Доклад по предмету «Астрономия»

Долгое время Советский Союз, а затем и Россия были лидером в
космической промышленности и развитии ракетостроения. В последнее
десятилетие мы начали утрачивать это лидерство, нас догоняют США, Китай,
Европа и другие страны.Тем не менее, наша страна тоже может похвастаться
многими успехами в космической отрасли.

Печать в космосе тканей человека и животного

В декабре 2018 года на борту МКС начался эксперимент по
воспроизведению живых тканей на принтере. В рамках исследования были
напечатаны образцы ткани, взятой из хряща человека, а также несколько
образцов ткани мышиной щитовидной железы.
Россия стала первопроходцем в создании трёхмерной биопечати в
условиях невесомости. Лишь через полгода наши заокеанские коллеги из США
смогли провести такой же эксперимент на борту МКС.
Клетки, полученные в условиях космоса, получились здоровыми, на них
не повлияли ни радиация, ни внеземные условия. В дальнейшем планируется
использовать эту технологию в медицине, для регенерации повреждённых
тканей.

Прогресс МС-11 - самый быстрый космический корабль
В апреле 2019 года со стартовой площадки космодрома Байконур
стартовал транспортный грузовой корабль «Прогресс МС-11». Через 3 часа 21
минуту он совершил стыковку с модулем «Пирс» на МКС – это рекорд по
скорости среди всех полётов.
Вес груза, который доставил «Прогресс МС-11» – 2.5 тонн. Среди него
топливо, вода, баллоны с кислородом, питание и научное оборудование.

ГЛОНАСС

На сегодняшний день в мире действуют две глобальные системы
спутниковой навигации – американская GPS и российская ГЛОНАСС.

Последняя позволяет определять местоположение с точностью до 2 метров и
рассчитана на работу в отечественном сегменте.
Сегодня на орбите находится 27 спутников, обеспечивающих
непрерывную работу ГЛОНАСС. Проект постоянно обновляют и увеличивают
его точность, при этом большинство навигаторов использует сразу 2 системы
для лучшего определения координат.

Ядерная энергодвигательная установка

Ядерный двигатель для межпланетных перелётов - не имеющая аналогов
в мире разработка российских учёных. Именно ЯЭДУ помогает героям
фантастических романов о далёком будущем путешествовать между планетами
Солнечной системы.
Начиная с середины XX века, разработки такого двигателя велись в
США и СССР. Работы в Штатах были прекращены, поскольку американские
учёные не смогли придумать систему охлаждения в безвоздушном
пространстве.
Решить проблему удалось советским учёным: они разработали
беструбочную охлаждающую конструкцию непрерывного цикла. После распада
СССР работу продолжили российские учёные, а сегодня проект близится к
завершению. Осталось протестировать установку в реальных условиях, а
корабль на новом двигателе планируется построить в 2030.

«Солнечный лазер»

Энергетическая лазерно-оптическая система космического базирования -
так официально называется новейшая разработка «Ростеха». Пока установка
находится в стадии разработки.
Аппарат будет использовать солнечную энергию для получения
лазерного луча. При попадании на землю такой луч может извлекать
электричество из солнечной энергии. Установка также позволит останавливать
тайфуны на этапе их возникновения.

Морской старт

В сентябре 2016 года российский холдинг S7 Group подписал контракт
по покупке плавучего космодрома "Морской старт" (Sea Launch). Точкой старта
является акватория Тихого, недалеко от Острова Рождества. Близость к
экватору позволяет наиболее полно использовать энергию вращения Земли, тем
самым, снижая стоимость вывода аппаратов в космос. В конце марта 2017 было
объявлено, что в рамках программы "Морской старт" в 2022 году состоится
первый пуск новой ракеты среднего класса, в 2027 году планируется
осуществить летные испытания ракеты сверхтяжелого класса "Ангара-А5В", а в
2034 году начать испытывать ракеты-носителя "Феникс", планы по созданию
которой также уже анонсированы.

Путешествие робота Фёдора на МКС
Для начала немного информации о самом роботе.

Робот Фёдор, управляемый оператором-человеком
Робот Федор или FEDOR (от англ. Final Experimental Demonstration
Object Research), позднее получил название Skybot F-850 - антропоморфный
робот, разработанный НПО «Андроидная техника» и Фондом перспективных
исследований. Цель создания робота - заменить человека в местах
повышенного риска на Международной Космической Станции.

