Человек в космосе. Отодвигая границы неизвестного

Сергей Жуков. Российская космонавтика: тренды и перспективы развития

Сергей Жуков – исполнительный директор кластера космических технологий и телекоммуникаций фонда «Сколково» и член Российской академии космонавтики. Жуков родился в казахстанском городе Джезказган (теперь это главная посадочная площадка для модулей кораблей «Союз»).

С 1990 года Жуков возглавляет «Московский космический клуб», общественную организацию, нацеленную на поддержку национальных и международных космических инициатив. Жуков принимал участие в создании Российского космического агентства (основано в 1992 году), а с 2003 года является активным членом Отряда космонавтов. Он прошел обучение в Центре подготовки космонавтов им. Юрия Гагарина и квалифицирован для полета в космос. Перу Жукова принадлежат два поэтических сборника и несколько научных статей.

Национальные космические проекты – неотъемлемая часть российского научного, промышленного и духовного наследия. Более полувека наша страна остается одним из лидеров в освоении и использовании космического пространства. До недавнего времени российская космонавтика также приносила государству немалую прибыль, ставя страну в ряд ведущих развитых держав.

Развитие космических проектов укрепляет оборону России, ускоряет экономическую модернизацию и способствует прогрессу в научной, технической и социальной сферах. Следовательно, этот процесс является ключевым для социально-экономического прогресса, повышения благосостояния и национальной безопасности.

Использование космоса также позволяет решать вопросы связи, теле- и радиовещания, дистанционного зондирования Земли, мониторинга объектов и ресурсов, навигации и картографии. Все эти процессы создают надежную основу территориальной и системной целостности страны, информационного и духовного единства ее многонационального народа. Российская космонавтика и достижения в исследовании космоса внушают гордость за Родину.

Достижения космонавтики также преумножают научное знание и расширяют горизонты наших возможно-стей, что в перспективе делает космос доступным для всего человечества. Успехи России в освоении космоса обеспечивают ей статус активного и полноправного участника международных отношений.

Однако в настоящее время российские космические программы сталкиваются со сложными научными, технологическими, экономическими и институциональными проблемами. Некоторые из них являются следствием общего экономического положения в стране, в частности, краха 1990-х годов. Кроме того, изменилась сама структура экономики: промышленные районы сопротивлялись трансформации и продолжали действовать по инерции, унаследованной от советской эпохи.

В результате ведущие страны мира двинулись вперед, а Россия отстала в космических технологиях, адекватных системах гарантии качества, прибыльности государственных предприятий и далее по списку. Уровень дисциплины и ответственности упал до недопустимых значений. К сожалению, одна из лучших в мире систем научно-исследовательского образования претерпела огромный ущерб и естественная смена поколений ученых, вовлеченных в космическую промышленность, практически не произошла.

Российская космонавтика, несомненно, внесла свой вклад в ряд свершений. Российские ракеты обслуживают Международную космическую станцию, доставляют туда экипаж и грузы. Российское предприятие снабжает двигателями американские ракеты. Недавно с космодрома Куру (Гвианского космического центра) впервые была запущена ракета «Союз». Мы посылаем в космос более 40 % всех ракет (от числа запусков в мире) и лидируем на этом рынке. Но если мы оценим общемировой космический рынок (включая услуги для конечных пользователей – спутниковую связь, наблюдение за Землей из космоса и подобные вещи), объем которого в 2010 году превысил 200 миллиардов долларов, то доля российских предприятий составит всего 3 %. Эта ситуация должна измениться.

Сейчас российская космонавтика не может развиваться дальше, если космическая отрасль не будет существенно реформирована. Космические проекты должны стать настоящим инструментом инноваций и прогресса, а мощности производства увеличены во всех сферах государ-ственного и частного сектора.

Более полувека назад, в 1957 году, СССР запустил в космос первый «Спутник». С тех пор было успешно выполнено больше 6800 запусков спутников, пилотируемых аппаратов, долгосрочных проектов, рассчитанных на выживание в космосе, и автоматизированных межпланетных миссий.

