Сколько человечество тратит на исследования космоса, и какова отдача от этих вложений

Последнее, впрочем, выглядит рядовым событием: сроки научных космических миссий часто сдвигаются на годы и даже десятилетия. При этом нередко звучат мнения, что подобные проекты вообще стоит свести к минимуму: мол, зачем зря тратить деньги? Если относиться к космическим программам как к инвестициям, то их окупаемость не выдерживает критики: расходы исчисляются миллиардами долларов в год, а дивиденды для рядового обывателя отнюдь не очевидны. Что же движет человечеством, которое тратит миллиарды долларов на то, чего не может даже понять, не говоря уже о том, чтобы покорить?

Кооперация на орбите

В разгар космической гонки, в 1966 году, расходы американского агентства NASA составили рекордные $5,9 млрд (по нынешнему курсу – почти $48 млрд), 4,41% федерального бюджета. Несметные вливания позволили Штатам первыми высадить человека на Луну, а после этого по настоянию конгресса и сената программа «Аполлон» была свернута. Точных данных о стоимости советской лунной программы нет, но показательно, что и ее сразу же отменили, едва стало ясно, что политическая цель не достигнута: летать на Луну «из любви к искусству» слишком накладно.

Сколько тратят на космос сегодня? В бюджете США на 2020 год заложено финансирование в объеме $22,6 млрд (0,48% расходов бюджета). Для сравнения: ориентировочный бюджет «Роскосмоса» до 2022 года составляет около 200 млрд рублей ($2,6 млрд) в год. Космический бюджет Китая не раскрывается, но едва ли его можно назвать скромным, учитывая тот факт, что власти КНР планируют в ближайшие годы вывести на орбиту собственную модульную станцию, третью в мире после «Мира» и МКС.

К слову, совокупная стоимость Международной космической станции еще в 2010 году превысила отметку $150 млрд. На этапе ее проектирования в 1990-х затраты оценивались на порядок скромнее, и все равно вопрос экономической целесообразности вызвал бурные дебаты – в 1993 году конгресс одобрил ее строительство в результате голосования с перевесом «за» всего в один голос.

Решить вопрос положительно помогло участие России, планировавшей вывести на орбиту многомодульную станцию взамен советского «Мира». У США, в свою очередь, был опыт создания одномодульной станции «Скайлэб» (1973 – 1979 гг., общая стоимость проекта $3 млрд) и совместный с европейскими, канадскими и японскими инженерами проект многомодульной станции «Свобода». Разработки «Мира-2» и «Свободы» легли в основу российского и американского сегментов МКС соответственно.

МКС можно считать символом интернационализма, который показывает, что даже могущественным государствам в космосе непросто поодиночке. Все крупные и успешные проекты разработаны в международной кооперации. Телескоп «Хаббл», хоть и является преимущественно американским проектом, частично был профинансирован Европейским космическим агентством (Штаты вложили в него $6 млрд, Европа – около 600 млн евро). Знаменитые американские марсоходы Opportunity, Curiosity и другие, хотя и являются проектами NASA, имеют на борту в том числе российское оборудование. Например, нейтронный детектор DAN на Curiosity разработан Институтом космических исследований РАН для поиска водного льда и водосодержащих минералов. Благодаря ему удалось обнаружить наличие влаги в марсианской почве.

Как дела на Солнце?

Чем дальше, тем дороже становятся научные программы. На примере марсоходов это наглядно прослеживается, поскольку NASA посылает их на Красную планету с завидной регулярностью. Отправленные в 2003 году «близнецы» Spirit и Opportunity, по официальным данным, стоили $400 млн каждый, а миссия Curiosity, запущенная в 2012-м, – $2,5 млрд. Не меньше этой суммы будет стоить и Mars-2020 – следующий ровер, который должен стартовать этим летом.

При этом, помимо зрелищных марсианских панорам, последний марсоход обеспечил ученых бесценной информацией относительно состава и геологии местной почвы. Все полученные данные человечество «примеряет» с точки зрения колонизации, и чем дальше, тем более опасным кажется это предприятие. Например, этот же ровер определил наличие в почве перхлоратов кальция и магния – взрывоопасных веществ, на которых человек может подорваться. Также было установлено, что радиация на поверхности в 300 раз больше предельной дозы для работников атомной промышленности. Без специальной защиты потенциальные колонизаторы смогут находиться на Марсе не более 500 дней.

Впрочем, колонизация Марса – вопрос отдаленного будущего, тогда как утвержденная в 2018–2019 годах лунная программа NASA предполагала повторную и уже долгосрочную высадку человека на Луну в 2024-м. Теперь сроки, скорее всего, будут перенесены из-за задержек в подготовке космонавтов и производстве техники. Под новую программу правительство США запросило увеличение бюджета NASA: в 2021-м он должен составить $25,2 млрд, из которых $3,4 млрд пойдут на разработку лунного посадочного модуля.