Суперспособности робота: 
- работать с дрелью
- держать мелкие предметы
- стрелять из пистолета
- садиться на шпагат
- водить автомобиль и квадроцикл в автономном режиме
- и конечно же открывать дверь.
Самая главная суперспособность - это то, что оператор-человек на Земле
или на самой МКС сможет управлять роботом дистанционно. 
Что-то наподобие этой технологии мы могли видеть в фантастических фильмах
“Живая сталь”, “Тихоокеанский рубеж” и “Первому Игроку Приготовиться”.
Фёдор, вместе с 670 кг полезного груза, был запущен на орбиту 22
августа 2019 года на ракете-носителе “Союз 2.1а” с космодрома Байконур.

“Союз МС-14”

24 августа 2019 года транспортный космический корабль “Союз МС-14”,
внутри которого находился Фёдор, должен был пристыковатся к
Международной Космической Станции, но этого не произошло. Стыковка не
была осуществлена из-за неисправности системы сближения “Курс-НА” на
самой станции.

Повторная стыковка была назначена на понедельник, 26-е августа 2019
года. Если бы она тоже была неудачной, то робота Фёдора и весь остальной
груз пришлось бы затопить в океане. К счастью, до этого дело не дошло. “Союз
МС-14” выполнил успешную стыковку со второй попытки во вторник, 27
августа 2019 года ночью.
Космический корабль произвел регулирование давления со станцией, а
космонавты вместе с учёными на Земле выполнили полную перепроверку
систем сближения МКС. Робот Фёдор пробыл на МКС, после чего был
возвращён на Землю.
За время пребывания на станции, робот выполнил несколько
экспериментов в невесомости, а также доказал нам, что антропоморфный робот
- это незаменимый помощник в условиях космоса.

Мы уже совершили важнейшие прорывы в развитии земной
инфраструктуры:

 научились строить низкоорбитальные группировки,
которые позволяют переносить в космос значимые инфраструктурные
объекты с Земли;
 начали эпоху космического туризма;
 запустили доступные космические сервисы. 
Все это происходит прямо сейчас. В 2019 году (по 2020 году данных
еще нет) экономика космоса достигла отметки 366 миллиардов. Не более
четверти составляют научные, военные и иные программы государств. Три
четверти — это коммерческое освоение — спутники и наземная
инфраструктура для них:
Но на эту инфраструктуру завязано значительно больше. Только в
США это примерно пятитриллионная индустрия, куда входит интернет,
финансовые сервисы, предсказания погоды, безопасность и многое другое. И
эта индустрия постоянно растет — космос становится ареной для очень
важных сервисов: 
Вместе с этим космос становится значительно доступнее, потому что
его начинают осваивать все меньшие космические аппараты. Если раньше
спутники были тяжелыми, мощными, сложными структурами, которые
создавались годами, то сейчас за освоение орбиты взялись средние и малые
аппараты весом до тонны: 
Поднимается вопрос о создании серийных спутников. 
Чтобы развернуть OneWeb или StarLink, необходимо производить по
несколько спутников в день.
После запуска такого серийного производства нам останется всего
один или два технологических шага до ремонтопригодных спутников,
состоящих из заменяемых частей, которые можно ремонтировать прямо на
орбите (об этом расскажу чуть позже). Я думаю, мы увидим их до конца
десятилетия.

В последние годы количество запусков спутников, особенно малых —
до 600 кг, — резко возросло, и этот рост продолжается. По прогнозам, за
следующие 8–9 лет количество спутников, выводимых в космос, вырастет в
4–5 раз.
Создав полномасштабную группировку на орбите, мы сможем решать
задачи, которые ранее казались невозможными. Например, сейчас при
дистанционном зондировании Земли приходится выбирать: либо быстро и с
низким качеством (частые снимки), либо редко, но с высоким качеством
(сверхчеткие снимки). 
Задача для новой группировки спутников — выход на непрерывный
мониторинг Земли в декасантиметровом разрешении, а в перспективе и в
сантиметровом. Если сейчас Starlink и OneWeb еще не решают такую задачу,
то, я уверен, массовые низкоорбитальные группировки следующего
поколения уже будут среди прочего нести на себе оптику, чтобы мы могли
перейти к очень детальному и точному мониторингу всего, что происходит
на Земле.
Возможность добавить к любому земному сервису мониторинг из
космоса открывает новые горизонты для бизнеса. Например, уже сейчас
наблюдения применяют для контроля роста сельскохозяйственных растений,
мониторинга строительства и перевозок, для спасения на водах и решения
других морских задач. Не хватает только широкой доступности этого
сервиса.
Есть разные прогнозы роста космической экономики. Один из наиболее
авторитетных источников — конгломерат Morgan Stanley. Он предполагает,
что к 2040 году оборот космоса превысит триллион долларов:
Почти 50 лет, начиная с первых полетов, космос был очень дорогим
удовольствием. Стоимость вывода килограмма на орбиту начиналась от 5–6
тысяч долларов и практически не снижалась, пока не наступила эра SpaceX:
SpaceX — это революция в космонавтике, потому что проект на
несколько порядков уронил стоимость запуска. Даже первый Falcon 9

