«Люди на Луне. Главные ответы»

В XXI веке некоторые люди все еще сомневаются, что в середине прошлого столетия человек побывал на Луне и сумел вернуться обратно. Какие технологии позволили состояться такому путешествию? И почему люди больше не летают на Луну? В книге «Люди на Луне. Главные ответы» (издательство «Альпина нон-фикшн») автор N + 1, блогер и популяризатор космонавтики Виталий Егоров, также известный как «Зеленый кот», подробно отвечает на эти и многие другие вопросы. N + 1 предлагает своим читателям ознакомиться с отрывком, посвященным технологическим прорывам и достижениям 1960–1970-х, которые демонстрируют: инженерная наука была развита достаточно, чтобы осуществить полет человека на Луну.

Был ли достаточно развит технический уровень в 1960-е годы для полета на Луну?

КРАТКИЙ ОТВЕТ: Инженерная наука 1960–1970-х годов достигла выдающихся успехов не только в космонавтике, но и в кораблестроении, авиации, атомной энергетике, материаловедении, электронике. В программе Apollo применили самые современные достижения, но ни одно из них не было фантастикой.

Полвека в современной истории — это значительный отрезок времени: сменилось несколько поколений людей, исчезли некоторые государства и появились новые, существенно пополнились знания о Вселенной, наука и техника совершили стремительный рывок вперед. С высоты современной технологически развитой цивилизации трудно поверить в то, на что были способны люди в середине прошлого века. Сегодня почти у каждого человека в кармане телефон, который превосходит суммарную вычислительную мощность всех компьютеров NASA 1969 года. Однако сегодня люди на Луну не летают, в отличие от людей, совершивших это полвека назад. Неудивительно, что у кого-то возникает ощущение, будто наука и техника того времени не были достаточно развиты, чтобы осуществить реальный полет человека на Луну.

В 1961 году, когда Юрий Гагарин совершил орбитальный полет вокруг Земли, а потом Алан Шепард посетил космическое пространство в суборбитальном полете, ни одно государство не было способно на лунный пилотируемый полет. В тот год руководство США поставило амбициозную цель перед своей космонавтикой, и следующие восемь лет NASA последовательно двигалось к ней. Все околоземные пилотируемые полеты Америки и запуски автоматических станций США на Луну преследовали только одну цель — подготовиться к высадке человека и осуществить ее.

21 июля 1969 года человек впервые ступил на Луну, это стало самым высоким достижением науки и техники, но далеко не единственным. Достаточно вспомнить череду технологических прорывов и достижений 1960–1970-х годов, чтобы убедиться: инженерная наука того времени достигла значительных высот, которые и сегодня способны удивлять. В некоторых случаях полученные результаты не удалось повторить по сей день.

Батискаф Trieste («Триест») и посещение Марианской впадины

В январе 1960 года произошло событие почти столь же значимое, как и полет человека в космос: достижение пилотируемым батискафом самой глубокой точки земного океана — почти 11 км под водой. Батискаф Trieste, используя заполненные бензином балластные цистерны и металлическую дробь в качестве балласта, сумел спуститься в так называемую Бездну Челленджера — самую глубокую точку Марианской впадины и всего океана. Пилотировали аппарат два человека.

Батискафы испытывают гораздо более высокие нагрузки, чем космические корабли, ведь разница давления в одну атмосферу между внешней средой и обитаемым отсеком, как в космосе, достигается на глубине уже 10 метров. Чем глубже погружение, тем выше давление, которое приходится выдерживать батискафу. На одиннадцатом километре под водой пилотируемый аппарат должен выдерживать почти 1100 атмосфер. И подобное достижение стало реальностью почти за десять лет до посадки на Луну.

Следующее возвращение в Марианскую впадину произошло спустя полвека — в 2012 году — на одноместном батискафе Deepsea Challenger. С тех пор погружения с людьми не совершались.