Таким образом, рассчитанная минимум на 10 лет «Артемида» может обойтись еще дороже, чем ее предшественница, программа «Аполлон» (в пересчете на современные цены – примерно $152 млрд). При этом, в отличие от 1960-х, теперь американцы привлекают других участников: Канаду, Европу, Японию, Россию. Так, совместными усилиями предполагается построить окололунную космическую станцию Lunar Orbital Platform-Gateway. В бюджете NASA на нее закладывается $500 млн в год.

Особый интерес у ученых вызывает Солнце – самый сложный с технической точки зрения объект для изучения в Солнечной системе. Сейчас вокруг звезды с постепенным приближением кружится американский зонд Parker стоимостью $1,5 млрд. 10 февраля 2020 года был запущен еще один такой зонд – Solar Orbiter. В него была вложена аналогичная сумма, но на этот раз США сотрудничали с Европейским космическим агентством.

В отличие от миссий на Луну и Марс, изучение солнечной активности и влияния вспышек на Землю может принести свои плоды уже в ближайшем будущем. Как выяснили астрофизики, выбрасываемые Солнцем частицы становятся одной из главных причин выхода из строя космических аппаратов. Их изучение помогло бы разработать более долговечные спутники и космические научные приборы, сэкономив человечеству миллионы долларов.

Мечтатель или пророк?

На протяжении всей жизни знаменитый астрофизик и популяризатор науки Стивен Хокинг спорил с теми, кто считает, что инвестиции в космос бессмысленны. По мнению ученого, от этих вложений зависит будущее земной расы. «Мы должны продолжать попытки космической экспансии ради всего человечества, – говорил Хокинг. – Не думаю, что мы выживем еще одну тысячу лет, не убежав с нашей хрупкой планеты».

Британец даже рассчитал сумму, необходимую человечеству для успешной экспансии в космос: $212,5 млрд в год. Но даже если на это деньги выделят, как преодолеть сугубо физические ограничения – например, необъятность расстояний во Вселенной? Ответом, по мысли Хокинга, должен был стать проект Breakthrough Starshot, предложенный им в 2016 году. Он предполагает отправку тысяч крошечных зондов весом в один грамм, оснащенных солнечными парусами (особыми зеркалами, использующими давление света для ускорения аппарата). Лазеры с Земли будут «бить» в паруса, что позволит зондам разогнаться до скорости 20% от световой (около 160 млн км/ч).

Это позволило бы за неделю покинуть пределы Солнечной системы (у зонда «Вояджер» на это ушло примерно 27 лет) и за 20 лет достигнуть Альфа Центавры – ближайшей к Солнцу звезды. На реализацию проекта, по расчетам Хокинга, требуется не так уж много по космическим меркам – $100 млн. Зато в случае успеха это доказало бы, что человек может путешествовать к другим солнечным системам, где располагаются пригодные для жизни экзопланеты.

Фантастика, бесплодная мечта? На сегодняшний день – да. Но, как утверждал Хокинг, именно с такой мечты начинаются великие открытия. «Постарайтесь почаще смотреть вверх, на звезды. Попробуйте понять, что вы видите, и подумать, почему существует Вселенная. Проявляйте любопытство», – призывал ученый, 50 лет проживший прикованным к инвалидному креслу.

Вселенная в объективе

Помимо того, чтобы изучать ближайшие космические тела, человечество ставит перед собой и более амбициозную задачу – познать законы Вселенной. Для этого разрабатываются сложнейшие орбитальные обсерватории, дорогие как в разработке, так и в эксплуатации.

Знаменитый телескоп «Хаббл», который вращается по орбите Земли примерно на 150 км выше МКС, стоил более $2,5 млрд (при том, что изначально в бюджете на него было заложено $400 млн). За 30 лет работы телескоп передал тысячи высококачественных снимков как объектов Солнечной системы (в том числе поверхность Юпитера в момент столкновения с кометой), так и отдаленных уголков Вселенной. А также массивы научных данных: об источниках гамма-излучения, отдельных звездах, черных дырах и экзопланетах (планетах земного типа за пределами Солнечной системы).

Проект считается успешным, поэтому в 1996 году была запланирована следующая, еще более масштабная миссия – телескоп Джеймса Уэбба. Запланированный изначально к запуску в 2007-м, он до сих пор находится на Земле. Текущий дедлайн – март 2021 года, но, вероятно, и он будет сдвинут из-за технических сложностей и пандемии коронавируса.

