научные данные по ней.
Так как во время запуска «Кванта» существование чёрных дыр ещё не было до конца доказано, то мы могли оперировать лишь терминами «кандидатов в чёрные дыры». Дело в том, что источником рентгеновского излучения является не сама чёрная дыра, а падающее на нее вещество с соседней нормальной звезды, которое в процессе падения разогревается до температур, превышающих миллиард градусов. Угловой момент закручивает вещество в диск, излучение которого и видят рентгеновские телескопы.
Реализовать проект «Радиоастрон» смогли только в 2011 году, когда запустили радиотелескоп «Спектр-Р». В качестве «попутной нагрузки» к радиотелескопу на аппарат был установлен комплекс аппаратуры «Плазма-Ф», предназначенный для мониторинга солнечного ветра. Это поток плазмы, распространяющегося от Солнца и генерирующего магнитные бури на Земле. Это — прибор, являющийся, по сути, единственным в последние годы отечественным научным экспериментом по тематике околоземного космоса и космической погоды.
В 1980-е гг. задумывался и «Спектр-Рентген-Гамма». Надо учитывать, что их облик постоянно менялся, дополнялся и переделывался. Научные задачи тоже сильно менялись, наука не стояла на месте, да и облик приборов, их принципы менялись от заседания к заседанию. «Рентген-Гамму» тогда хотели выводить на высоту около 200 000 км — если дальше, то принимать данные в то время было сложно.
«Спектр-РГ» должен был стартовать раньше «Спектра-Р», но в итоге «Радиоастрон» запустили раньше. Так совпало, что «Рентген-Гамму» реализовали сразу после завершения работ со «Спектром-Р». «Радиоастрон», надо сказать, вместо расчётных трёх лет успешно проработал на орбите семь с половиной, полностью оправдав возложенные на него ожидания и превзойдя их. В 2019 году завершили «Радиоастрон» и запустили «Рентген-Гамму», который работает до сих пор.
Научный космический аппарат «Спектр-Рентген-Гамма» («Спектр-РГ») — рентгеновская обсерватория. Её миссия — создание карты видимой Вселенной в рентгеновском диапазоне электромагнитного излучения, на которой будут отмечены все крупные скопления галактик. Широкомасштабные карты Вселенной — вроде путешествия во времени. Один из главных вопросов, на который должен ответить «Спектр-РГ» — как проходила эволюция скоплений галактик за время жизни Вселенной. Спутник создан в АО «НПО им. Лавочкина», а научная программа разработана в ИКИ РАН.
Космическая обсерватория «Спектр-РГ» создается в рамках Федеральной космической программы России, раздел «Фундаментальные космические исследования», по заказу Российской Академии наук с участием Германии. По соглашению, заключенному между Федеральным космическим агентством (Роскосмос) и Германским центром авиации и космонавтики (DLR), данные обзора телескопа eROSITA обсерватории СРГ по одной половине неба принадлежат ученым в Германии, а по другой — ученым в России. В качестве границы выбран нулевой меридиан в галактических координатах. Все данные телескопа ART-XC принадлежат ученым в России. С сентября 2020 года телескоп ART-XC носит имя М. Н. Павлинского.
26 февраля 2022 года германская сторона проекта, следуя указаниям правительства приостановить сотрудничество с Россией, была вынуждена отключить телескоп eROSITA. Германский телескоп был переведён в «безопасный режим», несмотря на протесты учёных в Германии. После отключения eROSITA российский телескоп ART-XC им. М. Н. Павлинского начал наблюдения, которые ранее были запланированы на более поздний период работы телескопа.
— А что сейчас с работой российского радиотелескопа на «Спектре-РГ»? После отключения российский телескоп продолжает принимать научные данные?
— Конечно, продолжает! Оба прибора могут работать независимо. Наш в более жёстком рентгеновском диапазоне, их — в более мягком. Плюс, конечно, был в совмещении этих данных. Изначально «Спектр-Рентген-Гамма» должен был проработать в космосе не менее 6,5 лет — первые четыре года в режиме обзора звёздного неба. Полный обзор проводится около полугода, всего планировалось сделать восемь обзоров. А оставшиеся 2,5 года были предназначены на режим сканирования и точечного наблюдения самых интересных объектов. Тем не менее, на конец 2021 г. было проведено четыре полных обзора неба — это уже сам по себе огромный научный объём данных.
В начале 2022 г. кооперация с западными коллегами была поставлена на очень сильную паузу, и мы перешли к более поздней программе — сосредоточились не на обзоре, а уже на интересных и загадочных участках Вселенной. Если бы всё шло по плану, то к концу 2023 г. ожидалось создание рентгеновской карты всего неба в 30—40 раз детальнее существующих на сегодня. Но жизнь всегда вносит коррективы.