Атомная подводная лодка

Подводные лодки с атомной силовой установкой по сложности, количеству технологий и масштабу работы не уступают космическим кораблям. Вероятно, даже превосходят, особенно корабли 1960-х годов, и их создание требует не меньшей ответственности как за многочисленный экипаж, так и за окружающую среду. Длительность автономного плавания атомных подводных лодок сравнима с современными экспедициями на Международную космическую станцию. Замкнутость среды, ограниченные запасы кислорода, очистка атмосферы от углекислого газа, повышенный радиационный фон — все это объединяет космонавтику и подводное плавание.

Первую атомную подводную лодку построили в США в 1954 году, Советский Союз сумел догнать конкурента спустя четыре года. В 1963 году атомной подлодкой пополнился флот Великобритании, а в 1969-м — Франции. Во всех случаях для субмарин было необходимо создать достаточно компактный, надежный и долговечный ядерный реактор, что могли себе позволить только технологически развитые государства. В 1958 году первая атомная подводная лодка США Nautilus («Наутилус») стала первым судном, достигшим Северного полюса.

С 1959 по 1967 годы в США построили 41 атомную подводную лодку, они были вооружены торпедами, крылатыми и баллистическими ракетами. В 1968 году Советский Союз создал уникальную атомную субмарину проекта 661 с титановым корпусом, которая стала самой быстрой подлодкой за всю историю.

Атомная электростанция

О практическом применении реакции деления ядер атомов ученые впервые задумались еще в 1930-е годы, но накануне большой войны рассматривалось прежде всего военное назначение. В 1940-е стало понятно, что контролируемая реакция деления может найти вполне мирное применение в электроэнергетике. Первые ядерные реакторы были довольно примитивны, и для серийного использования и промышленного применения потребовалось значительно развить технологии.

Первый ядерный реактор начал обеспечивать потребителей электроэнергией в Обнинске в 1954 году. В 1958 году США запустили свою АЭС Шиппингпорт неподалеку от Питтсбурга. Первые станции были маломощными, но они позволяли освоить технологии и получить опыт, который открывал пути наращивания мощности. Сейчас атомная энергетика обеспечивает до 10% мирового потребления электричества, и половина всей вырабатываемой мощности относится к США и Франции.

Атомная энергетика требует наивысшего уровня развития науки и техники, а цена ошибки в таком деле даже выше, чем в космонавтике. И тем не менее она была освоена за десять лет до начала полетов на Луну.

Сверхзвуковой самолет-разведчик SR-71 Blackbird

После Второй мировой войны реактивная авиация развивалась стремительными темпами. Для получения военного превосходства государства вкладывали большие средства в реактивные двигатели, системы навигации и управления, новые материалы. Развивались и средства противодействия угрозе с воздуха — системы противовоздушной обороны. В этой гонке скоростей конструкторы довольно быстро подошли к пределу скорости реактивных самолетов в плотных слоях атмосферы — чуть более 3000 км / ч.

Скорости 3100 км / ч достиг самолет-разведчик Lockheed A-12 в 1963 году. Впоследствии на его базе разработали более совершенный и мощный SR-71 Blackbird. Новый самолет полетел в 1964 году, и он стал самым совершенным на то время, а поставленные рекорды высоты и скорости сохраняются по сей день. Самолет имел титановый корпус, специально разработанное топливо, а пилоты носили скафандры, которые позже перешли к астронавтам космических шаттлов почти без изменений. Максимальная скорость среди пилотируемых самолетов, достигнутая SR-71, — более 3500 км / ч.

Максимальная высота горизонтального полета — почти 26 км. Эти рекорды поставлены за три года до посадки Apollo 11 на Луну и не побиты до настоящего времени. Сегодня SR-71 Blackbird снят с вооружения и ничего похожего не разрабатывается для его замены. Компания-разработчик SR-71 — Lockheed Martin — предлагает проект гиперзвукового самолета SR-72, но до его изготовления пока далеко, поскольку проект пока не заинтересовал государственного заказчика.

Сверхзвуковые пассажирские самолеты Concorde И Ту-144

Пассажирская авиация после завершения Второй мировой войны также получила значительный стимул развития и начала осваивать реактивное движение. В гонке за скоростью авиастроители и авиаперевозчики быстро пришли к  идее создания сверхзвукового пассажирского самолета.