обрушил цену почти в два раза, а запуск Starship снизит ее до нескольких
сотен долларов за килограмм.
Если верить прогнозу, уже к 2040 году вывод груза на орбиту будет
стоить меньше 100 долларов за килограмм, а к 2050 меньше десяти долларов
за килограмм.
Космос становится на три порядка дешевле.
При этом ракеты становятся мощнее и совершеннее. 
Мы видим, что советские и российские ракеты вполне вписываются по
грузоподъемности и качеству. Но ключевая задача для нас — достичь той же
стоимости запуска. Это возможно только при фундаментальном
удешевлении компонентов ракеты, создании заменяемых систем корабля и
так далее. Необходима полная пересборка всей ракетостроительной
индустрии на фундаменте новых технологий. Это и сделал Маск, чтобы
обрушить цену.
Есть еще проблема космического мусора и перенаселенности орбит
У человеческой деятельности в космосе есть последствия: мы
чрезвычайно быстро заполняем околоземное пространство разными
объектами. На данный момент в космосе болтается уже почти 21 тыс.
предметов диаметром более десяти сантиметров. Большая часть из них — это
мусор, который занимает важные функциональные орбиты. 
Следующий рубеж, который нам предстоит преодолеть, — это выход
коммерческих и промышленных проектов за рамки околоземной орбиты. У
так называемой «межлунной экономики» (CisLunar economy) три важных
ориентира:

 резкое удешевление запусков — уже сбывающийся прогноз
по падению стоимости в 10–100 раз;
 добыча ресурсов и топлива в космосе;
 создание космической энергетики и инфраструктуры. 
Луна — это сырьевая база для дальнейшего освоения космоса

В последнее время много говорят о лунных базах. Их уже
проектируют, и некоторые рендеры, в частности NASA, хорошо известны:
В соответствии с программой «Артемида» после 2028 года NASA
приступит к созданию лунной базы, рассчитанной на 15-летнюю
эксплуатацию
Но лунная база нужна вовсе не для экспериментов. Луна — это
огромное ресурсное пространство, обладающее колоссальным
преимуществом по сравнению с Землей — значительно меньшей
гравитацией и, как следствие, неглубоким гравитационным колодцем. С
Луны намного легче забрасывать грузы и оборудование в открытый космос. 
С учетом этого в компании United Launch Alliance проектируют так
называемую CisLunar Railroad — «межлунную железную дорогу»:
В свое время именно железные дороги в России и США связали между
собой океаны — от Петербурга до Владивостока и от Восточного до
Западного побережий. Именно вокруг железных дорог строили экономику и
создавали программы государственного развития. Сейчас то же самое
необходимо сделать в космосе. Чтобы решать фундаментальные задачи
обеспечения космических миссий, нужно построить транспортный путь,
опирающийся на объекты базовой инфраструктуры. 
По формуле Циолковского, чтобы запустить груз в космос, нужно
сжечь количество топлива, равное почти 90% веса ракеты.
Тысячи килограмм топлива ради десятков килограмм груза. Чтобы
запустить Starship на Марс, необходимо сделать несколько запусков Starship
с Земли, чтобы он вынес на орбиту все необходимое. Это крайне
неэффективно и бессмысленно, особенно если это простые виды грузов.
Для освоения космоса нужен металл (как основа строительства),
топливо для полетов (вода, водород), кислород, какие-то минеральные
ресурсы. Все эти грузы крайне дороги, если уводить их с Земли. Но все это
есть на Луне и в космосе.

На Луне много привычных нам металлов, включая титан и железо. Это
строительные материалы, которые помогут создать на орбите Земли базовые
конструкции космических станций и миссий к дальним планетам. Немало и
редких элементов, таких как иридий, который попадает на Землю с
метеоритами и находит применение в двигателестроении.  
Поскольку тяготение на Луне в шесть раз меньше земного, потребуется
значительно меньше топлива для того, чтобы вывести все это на орбиту
Земли.
Для получения этих ресурсов в ближайшие 15–25 лет понадобится так
называемая трансферная станция на орбите Луны, а также базовая станция на
ее поверхности — для проведения ремонтных работ и других функций. 
А станция в точке Лагранжа между Землей и Луной, наверное, будет
первым крупнейшим портом, с которого начнется дальнейшая колонизация
Солнечной системы.
Уже сейчас крупнейшие мировые компании проектируют роботов,
которые смогут быстро и дешево построить базу на Луне. Один из таких
проектов развивают в России — на базе Самарского университета. Здесь
создают 3D-принтер, способный печатать в лунных условиях. Но таким
проектам еще предстоит длительный этап тестирования.
Астероиды — еще одна кладовая космоса, причем содержит она иногда
фантастические объемы ресурсов. Об этом задумывались еще в 1960-е годы.
Но подобные проекты оказались недешевыми даже на бумаге. Сейчас
ситуация меняется. Если найти воду на самом астероиде и использовать
водяной двигатель, то можно двигать астероид, не доставляя туда топливо.
Этот подход оказывается на 3–4 порядка дешевле традиционного и
открывает совершенно новый путь к освоению космоса.
В этот момент мы все, конечно, думаем о Поясе астероидов между
Марсом и Юпитером. Но есть более близкие астероиды, которые вращаются
на орбите Земли или иногда ее пересекают. Например, на иллюстрации
астероид Ryugu. К нему отправили уже две миссии японских космических