На этом графике видно, что пик космических проектов в России пришелся на период между 1970 и 1991 годами. В Советском Союзе ежегодно запускали около ста космических аппаратов. Позже это число резко сократилось: Россия успешно запустила только 214 ракет в течение первого десятилетия XXI века, то есть в среднем больше 21 ракеты за год.

Рисунок 1. Число спутников, выведенных на орбиту с 1957 по 2010 г.

Всего до 2010 года Россия запустила 3479 космических аппаратов, и 3250 из них были успешно выведены на орбиту. Таким образом, Россия добилась успеха в 93,4 % случаев. После первых запусков средняя продолжительность периода активной работы российских космических аппаратов продолжала увеличиваться и достигла исторического максимума в 1990-х годах. Тем не менее в настоящее время средняя продолжительность жизни спутников уменьшается, поэтому количество российских спутников на орбите за последние десять лет сократилось.

График показывает, что в 1960-х годах США запускали в среднем около 70 спутников в год. С тех пор американ-ские ученые и инженеры усовершенствовали технологию производства, увеличив средний срок службы спутника с 10 до 15 лет, и в результате сократили количество запусков до 30 в год. Соединенные Штаты смогли сохранить это среднегодовое число в течение последних трех десятилетий. Пик запуска спутников в конце 1990-х годов обусловлен развитием низкоорбитальных систем спутниковой связи, таких как «Иридиум», «Глобалстар» и «Орбком».

В период с 1958 по 2010 год Соединенные Штаты запустили 2402 спутника, причем 2147 из них успешно вышли на орбиту (успех в 89,4 % случаев). Следует отметить, что производители из США создали более 300 спутников для других стран.

Какие тенденции характеризуют современное развитие глобальных космических проектов? Эксперты космического и телекоммуникационного кластера фонда «Сколково» выделяют ряд тенденций. Во-первых, конкуренция космических технологий на массовом рынке с альтернативными решениями на поверхности Земли. Во-вторых, растущая ценность международного сотрудничества при реализации космических проектов, особенно крупномасштабных. В-третьих, внедрение частных инициатив во все сегменты космических технологий. И, в-четвертых, сокращение интереса широкой публики к космическим путешествиям.

Эти тенденции затронули разные страны с разной интенсивностью. Давайте обозначим конкретные проблемы российской космонавтики.

Российские космические проекты последнего поколения характеризуются конкурентными преимуществами запусков, удовлетворением потребностей страны в стацио-нарной космической связи и радиовещании, завершением развертывания системы ГЛОНАСС (Глобальной навигационной спутниковой системы) и выполнением международных обязательств России в отношении Международной космической станции. Но другие области, такие как гидрометеорологические наблюдения и дистанционное зондирование Земли, орбитальный инструментарий для базовых космических исследований, личная спутниковая связь, а также ретрансляция и помощь в спасательных операциях – отстают.

Задача создания и поддержания современной телекоммуникационной инфраструктуры в Российской Федерации может быть решена путем широкого применения спутниковой связи. Спутники особенно эффективны для решения проблемы связи в отдаленных регионах и районах с суровыми климатическими условиями, таких как Кавказ, Сибирь и Дальний Восток.

По сравнению с 2000 годом в настоящее время на орбите находится на пять меньше российских спутников связи. Несмотря на уникальные космические технологии, Россия практически не может разрабатывать радиотехнические компоненты спутников из-за серьезного кризиса последних двух десятилетий. Это означает, что некоторые наши спутники связи последнего десятилетия состоят из компонентов низкого качества и имеют недостаточную мощность.

Хотя российские стационарные спутники связи и телерадиовещания развиваются более или менее стабильно (при государственной поддержке), ситуация с двумя другими перспективными направлениями развития космической связи (личная связь и передача данных) гораздо сложнее.