В 1950-е годы возможность с комфортом преодолеть Атлантику за 3 часа в обычном пассажирском самолете многим казалась фантастической, но инженеры Великобритании приступили к решению этой задачи. Во Франции задались похожей целью, но рассматривали более короткие расстояния для полетов. В итоге в 1962 году два проекта объединили в один под названием Concorde («Согласие»). Самолет мог перевозить 108 пассажиров со скоростью свыше 2000 км / ч, на расстояние почти в 6500 км и на высоте 16 км. Он обладал автопилотом, способным обеспечить пилотирование и посадку. Первый сверхзвуковой полет состоялся в 1969 году на предсерийном образце, а коммерческая эксплуатация началась с 1976 года. За время эксплуатации самолета с 1976 по 2003 год самолеты Concorde перевезли более 3 млн пассажиров.

В Советском Союзе также решили создать сверхзвуковой пассажирский самолет. Модель получила название Ту-144, а разработкой занималось КБ Туполева как наиболее опытное в создании пассажирских самолетов и сверхзвуковых бомбардировщиков. Определенное влияние на проект оказал и Concorde, поэтому у самолетов имеется немалое сходство в конструкции, хотя есть и различия. Первый предсерийный Ту-144 впервые поднялся в воздух в 1968 году, но сверхзвуковой полет был совершен спустя полгода. В отличие от европейского аналога, советский самолет совершил всего 55 пассажирских полетов за два года, в дальнейшем серия аварий и неисправностей привели к отказу от штатной эксплуатации, и самолеты использовались как технологическая лаборатория.

Удивительно, но спустя полвека после первых полетов сверхзвуковых авиалайнеров они остались только в музеях. Сегодня нет сверхзвуковых пассажирских самолетов. Периодически заходит разговор об их создании, но экономика проектов не позволяет даже начать процесс разработки и производства такой техники.

Автоматическая доставка лунного грунта межпланетными станциями «Луна-16», «Луна-20» И «Луна-24»

В середине 1960-х годов, когда нацеленность американской космонавтики на Луну стала очевидной, советские инженеры занялись созданием тяжелой автоматической посадочной платформы. Ее запуск стал возможен с разработкой тяжелой ракеты «Протон», летные испытания которой начались в 1965 году. Новая ракета позволяла вывести изучение Луны автоматическими станциями на новый уровень. Проект, названный «Е-8», предполагал запуск дистанционно управляемого самоходного устройства, которое позже назовут «луноход». Платформа «Е-8» могла доставить до тонны полезной нагрузки на поверхность Луны. Такой массы хватало, чтобы запустить возвратную ракету с собранным грунтом, поэтому вместе с «луноходами» создавались и автоматические аппараты для возвращения лунных образцов.

В конце 1960-х годов началась разработка системы, которая позже станет аппаратами серии «Луна» под номерами 15, 16, 18, 20, 23 и 24. Цель была в достижении первенства над американцами в добыче лунного грунта.

«Луну-15» запустили 13 июля 1969 года, т. е. практически одновременно с Apollo 11. К сожалению, аппарат потерпел аварию уже в то время, когда первые астронавты находились на Луне.

Следующая автоматическая «Луна-16» смогла доставить 101 г грунта в 1970 году. Затем было еще несколько запусков, из которых удачными были «Луна-20» и «Луна-24».

Это все известные обстоятельства лунной гонки и изучения естественного спутника Земли. Менее известен факт, что на возвратных модулях станций серии «Луна» не было системы управления из-за ограничения грузоподъемности ракеты «Протон». То есть ракета не могла ориентироваться, не могла корректировать траекторию полета, не принимала команды управления. При этом она должна была не просто вернуться на Землю, а попасть в Советский Союз, чтобы не утонуть в океане и не оказаться на территории чужих, не всегда дружественных государств.

