Аэрокосмическая лаборатория. Выгоднее всего осваивать ближний космос, а не дальние дали «Ближний» космос выгоднее дальнего

Андрей Кисляков, для РИА Новости.

Казалось бы, не так уж и существенно, где заканчивается «Земля» и начинается космос. Между тем споры вокруг значения высоты, дальше которой уже простирается безграничное космическое пространство, не затихают уже почти столетие. Последние данные, полученные путем досконального изучения и обобщения в течение почти двух лет большого объема информации, позволили канадским ученым в первой половине апреля заявить о том, что космос начинается на высоте 118 км. С точки зрения влияния на Землю космической энергии это число весьма важно для климатологов и геофизиков.

С другой стороны, окончательно завершить этот спор, установив всем миром единую, устраивающую всех границу, вряд ли скоро удастся. Дело в том, что существует несколько параметров, которые считаются принципиальными для соответствующей оценки.

Немного истории. То, что за пределами земной атмосферы действует жесткое космическое излучение, было известно давно. Однако четко определить границы атмосферы, измерить силу электромагнитных потоков и получить их характеристики не удавалось до начала запусков искусственных спутников Земли. Между тем, основной космической задачей, как СССР, так и Соединенных Штатов в середине 50-х годов была подготовка пилотируемого полета. Это, в свою очередь, требовало ясных знаний относительно условий сразу за пределами земной атмосферы.

Уже на втором советском спутнике, запущенном в ноябре 1957 г., находились датчики для измерения солнечного ультрафиолетового, рентгеновского и других видов космического излучения. Принципиально важным для успешного осуществления пилотируемых полетов стало открытие в 1958 г. двух радиационных поясов вокруг Земли.

Но вернемся к установленным канадскими учеными из Университета Калгари 118 км. А почему, собственно, такая высота? Ведь, так называемая «линия Кармана», неофициально признанная границей между атмосферой и космосом, «проходит» по 100-километровой отметке. Именно там плотность воздуха уже столь мала, что летательный аппарат должен двигаться с первой космической скоростью (примерно 7,9 км/с) для предотвращения падения на Землю. Но в таком случае ему уже не требуются и аэродинамические поверхности (крыло, стабилизаторы). На основании этого Всемирная ассоциация аэронавтики приняла высоту 100 км в качестве водораздела между аэронавтикой и астронавтикой.

Но степень разреженности атмосферы - далеко не единственный параметр, определяющий границу космоса. Тем более что «земной воздух» на высоте 100 км не заканчивается. А как, скажем, меняется состояние того или иного вещества с увеличением высоты? Может это и есть главное, что определяет начало космоса? Американцы, в свою очередь, считают любого, кто побывал на высоте 80 км, истинным астронавтом.

В Канаде решили выявить значение параметра, который, как представляется, имеет значение для всей нашей планеты. Они решили выяснить, на какой высоте заканчивается влияние атмосферных ветров и начинается воздействие потоков космических частиц.

Для этой цели в Канаде разработали специальный прибор STII (Super - Thermal Ion Imager), который вывели на орбиту с космодрома на Аляске два года назад. С его помощью и было установлено, что граница между атмосферой и космосом расположена на высоте 118 километров над уровнем моря.

При этом сбор данных длился всего лишь пять минут, пока несущий его спутник поднимался на установленную для него высоту в 200 км. Таков единственный способ собрать информацию, поскольку эта отметка находится слишком высоко для стратосферных зондов и слишком низко для исследования со спутников. Впервые при исследовании были учтены все составляющие, в том числе движение воздуха в самых верхних слоях атмосферы.

Приборы, подобные STII, появятся для продолжения исследований приграничных областей космоса и атмосферы в качестве полезного груза на спутниках Европейского космического агентства, срок активного существования которых составит четыре года. Это важно, т.к. продолжение исследований пограничных регионов позволит узнать много новых фактов о воздействии космического излучения на климат Земли, о том, какое воздействие энергия ионов имеет на окружающую нас среду.

Изменение интенсивности солнечной радиации, напрямую связанное с появлением пятен на нашем светиле, каким-то образом влияет на температуру атмосферы, и последователи аппарата STII могут быть использованы для обнаружения этого влияния. Уже сегодня в Калгари разработали 12 различных анализирующих устройств, предназначенных для изучения различных параметров ближнего космоса.

Но говорить о том, что начало космоса ограничили 118 км не приходится. Ведь со своей стороны правы и те, кто считает настоящим космосом высоту в 21 миллион километров! Именно там практически исчезает воздействие гравитационного поля Земли. Что ждет исследователей на такой космической глубине? Ведь дальше Луны (384 000 км) мы не забирались.

После запуска первого спутника, как известно прошло шесть десятков лет. На данный момент учёные приходят к тому мнению, что более дёшево и безопасно заниматься освоением стратосферы, а не космоса.