За последнее десятилетие методы дистанционного зондирования Земли развивались стабильно и динамично. Информация, поступающая из космоса, стала важным инструментом решения практических задач государственного и местного управления. Данные со спутников используются для изучения природных ресурсов, контроля и устранения последствий стихийных бедствий, техногенных чрезвычайных ситуаций. Они служат нуждам метеорологии, климатологии, картографии, геологии, геофизики, геохимии, океанографии и других наук о Земле. Эти же сведения используются для грамотного выстраивания городской, лесной и сельской экономики. Информация со спутников меняет повседневную жизнь человека на нашей планете.

Наряду с разработкой национальных и региональных программ дистанционного зондирования Земли, повышение качества технологий и оборудования спутников, а также качества обработки полученных данных, привело к быстрому росту числа спутников дистанционного зондирования Земли. Это новая технология для России и для всего мира, она развивается со скоростью около 15–25 % в год. Россия покрывает от 10 до 15 % нужд мирового рынка.

В разработке и развертывании радиолокационных спутников традиционно доминировали Соединенные Штаты, Япония, Китай, Германия, Франция, Канада, Италия, Индия, Израиль и Южная Корея. По радиолокационным космическим станциям Россия отстает от международного сообщества, а опыт советских ученых в этой области можно считать утерянным.

Чтобы задать курс на развитие дистанционного зондирования, представляется целесообразной модель независимого рынка для спутников такого назначения. Стоит также отметить, что излишняя секретность результатов анализа данных привела к окончательной потере некогда ведущей позиции России на мировом рынке. Еще в начале века иностранцы приходили к нам за данными, собранными спутниками «Комета». Сложившаяся ситуация заставляет думать, что российские предприятия могут преодолеть отставание в развитии этих систем, только заимствуя соответствующие технологии и обучение у европейских и американских компаний. Одной из возможных альтернатив является прямой импорт этих спутников, но это, в свою очередь, приведет к окончательной потере накопленного в этой области опыта.

России удалось внедрить систему ГЛОНАСС. В настоящее время эта система имеет сопоставимые по точности, доступности и функциональности характеристики с зарубежными аналогами (GPS). Основные проблемы со спутниковой навигацией проистекают из необходимости интеграции космических систем, первоначально разработанных для национальной обороны, в гражданскую сеть. Американская система GPS уже хорошо зарекомендовала себя. В будущем она должна быть интегрирована в европейскую систему Galileo, а также в китайскую и индийскую системы.

По очевидным экономическим причинам развитие космических исследований с использованием российских ракет обладает низким приоритетом. В период с 2001 по 2010 год было запущено 12 спутников-исследователей. Несколько более мелких и университетских спутников не смогли выйти на орбиту или не были задействованы из-за аварий с ракетами. Спутник «Фотон-М № 11» был потерян при выводе на орбиту. Только три спутника – «Коронас-Ф», «Фотон-М» № 2 и № 3 – работали на протяжении всего номинального срока эксплуатации.

Спутник «Коронас-Фотон» был запущен в 2009 году для наблюдения за Солнцем с земной орбиты. В ходе миссии было собрано значительное количество научных данных. Однако менее чем через год после запуска этот спутник вышел из строя из-за неисправного источника питания. Таким образом, разработка современных долгоживущих спутников для космических исследований является серьезной проблемой российской космической отрасли. Запуск исследовательской обсерватории «Спектр-Р» в июле 2011 года был серьезным успехом. Но четыре года спустя межпланетная миссия «Фобос-Грунт» (производства НПО им. Лавочкина), направлявшаяся на марсианскую луну Фобос, не смогла стартовать с низкой земной орбиты, – так был положен конец возрождению после двадцатилетней паузы российской программы межпланетных исследований. Можно заключить, что разработка сложных, уникальных, нестандартных многозадачных межпланетных миссий становится очевидной проблемой для российской промышленности. Современные подходы к планированию программ фундаментальных космических исследований должны быть коренным образом пересмотрены.