Растет и смета: при изначальном бюджете в $500 млн сегодня стоимость «Джеймса Уэбба» разрослась до $9,7 млрд. Причем это куда более опасные вложения: если находящийся на орбите Земли «Хаббл» был доступен для пилотируемых ремонтных экспедиций (всего было проведено четыре), то «Уэбб» должен будет справляться с трудностями самостоятельно. Его место назначения удалено от Земли примерно на 1,5 млн км (впятеро больше, чем расстояние до Луны). Задачи, которые будет выполнять телескоп, – обнаружение света первых звезд после большого взрыва и поиск холодных экзопланет.

В ту же точку в 2019 году был выведен российский телескоп «Спектр-РГ». На данный момент это единственный отечественный научный аппарат в космосе. Он был разработан совместно с Германией и США, и помимо отечественного телескопа ART-XC (разработка Института космических исследований РАН) на нем находятся немецкий eROSITA, американский Chandra и еще два аппарата из Европы. Стоимость проекта сравнительно небольшая – $600 млн. В декабре «Спектр-РГ» начал работу по наблюдению звездного неба. В течение примерно четырех лет он должен сделать восемь полных обзоров в рентгеновском спектре, которые будут объединены в наиболее подробную карту Вселенной.

Звезды в горах и под водой

Периодически в СМИ звучит вопрос: есть ли смысл выводить дорогие, сравнительно ненадежные и сложные в эксплуатации устройства так далеко, если существуют мощные наземные радиотелескопы? Тем более что самые громкие научные достижения последних лет были получены именно наземными обсерваториями.

Например, в 2015 году наземными детекторами LIGO и VIRGO впервые были обнаружены гравитационные волны – искажения гравитационного поля, предсказанные Альбертом Эйнштейном за сто лет до этого, в 1916 году. А 5 апреля 2020 года ученым удалось обнаружить новый вид гравитационных волн, которые исходят от двойной звездной системы из белых карликов. Теперь астрономы смогут изучить структуру подобных систем, что раньше представлялось невозможным.

Кроме того, в 2019 году впервые было получено изображение черной дыры. Если для обнаружения гравитационных волн хватило двух сверхчувствительных антенн, то в этом случае потребовалась слаженная работа по крайней мере семи крупных наземных обсерваторий, объединенных в сеть Event Horizon Telescope («Телескоп горизонта событий», EHT). Данные с каждой обсерватории, собираемые на протяжении нескольких лет, были объединены специальным алгоритмом, чтобы получить один этот снимок. Ученым пришлось преодолеть немало сложностей: удаленность объекта, отсутствие излучаемого света (можно было зафиксировать только отраженный свет, который не падает в черную дыру). Но результат оправдал усилия: облик черной дыры подтвердил правоту теоретических вычислений, моделировавших подобные объекты.

Что же до финансов, то стоимость одного из ключевых компонентов EHT – чилийской обсерватории ALMA – не слишком отличается от орбитальных аналогов: $1,5 млрд. А учитывая необходимость слаженной работы нескольких обсерваторий, стоимость подобных проектов существенно превосходит отдельные космические миссии. При этом у последних есть явные преимущества: отсутствие атмосферы, которая неизбежно приводит к искажениям снимков, и возможность полного панорамного обзора звездного неба.

На Земле по этой причине обсерватории строятся в горах, где искажения атмосферы минимальны. Хотя и там вскоре могут возникнуть проблемы: как утверждают астрономы, планируемый запуск на околоземную орбиту десятков тысяч спутников всемирного интернета (проект SpaceX Starlink) существенно помешает наблюдениям за звездами. Правда, инициатор проекта Илон Маск отвергает претензии.

Аппараты для обнаружения частиц нейтрино, напротив, размещают под водой, поскольку их проще регистрировать в более плотной, чем атмосфера, среде. С этой целью во льдах Южного полюса расположен IceCube, который «ловит» нейтрино, приходящие с северной полусферы неба. Для получения полной картины в Средиземном море сейчас идет установка KM3NeT – KM3 Neutrino Telescope, который будет состоять из 6000 оптических модулей размером с футбольный мяч. Подобный проект есть и у России: на Байкале постепенно разворачивают нейтринный детектор, состоящий из 27 кластеров.

Цена вопроса? Японский нейтринный телескоп «Гипер-Камиоканде», который должен быть введен в эксплуатацию в 2020 году, оценивается приблизительно в $600 млн.

Космос для бережливых

Сколько существуют космические проекты, столько же человечество пытается на них сэкономить. Успешно ли? На данный момент можно говорить о двух перспективных направлениях.