— Сколько вообще планировалось таких аппаратов?
— Это целая серия телескопов — «Радиоастрон», «Рентген-Гамма», «Ультрафиолет» и «Миллиметрон». Про первые два говорили ещё 40 лет назад, а вот другая пара — поновее. «Спектр-УФ» [УльтраФиолет, прим. ред.] предназначен для исследования Вселенной в недоступном для наблюдений наземными инструментами ультрафиолетовом диапазоне электромагнитного спектра 100—350 нм. Задача — получить новые фундаментальные данные по таким направлениям астрофизики, как эволюция Вселенной, звездообразование и физика звёзд.
Планируется к запуску и «Спектр-М» — это космическая обсерватория миллиметрового и инфракрасного диапазона с криогенным телескопом диаметром 10—12 м. Недавно, кстати, продвинулись в его создании — в Астрономическом центре ФИАН сделали новый криогенный приёмник излучения. Но работы ещё много — аппаратуру для телескопа надо правильно охлаждать, чтобы не было тепловых наводок. Хоть аппарат, как и «Спектр-РГ», планируют вывести в точку Лагранжа L2 на расстояние в полтора миллиона км от нашей планеты, но нужно дополнительное охлаждение.
«Спектр-УФ» планируется к запуску в конце десятилетия, а вот «Миллиметрон» — уже после 2030 года. Точнее не берусь сказать.
— А какие прогнозы по автоматическому освоению Луны? «Луна-25» — вопрос решённый, ждём запуска. А что насчёт 26 и 27?
— Так как прошло довольно много времени с последней «Луны» [«Луна-24», 1976 год, прим. ред.], то многие компетенции приходилось восстанавливать. Тогда же как вышло? Американцы на Луну слетали, мы аппараты высадили, все себе грунт привезли. А большего с тем уровнем техники нельзя было сделать. Так и затих интерес к Луне. Нет, ну, конечно, думали и базу строить с помощью ракеты «Энергия», но это было, скорее, из области фантазий. Очень мало прорабатывали этот вопрос, Глушко что-то прикидывал с помощью ракеты «Вулкан», но всё так и осталось на бумаге и в иллюстрациях.
А по поводу нынешней лунной программы — ждём лета, когда «Луна-25» стартует с Восточного. А задел в приборах и железе по «Луне-26» и «Луне-27» уже начат. Вообще, согласно Федеральной космической программе 2016—2025 гг. мы должны были создать и запустить пять аппаратов к Луне и на Луну, но всё сдвигалось вправо, бюджет урезали. Так что, скорее всего сейчас всё вылезает уже в другую Федеральную программу — 2026—2035 гг. Там уже и с Китаем полная кооперация как раз должна начаться.
— А какой смысл нам сейчас лететь на Луну? Есть ли тут какая-то коммерческая жилка или только наука преобладает? Что насчёт гелия-3?
— Вы представляете, какая температура должна быть для ядерной реакции с этим изотопом? В природе подобные условия, подходящие для синтеза, существуют лишь в недрах звёзд. К тому же, никаких «складов» гелия на Луне нет, он более или менее равномерно рассеян по всему приповерхностному слою.
А насчёт смысла — там есть ресурсы, такие приятные штучки, как водяной лёд, так и всяческие вкрапления в него. Эту область надо всесторонне исследовать. Американский аппарат Lunar Reconnaissance Orbiter, на котором стоит и наше оборудование, показал, что на Южном полюсе Луны есть много неизученного. То, что вода там есть — это уже давно доказано с помощью нашего прибора ЛЕНД на аппарате LRO. Но что это за вода? Откуда она? Это — вода, принесённая кометами?
Воду на Луну ведь действительно могли принести кометы во время «Поздней тяжёлой бомбардировки» четыре млрд лет назад. Именно кометы и считаются основными распространителями органических соединений в Солнечной системе. Не исключено, что на Луне мы сможем найти органику, которая когда-то попадала на Землю и стала предтечей возникновения жизни. Кто знает? Надо исследовать этот вопрос.
Вообще, если смотреть шире, то Луна — кладезь знаний. Там можно установить телескоп, которому не мешает атмосфера, там можно тренировать полёты на Марс для космонавтов, там можно исследовать селеногеологию [лунную геологию, прим. ред.], возможностей — масса. Коммерческой жилки тут нет и быть не может — с 1967 года действует запрет на суверенитет над любым космическим телом или его частью. Но американцы под свою программу «Артемида» сейчас пытаются всё переписать и лавировать в понятиях — якобы, суверенитета нет, но добывать может кто угодно. При этом они боятся, что Россия и Китай могут «застолбить» наиболее интересные места.