кораблей Хаябуса, которые подтвердили и наличие минералов, и саму
возможность таких миссий.
Общий ВВП космоса в тысячи и миллионы раз больше, чем ВВП
Земли. Иными словами, если мы создадим человечество, которое опирается
не только на Землю, оно сможет быть более богатым и иметь значительно
больше ресурсов для того, чтобы расширяться — осваивать все более
дальний космос. И если мы научимся разрабатывать ресурсы космоса, у нас
не будет ограничений по ресурсам.
Чтобы это реализовать, необходимо создать сложную инфраструктуру.
Например, чтобы приблизить астероид к точке Лагранжа, нужно иметь
мощные буксиры на воде и другом топливе, добываемом из самого
астероида. И создавать развитую транспортную сеть с разными
орбитальными точками базирования, которая сможет переводить грузы с
орбиты на орбиту, доставляя их в нужную точку. Для этого нужны
двигатели, системы ориентации, то есть довольно много интеллектуального
оборудования.
Что в планах на следующие 30 лет
Обширный roadmap, сформулированный американцами, охватывает
ближайшие 30 лет и приводит к почти десятикратному росту космической
экономики, а также 200–300-кратному росту числа людей в космосе:

Мы здесь видим важные вехи:
 начало сборки и ремонта спутников на орбите примерно в
2023–2024 годах;
 лунная база в 2027 году;
 добыча лунного топлива годом позднее;
 создание отеля или станции с искусственной гравитацией к
концу 2030-х годов.
Это все довольно амбициозные задачи, но они выполнимы. Более
далекие горизонты пока просматриваются не столь определенно, поскольку

эти проекты еще не запущены. А вот в уже описанные проекты —
космические артерии, лунные станции и т. п. — уже инвестируют либо
государства, либо частные структуры. У всех этих проектов есть свой
таймлайн, который можно контролировать. 
Так что истории про космические орбитальные станции, населенные
людьми, или про лунное топливо уже вполне реалистичны.
К 2050 году, когда будет реализована первая задача (строительство
космической инфраструктуры), начнут говорить:

 О создании полноценных космических производств,
которые могут выпускать товары, реализуемые на Земле. Пока идей
немного: например, новые типы полупроводников или искусственные
органы. До недавнего времени производить что-либо на орбите было
нерентабельно. Всю прибыль съедала бы стоимость доставки
продукции на Землю. Эта стоимость уже упала в сто раз и упадет еще в
сто, тогда космическое производство станет реалистичным. К тому
моменту появится много проектов, которые будут экспериментировать
с выпуском разных видов продукции на орбите. Именно поэтому
сейчас огромное значение имеет развитие космических лабораторий.В
ближайшие 10–15 лет будет волна запусков тестирований разных
продуктов, которые производить в невесомости дешевле, чем на Земле.
Такие продукты появятся, поскольку космос — это уникальная среда с
микрогравитацией, где нет экологических рисков. Например, в космос
можно перенести тяжелые производства без рисков для атмосферы.Все
это необходимо, чтобы у будущих космических станций появилась
экономика.
 О жилых орбитальных станциях. Когда стоимость
поездки упадет с сотен тысяч до тысяч долларов, на орбиту будет
летать не два человека в год. Это будут делать все, кто сейчас может
потратить 10 000 долларов, например, на поездку в Европу. И это

только одна задача. Но у космоса есть много применений помимо
банального туризма, которые раскроются со временем.
 О достижении дальнего космоса — о нашей общей мечте.
Можем ли мы достичь чего-то большего, чем Земля, Луна, спутники
Юпитера и Сатурна? Кто увлекается космосом, конечно, знает о
замечательном проекте — двигатель Алькубьерре, который когда-то
пообещал нам межзвездные путешествия (решение уравнений
Эйнштейна, которое предполагает достижение сверхсветовой скорости
за счет сжатия и растяжения пространства).
Это не более чем теоретическая игра — нетривиальное решение
уравнений, в соответствии с которым для перемещения требуется
фантастическое количество энергии.