Первое – сокращение транспортных затрат. Здесь героем является все тот же Илон Маск, реализовавший в компании SpaceX концепцию повторно используемых разгонных блоков, позволившую заметно сократить стоимость запуска. Рекордсменом по количеству полетов стала ступень ракеты Falcon 9, которая использовалась пять раз, прежде чем утонула, не попав на посадочную платформу компании. А для вывода тяжелых грузов дальше земной орбиты SpaceX разрабатывает Falcon Heavy – ракету, которая уже трижды была успешно запущена, и все три раза удалось сохранить боковые разгонные блоки.

Стоимость доставки каждого килограмма полезной нагрузки на низкую опорную орбиту ракетами SpaceX составляет $1700–2700. Для сравнения: транспортировка на российском носителе «Протон-М» обойдется $2900 за 1 кг, а проектируемые ракеты SLS (США) и Ariane-6 (Европа), по предварительным расчетам, будут еще менее экономичными – $3800-4500 за 1 кг.

При этом главным детищем Маска является Starship – корабль, который, согласно опубликованной в конце марта «Инструкции по эксплуатации», сможет доставлять «спутники, экипаж, груз и другого типа полезную нагрузку на различные орбиты и в точки на поверхности Земли, Луны или Марса». Ранее Маск объявлял, что намерен радикально снизить стоимость путешествия на Марс – с нынешних $10 млрд до $200 тыс. за одного «пассажира».

Впрочем, последние полгода Starship преследуют неудачи: компания провела уже три неудачных тестирования. Во время последнего из них, 3 апреля, был разрушен прототип SN3 при испытании криогенных баков на прочность.

Между тем все громче заявляет о себе другая технология, делающая космос доступнее: кубсаты, то есть компактные спутники кубической формы. Фактически это первый масштабный проект по стандартизации орбитальных технологий, курируемый NASA и другими космическими агентствами. Базовый вариант кубсата 1U представляет собой куб со сторонами 10 на 10 на 11 см и весом до 1,33 кг, а его производственный цикл укладывается в два года.

По данным Nanosats Database, к началу 2020 года на орбиту было выведено около 1200 таких устройств. Стоимость каждого варьируется от $40 тыс. до $100 тыс. – копейки по космическим масштабам. При этом в кубсаты разных форматов (0,5U, 3U, 6U) можно уместить всевозможную регистрирующую аппаратуру. Так, на днях стало известно, что NASA выбрала их для одного из своих перспективных проектов Sun Radio Interferometer Space Experiment. До 1 июля 2023 года к Солнцу будет отправлено шесть устройств формата 6U для изучения низкочастотного излучения звезды. В отличие от полуторамиллиардных Parker и Solar Orbiter, на этот проект с учетом разработки и запуска агентство выделило $62,6 млн. Конечно, и миссия у них проще, но все же разница налицо.

Государственный двигатель прогресса

Space 2.0 – так в последние годы называют новую волну интереса к космосу, подогреваемую частными проектами. Всемирный интернет, орбитальный туризм, спутниковая картография: космическая отрасль стремительно пополняется стартапами. По данным венчурного фонда Seraphim Capital, ежегодный объем инвестиций в такие компании достигает $3,3 млрд.

Впрочем, экономически оправданным выглядит лишь освоение околоземного космоса. Как вести бизнес на орбите, вполне понятно. А что насчет других небесных тел? Первой попыткой вдохновить предпринимательское сообщество на рывок в дальний космос стал проект Google Lunar X PRIZE, в его рамках стартапу, который сможет успешно добраться до Луны, был обещан приз в $30 млн. В феврале 2019-го Израилю удалось частично реализовать задумку: ракетой Falcon 9 был запущен небольшой аппарат Beresheet, созданный частной компанией SpaceIL. К сожалению, 11 апреля зонд разбился о поверхность Луны, и таким образом проект реализован не был.

Фактически, как и полвека назад, за дальнейшие шаги человечества в космосе отвечают национальные агентства, а вопрос государственного престижа не снят с повестки дня. «Космический клуб» расширяется за счет новых участников, которые стремятся заявить о себе: Китай первым успешно посадил аппарат на обратную сторону Луны в прошлом году, Япония ждет возвращения добытых образцов с астероида Рюгу в конце 2020-го, Индия запускает искусственные спутники на окололунную орбиту. А США, как космический «долгожитель», на этом фоне стремятся подтвердить свое лидерство, запуская «Артемиду»...

Очевидно, в ближайшие годы нас ожидают новые раунды извечного спора о том, допустимо ли тратить средства налогоплательщиков на космические программы, не имеющие внятной конечной цели. Но можно ли в принципе рассматривать космос как «мастерскую человека», из которой мы должны извлекать коммерческую выгоду? Или выход нашей цивилизации за пределы земной биосферы – история про нечто большее, чем деньги? Едва ли романтики и прагматики найдут компромисс в этом вопросе.