В то же время не следует забывать, что использование относительно дешевых космических аппаратов «Фотон-М» на основе одноразового спускаемого модуля позволило получить ряд результатов в области изучения микрогравитации. Сюда входит открытие новых эффектов в физике жидкостей, фазовых переходах и физике конденсированных состояний, новых биофизических и биохимических проявлений у испытуемых биообъектов и измерение физико-химических параметров процессов, происходящих в жидкой фазе. Мы получили контрольные образцы материалов для электроники, сплавов и композитов, штаммы микроорганизмов для решения экологических проблем и производства кормов для животных, а также трехмерные тканевые и хрящевые структуры для применения в клинической медицинской практике. Прикладные проекты в области микрогравитации открывают перспективы для коммерциализации космических исследований.

В то время как у России нет никакой возможности запустить межпланетную миссию, ученые Российской академии наук и российских университетов принимают участие в международных исследовательских проектах. Они проводят эксперименты на борту иностранных космиче-ских аппаратов. Так, например, «Марс-экспресс», выполняющий миссию Европейского космического агентства на марсианской орбите с 2003 года, оснащен россий-скими приборами SPICAM-M, OMEGA-M и PFS-M. «Венера-экспресс», миссия Европейского космического агентства, работающая на орбите с 2005 года, проводит эксперименты с использованием приборов российского производства SPICAM-V, OMEGA-M и PFS-M. «Марс Одиссей», миссия NASA, работает на Марсе с 2001 года и проводит эксперименты на оборудовании ХЕНД российского производства. Лунный разведывательный орбитальный аппарат NASA проводит эксперименты с использованием нейтронного детектора ЛЕНД российского производства. Марсианская научная лаборатория «Кьюриосити», запущенная 26 ноября 2011 года, имеет на борту детектор DAN, предоставленный Российским космическим агентством.

Новые игроки в освоении космоса – Китай, Индия, Япония и Европейский Союз – вызвали существенное оживление отрасли в последние десять лет. Их проекты и текущая научно-исследовательская работа поразительны по своим масштабам. Область постоянных исследований охватывает околоземную космическую среду, Солнечную систему, планеты и астрофизические процессы. Лунные полеты находятся в фокусе космических исследований последнего и грядущего десятилетий. Марсианская миссия также необходима для продолжения операций в космосе. Мы надеемся, что российские межпланетные миссии и обсерватории найдут свое уникальное место в международном научном сотрудничестве.

Сегодняшняя пилотируемая российская космическая программа неразрывно связана с расширением и эксплуатацией Международной космической станции, а также с комплексом научных и прикладных мероприятий, проводимых на станции. МКС работает на околоземной орбите с ноября 1998 года. Люди живут на ней с октября 2000 года. Сегодня МКС состоит из 14 основных модулей, в том числе пяти российских.

В соответствии с российской Федеральной космиче-ской программой к МКС будет добавлен многофункциональный лабораторный модуль, а в 2014 году будет подключен узловой модуль «Причал», позволяющий пристыковать до четырех дополнительных модулей к российскому сегменту МКС. Затем планируется стыковка двух научно-исследовательских модулей в 2015–2016 годах.

С 29 мая 2009 года на станции работает экипаж из шести человек, в том числе трое россиян. Транспортную и техническую поддержку оказывают российские космические корабли «Союз ТМА» и «Прогресс М», европейский транспортный космический корабль ATV и японский транспортный космический корабль HTV. Многолетняя эксплуатация МКС продемонстрировала высокий уровень надежности и гибкости инженерных и технических подходов, а также наличие определенных организационных и технических проблем. Задержки в строительстве МКС (в частности, ее российского сегмента) значительно сократили продолжительность и область ее целевого использования. Хотя станция автоматизирована в максимально возможной степени, почти постоянное присутствие экипажа все еще необходимо, что является недостатком. Станция недостаточно удобна для экипажа: хотя она имеет большие герметичные отсеки, большинство из них используются для размещения оборудования и систем обслуживания. Безопасное проведение некоторых важных экспериментов на МКС проблематично или даже невозможно.