И трижды капсулы с лунным грунтом взлетали с Луны, долетали до Земли и приземлялись в СССР. Секрет успеха был в выборе на Луне такой точки посадки, старт с которой позволял просто вертикально взлететь, чтобы попасть в Советский Союз. И сделали это люди, у которых на столах еще не было компьютеров и даже калькуляторов — только счетные машинки и логарифмические линейки!

Посадка «Марса-3»

В июне 1971 года к Марсу были отправлены две советские автоматические межпланетные станции «Марс-2» и «Марс-3». В их научную программу входило достижение окрестностей Красной планеты, разделение на два модуля с выходом на околомарсианскую орбиту одного и мягкой посадкой другого. Из-за ошибки в программе полета спускаемый аппарат «Марса-2» разбился о Красную планету, а вот «Марсу-3» удалось совершить мягкую посадку.

На тот момент ученые знали совсем немного о свойствах марсианской атмосферы и грунта — только то, что можно было рассмотреть с Земли в телескопы того времени. У советской космонавтики не было наблюдений с околомарсианской пролетной траектории, не было попыток выхода на орбиту или посадки. По имеющимся скромным данным конструкторы смогли создать аппарат, который достиг поверхности планеты, развернул антенны и передал сигнал. Правда, потом сразу же вышел из строя, но мягкую посадку подтвердить удалось. Марс оказался открыт для исследования. Но воспользовались этим уже ученые NASA. С тех пор ни одному космическому аппарату, произведенному за пределами США, не удалось совершить мягкую посадку на Марс.

Точное место посадки «Марса-3» советские баллистики рассчитали, не имея ни карты местности, ни модели гравитационного поля, ни спутниковых снимков достаточно высокого качества. В 2013 году группе энтузиастов космонавтики из России удалось обнаружить спускаемый аппарат «Марс-3» при помощи снимков американского орбитального зонда MRO. Оказалось, советский аппарат сел в 3,5 км от расчетной точки, которую определили советские инженеры. Невероятная точность на расстоянии в сотню миллионов километров!

Межзвездные космические аппараты Voyager

В 1966 году американские астрономы обратили внимание NASA на удачное положение планет внешней Солнечной системы, которое давало возможность одному аппарату сблизиться с несколькими планетами подряд. Так родилась программа Voyager, позволившая осмотреть с пролетной траектории планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. NASA изготовило и запустило две автоматические межпланетные станции, которые долетели до Юпитера и Сатурна немного различными траекториями, а потом Voyager 2 сумел скорректировать орбиту и пролететь мимо Урана и Нептуна.

Результатом программы Voyager стало множество открытий и новых знаний о Солнечной системе. Уран и Нептун с тех пор так и не стали объектами новых космических запусков, сегодня их изучают в телескопы, и данные о спутниках этих планет от Voyager 2 по-прежнему сохраняют свою ценность. Voyager 1 стал самым быстрым рукотворным телом, созданным человеком: он покидает Солнечную систему со скоростью 17 км / с относительно Солнца.

В 2013 году Voyager 1 официально признан звездолетом, когда покинул гелиосферу и вышел в межзвездное пространство. В 2018 году Voyager 2 повторил это достижение. И до сегодняшнего дня с ними поддерживается связь. Космические аппараты используют радиоизотопные источники питания, которые не требуют солнечного света. Они пролетели два десятка миллиардов километров и более 40 лет сохраняют связь с Землей, передавая данные о космической радиации, плазме и магнитных полях.

Здесь перечислены далеко не все достижения науки и техники 1960–1970-х годов. Мне кажется, что приведенных фактов достаточно, чтобы показать, что даже полвека назад возможности человеческого разума и инженерной науки были велики даже без современных компьютеров. Сложив все технические прорывы того времени, мы увидим, что ни один из элементов программы Apollo не является чем-то невозможным. Полет человека на Луну — это предельно сложная и рискованная программа, но вполне возможная для науки и техники как того времени, так и нашего.

Подробнее читайте:
Егоров, В. Люди на Луне. Главные ответы / Виталий Егоров. — М. : Альпина нон-фикшн, 2020. — 432 с.