— А что насчёт пилотируемой программы? Вы упомянули про тренировки для космонавтов. Что даст присутствие человека на Луне?
— Кроме чисто политического момента? Пока не до конца понятно. Потому мы и отправляем туда роботов — все эти «Луны». Главная проблема присутствия там человека была описана ещё астронавтами, которые туда летали. Лунная пыль и защита от радиации — вот две главные беды. А уже перетаскать с Земли модули для окололунной орбитальной станции и лаборатории, которые будут располагаться непосредственно на Луне — это не проблема. Стоит только дождаться того момента, когда залетает «Зевс». Другой вопрос — успеют ли? Анонсировали присутствие там космонавтов уже в начале следующего десятилетия. Но международная кооперация с Китаем, конечно, помогает форсировать работы. Одно дело, когда мы что-то своими силами делаем и сдвигаем сроки, а другое — когда партнёров подводим. МКС тоже, вон, не сразу залетала — на два года опоздали. Но, ничего — работает пока.
— А что думаете насчёт станции РОС? Уже есть задумки по установке на неё приборов ИКИ РАН?
— Учитывая высокоширотную орбиту станции, на неё можно будет установить приборы, которые продолжат исследования, начатые в проекте «Интербол». Это, так сказать, приборы для исследования авроральных процессов, высыпания магнитных частиц. Можно будет наблюдать полярные сияния и фиксировать их значения в период полуобращения вокруг Земли — 40—50 минут. А потом сравнивать полученные данные на Северном и Южном полюсах.
— В каком статусе сейчас исследование Марса, тот же проект «ЭкзоМарс»?
— На рубеже 1980—1990-х гг. у нас планировался новый виток исследования Марса с доставкой потом на Землю образцов грунта. Марсоход-прототип собрали, испытывали его на Камчатке. Тот, что должен был стартовать к Марсу, должен был весить около 400 кг и мог производить отбор проб грунта с помощью марсоходика поменьше. Питался бы марсоход от РИТЭГа, что давало запас хода в 180 км и срок активного существования на поверхности Марса от одного года. Самое главное в той миссии было то, что мы хотели провести доставку проб на Землю. Мы даже начали частично реализовывать эту программу в проекте «Марс-96», там как раз стояли два автоматических зонда-бура. Одной из их задач как раз и было исследование физико-механических характеристик грунта на Марсе для последующих миссий. Но «Марс-96» тогда аварийно вышел на орбиту и сгорел в атмосфере.
Марсианская программа продолжалась до прошлого года, пока европейцы не отказались от реализации программы по «ЭкзоМарсу». Это, конечно, был выстрел в ногу — и мы тогда затратили около 1 млрд долларов, и они примерно столько же. Теперь оба аппарата — «Казачок» и «Розалинд Франклин» осели в Италии. Сейчас наши специалисты снимают наши приборы и готовятся к возвращению «Казачка» в Россию. Возможно, что программа всё же будет реализована, но уже с другими партнёрами. Посадочная платформа есть, ракета под запуск имеется, осталось переделать это под новые реалии. Очень надеемся, что программа выживет, пусть и в сильно изменённом виде.
«ЭкзоМарс» — совместная программа Роскосмоса и Европейского космического агентства по исследованию Марса. Основная цель — поиск доказательств существования жизни на Красной планете (в прошлом или настоящем).
Первый запуск в рамках программы был произведён в 2016 году — к Марсу отправились Trace Gas Orbiter (TGO) и спускаемый аппарат «Скиапарелли». Роскосмос предоставил ракету-носитель «Протон-М» для запуска миссии, а ИКИ РАН разработал набор из трёх инфракрасных спектрометров для изучения химии и структуры атмосферы Марса и детектор эпитепловых нейтронов высокого разрешения. Первый запуск был частично успешным — орбитальный аппарат TGO успешно функционирует до сих пор, а вот спускаемый аппарат «Скиапарелли» разбился при посадке.
Второй запуск по программе «ЭкзоМарс» должен был произойти в 2022 году. В этот раз к Красной планете должны были отправиться российская посадочная платформа «Казачок» с европейским марсоходом «Розалинд Франклин» на борту. Но в ходе санкций в 2022 году Европейское агентство отказалось от сотрудничества с Роскосмосом, тем самым поставив крест на «ЭкзоМарсе». С тех пор «Казачок» и «Розалинд Франклин» находятся в Турине.
— Планируется ли к запуску наш какой-то марсоход? Пусть даже соразмерный небольшим шагоходам ПрОП-М, которые полетели по программе «Марс-2» и «Марс-3».