Несмотря на все сложности, в российском сегменте МКС были получены некоторые важные результаты. К концу 2010 года было выполнено 38 экспериментов, в то время как 55 экспериментов находились на стадии выполнения и еще 79 экспериментов – на стадии наземной подготовки. Результаты этих экспериментов породили такие разработки, как костюм осевой нагрузки для немедикаментозного лечения неврологических нарушений, комплекс Cardiosleep-3, который используется для оценки состояния организма во время ночного сна, и компьютерная система скрининга сердечно-сосудистых заболеваний. Было также разработано несколько новых препаратов. Практические результаты были получены при разработке агентов биодеградации масел, а также при выделении клонов ДНК для исследовательской партии вакцины против гепатита В.

Результаты эксперимента по кристаллизации, направленного на изучение структуры кристаллов инсулина, выращенных в российском сегменте МКС, позволили запустить в России производство генно-инженерного инсулинового продукта для лечения тяжелой формы диабета.

Исследования, проведенные в рамках экспериментов с плазменными кристаллами, выявили ряд совершенно новых эффектов в плазме с сильно заряженными микрочастицами.

Несмотря на все разнообразие исследований и экспериментов, проводимых в российском сегменте МКС, эффективность станции с точки зрения важных научных и прикладных результатов недостаточно высока. Это связано с проблемами создания новых российских модулей, ограниченными ресурсами и непригодностью МКС для ряда исследований в области микрогравитации, энергетики, радиации и т. д. Реализация программы коммерче-ских прикладных исследований на МКС могла бы стать важным направлением инновационной деятельности.

Несмотря на сохранение конкурентоспособности на рынке, большинство российских ракет устарели. Почти все используемые в настоящее время ракеты-носители и космодромы были введены в эксплуатацию 20 и более лет назад. Ракеты построены из устаревших компонентов, а наземные комплексы подверглись многочисленным перестройкам. Кроме того, на легких и тяжелых ракетах по-преж-нему используются токсичные компоненты топлива.

Федеральная космическая программа на 2015 год предусматривает разработку системы ракет-носителей на базе таких ракет, как «Протон-М», «Русь» и «Ангара». Приоритетным направлением деятельности является завершение разработки и испытаний ракеты «Союз-2» с разгонным блоком «Фрегат» на космодроме Плесецк. Начиная с 2013 года ракеты «Ангара» потребуются для запуска будущих космических кораблей с этого космодрома.

Начались проектные работы по созданию унифицированного транспортного модуля, в котором будут использоваться солнечные электрические и ядерные реактивные двигатели. Ожидается, что летные испытания начнутся после 2015 года. Были рассмотрены технические предложения по разработке многоразового жидкостного ракетного двигателя для первой ступени многоразовой ракетной космической системы «МРКС-1». Ожидается, что результаты конкурса инженерных концептов этой системы будут объявлены в 2012 году.

Сегодня космодром Байконур остается основной российской площадкой для пилотируемых запусков и вывода космических кораблей на геостационарную орбиту. Начало работы над новым российским космодромом было объявлено в апреле 2007 года на совещании под руковод-ством президента Российской Федерации. Было принято решение о создании нового космодрома недалеко от города Свободный в Амурской области. В результате 6 ноября 2007 года президент подписал приказ о строительстве космодрома «Восточный».

Приоритетной задачей в рамках строительства нового космодрома является создание производственной базы, без которой в свое время будет сложно построить необходимую наземную космическую инфраструктуру. Коммерциализация ряда услуг, предоставляемых на космодроме, и развитие государственно-частного партнерства в ходе строительства и эксплуатации являются одними из перспективных направлений среднесрочного развития.

Новый космодром позволит России реализовать свою космическую политику, запуская пилотируемые космические корабли и космические аппараты, работающие на геостационарной орбите, со своей собственной территории. Президент одобрил несколько таких проектов 19 ноября 2009 года. Это, во-первых, развитие рынка услуг ГЛОНАСС. Во-вторых, создание систем контроля и управления жилыми объектами. В-третьих, создание интеллектуальных систем мониторинга и контроля состояния технически сложных приборов. В-четвертых, создание полного технологического цикла производства солнечных батарей нового поколения. В-пятых, создание на Земле транспортно-энергетического модуля для ядерно-энергетической установки мегаваттного класса.

Четыре человека также посетили МКС в качестве космических туристов, все из США и Канады, и один из них – дважды.

Накопленный опыт создания и длительной эксплуатации пилотируемых космических комплексов позволяет запускать совместные проекты за пределы околоземной орбиты, а возможно, и до Луны и Марса. С ноября 2008 года эксперимент под названием «Марс 500» позволил симулировать полет на Красную планету. В проекте участвовали три представителя России и по одному от Франции, Италии и Китая. Этот проект стал первым шагом в подготовке реальной пилотируемой экспедиции на Марс, которая станет возможна только при активном международном сотрудничестве.

Анализ финансирования космических исследований показывает, что гражданские космические программы в России в 2010 году впервые превысили бюджетную отметку в 100 миллиардов рублей. В течение первого десятилетия XXI века финансирование частных инициатив превысило 13 миллиардов долларов.

Согласно исследованию Минэкономразвития России, производительность труда в российской космической отрасли значительно отстает от тех же показателей в других странах. Судя по результатам исследования, ракетно-космическая промышленность России производит 14 800 долларов на работника в год, тогда как европей-ские работники производят 126 800 долларов, а Соединенные Штаты – 493 500 долларов на человека. Эта ситуация в целом обусловлена отставанием количественного и качественного уровня используемых и разрабатываемых российских космических аппаратов.

Производственный, научно-технический потенциал космической отрасли, созданной в Советском Союзе для крупномасштабного производства космических аппаратов, нуждается в серьезной реконструкции, направленной на преодоление растущего отставания России от других стран.

Наряду с очевидными проблемами разработки и эксплуатации космических аппаратов, институциональные проблемы вносят свой вклад в печальное состояние российской космонавтики. Эти проблемы касаются планирования программ и целей, институционального развития и общественной поддержки проектной документации, отсутствия гармонизированной системы государственного решения стратегических вопросов развития космической деятельности, секретности политических, программных и плановых основ космической деятельности, незрелости механизмов общественного обсуждения и независимой экспертизы; сохранения неопределенности распределения ролей между заказчиками и подрядчиками, отсутствия стратегического видения космических агентств и отсутствия крупных и средних предприятий по эксплуатации космических аппаратов.

Что касается наземной космической инфраструктуры, то в России не существует государственной сети наземных станций, соответствующих международным стандартам связи. В области организации применения результатов космической деятельности не хватает хороших управляющих, которые могли бы предоставлять услуги потребителям на соответствующих рынках (таких как дистанционное зондирование Земли).

В области функциональных космических технологий нам необходимо развивать долгосрочное производство отдельных спутниковых систем и целых космических аппаратов. Нам нужно активнее работать над перспективными космическими аппаратами, легче переходить на новые унифицированные космические платформы и улучшать условия для разработки электронных компонентов.

В области правовой безопасности нам нужно больше инвестиций в предпринимательство в сфере космической деятельности.

В ракетно-космической промышленности сохраняется неопределенность, связанная с промышленной конкуренцией, резервированием производственных мощностей и проектирования. Нельзя отрицать и игнорировать существующее в России отставание от других стран, обладающих развитыми технологическими возможностями, низкий уровень производительности капитала и труда, отсутствие качественных производственных систем, недостаточное количество квалифицированных специали-стов, высокий средний возраст работников и неразвитую систему подготовки кадров всех уровней.