— Компетенции по тому направлению нужно наращивать заново. Сначала испытаем что-то на Луне, устойчивое к радиации и имеющее стабильную связь и систему управления, а потом можно говорить уже и о российском марсоходе.
Предыдущие мы заказывали во ВНИИТрансмаш в Ленинграде. Сейчас, скорее всего, нужно будет сотрудничать с теми, кто имеет новые компетенции — с «Андроидной техникой», например. Но пока, в любом случае, таких планов нет. Тем более, что в федеральной программе до 2025 г. этого не прописано.
— От Марса плавно переходим к Венере. В каком статусе сейчас программа по освоению второй планеты? Известно, что у нас с полётами к ней всегда лучше получалось, чем на Марс.
— Готовим сейчас проект «Венера-Д» — облик будет сильно напоминать «Венеру-13» и «Венеру-14», но уже с новейшим оборудованием, конечно. Конструкцию усилим по сравнению с советскими станциями — спускаемый аппарат должен просуществовать на поверхности при давлении и температуре Венеры около трёх часов. На большее мы пока не рассчитываем — для этого нужен гораздо больший спускаемый аппарат с огромной системой охлаждения.
Проект «Венера-Д» предназначен для длительных исследований Венеры. Цель — продолжение фундаментальных исследований Венеры в 1960—1980-е гг. Был получен большой объем данных, касающихся строения и состава атмосферы, облачного слоя, скоростей ветра, состава поверхности. Однако многие вопросы, связанные с динамикой атмосферы, гигантского парникового эффекта и эволюции Венеры остались нерешенными.
«Венера-Д» должен обеспечить новый качественный уровень научных исследований планеты, когда наблюдаемые природные явления, происходящие на планете, можно одновременно изучать как с орбиты, так и находясь на поверхности Венеры. Межпланетная станция будет включать в себя орбитальный аппарат, субспутник и посадочный аппарат. Каждый из аппаратов будет оснащён научной аппаратурой широкого спектра.
«Венера-В» в грунтовозвратном варианте пока на паузе. Благородная задумка, но очень сложнореализуемая. Для того, чтобы взлететь в атмосфере Венеры на орбиту, потребуется очень большая масса топлива. Учитывайте, что сила притяжения там почти такая же, как на Земле, но атмосфера почти 100 раз более плотная, так ещё и в полтора раза выше продолжается. Пока думаем над реализацией возврата на Землю капсулы с атмосферой Венеры.
Тут есть очень интересный момент, и я в него верю, что на Венере может существовать жизнь. Простейшая, не углеродная, но всё же жизнь. Этот вывод следует из результатов новой обработки архивных данных ТВ-эксперимента, выполненного на поверхности Венеры в ходе наших миссий «Венера» в 1975—1982 гг. Мы с коллегами — Леонидом Васильевичем Ксанфомалити, Валентином Николаевичем Пармоном и Валерием Николаевичем Снытиковыми — изучали этот вопрос.
Как вы помните, на многих спускаемых аппаратах стояли камеры, которые в режиме ТВ-трансляции делали полупанорамы в местах высадки. Архивные данные были обработаны с использованием новых методов, что значительно улучшило их детализацию. В результате нового анализа ТВ-изображений, было обнаружено до 18 гипотетически живых объектов. Найдено много объектов со сложной правильной структурой, и предположительно способных очень медленно двигаться. Объекты обладают заметными размерами и могут свидетельствовать о существовании жизни на Венере в физических условиях, радикально отличающихся от земных. Потому для исследования гипотетической жизни Венеры необходимо выполнить новую специальную миссию, гораздо более сложную, чем миссии предыдущих «Венер». А самое главное — камеры на «Венере-Д» и последующих аппаратах должны иметь настолько максимальное разрешение и диапазон, насколько позволяет конструкция и запас по массе.
— Есть ли в планах лететь дальше — к поясу астероидов и газовым гигантам?
— Это было бы замечательно, но для этого нужно нарастить компетенции по радиационно-устойчивой электронике. Потому, пока мы об этом не думали. Может быть, к тому моменту, как залетает «Зевс» и доставит на Луну всю необходимую инфраструктуру, мы созреем до исследований дальнего космоса. Это будет как раз федеральная космическая программа 2036—2045 гг.
И вы забыли упомянуть в нашем с вами разговоре про проект «Ионосфера», который необходим для наблюдения и определения геофизических параметров ионосферы и верхних слоёв атмосферы Земли и околоземного космического пространства. Группировка спутников будет состоять из нескольких аппаратов, первый планируется к запуску в этом году как раз с Восточного.
Доживём — увидим! История продолжается — мы регулярно выпускаем книги о своих достижениях. Спасибо вам, Роман, обязательно заходите ещё.