На сегодняшний день по орбите летают тысячи аппаратов, таких как спутники связи, космические обсерватории, зонды разного назначения и прочие. На первый взгляд космическая сфера добивается больших успехов, но тут всё не так просто, как заявляет журналист Игорь Тирский.

Есть ли перспективы в освоении космоса?

Космической темой с недавних пор заинтересованы бизнесмены, ведь открыли возможность частного освоения космоса, колонизации Марса и Луны и обработки астероидов. В ближайшее время предприниматели уже сумеют предоставить предложения всем добровольцам совершать суборбитальные полёты высотой примерно в 100 км. над планетой, а это ведь почти космос.

Таким образом, космосом заинтересовались и персоны, весьма далёкие от этого, такие как Илон Маск, Ричард Брэнсон, Пол Аллен, Владислав Филев и Джефф Безос, являющиеся предпринимателями с Запада.

В будущем ожидается некий бум космического туризма, вывода на орбиты тысяч спутников в целях раздачи интернет-соединения, а ещё возведения баз на Марсе и Луне во главе с частными компаниями и переезда в новые места миллионов туристов.

Это не является шуткой, ведь такие мысли входят в действительные планы предпринимателей в сфере частного космоса. К примеру, Илон Маск, являющийся главой компании «SpaceX», даёт обещания по отправке на Марс миллиона человек.

Вполне вероятно, что в уже обозримом будущем постепенным образом околоземное пространство будет занято человечеством. Мы приживёмся там основательно. В то же время будет наблюдаться резкое увеличение числа функционирующих аппаратов космического назначения на земной орбите.

Иной сценарий

Космос является весьма сложным и дорогостоящим, к тому же на его изучение уходит много времени, поэтому бизнес-перспективы его освоения мало кого интересуют. На данный момент все услуги в этой сфере доступны только государства и крупным частным организациям, пользующимся к тому же поддержкой государства. Даже для этих организаций инвестиции в космическую сферу весьма рискованны. Ведь на орбите вполне возможны отказы аппаратов, взрывы ракет-носителей и т.п. Конечно же, техника космического назначения застрахована, и страховка эта способна покрыть всевозможные расходы, однако, для создания другого аппарата потребуется колоссальное количество время.

Даже в случае успешного вывода на орбиту устройств вклады могут, так сказать, «не отбиться», а технологии же имеют свойство устаревания. Например, существуют такие спутники, как «Иридиум», которые обеспечивают космическую связь посредством спутникового телефона в любом месте Земли. Первый звонок в этой системе удалось совершить в 1997 году, а задумывалась же технология десяток лет назад, в 1987 году, а тогда о сотовой связи мало кто знал.

На сегодняшний день же мы видим, что интернет оказался более простым и дешёвым решением в этом плане. А сотовые вышки при этом во многих странах так и строятся. «LTE» теперь не такое диковинное как раньше. На сегодня можно больше удивиться человеку со спутниковым телефоном. Таким образом, «Иридиум» в массе оказался не востребованным, ведь есть сотовая связь, к тому же существуют и спутниковые услуги иных провайдеров, обходящиеся по стоимости намного меньше, чем вышеописанная технология. «Иридиум» есть и ныне, но они не выдерживают конкуренции, ведь иные провайдеры предлагают те же технологии за меньшую стоимость.

Аналогичное сейчас творится и ныне, только уже касательно мировой паутины, ведь «OneWeb» и «SpaceX» намерены осуществить запуски тысяч искусственных земных спутников, снабжённых антеннами для раздачи интернет по всей Земле.

Иными словами, любой из жителей планеты получит возможность пользоваться высокоскоростным спутниковым интернетом за вполне приемлемую стоимость или же вовсе безвозмездно, что зависит от модели монетизации. А ведь это актуально для современных людей, ведь несмотря на развитие технологий приблизительно пол населения планеты так и не могут пользоваться интернетом.

Такая же ситуация складывалась с «Motorola», когда она запускала «Иридиум». Ведь о таких масштабах мобильной связи, как сейчас, в конце 80-х даже и не мечтали, а компания уже ставила намерения покрыть своей сетью весь мир. Ныне же сотовая связь доступна даже в отдалённых уголках планеты, но насчёт интернета качество ещё хромает, поэтому вышеупомянутые компании и хотят заняться этой проблемой.

Спутниковый интернет представляется весьма хорошей альтернативой сотовому или кабельному. Он не столь дорог, как это на первый взгляд думается, если речь касается одностороннего доступа. Ведь тут необходимо лишь иметь простую антенну и относительно дешёвое оборудования для приёма сигнала. Для исходящего канала тут применяются такие технологии, как ADSL, GPRS, 3G и т.д. А вот на тех территориях, где нет наземной связи, ситуация посложнее, поэтому там приходится внедрять дуплексную, а не симплексную (одностороннюю) сеть. В таком случае терминал функционирует одновременно в режиме передающего и принимающего устройства, но этот вариант уже дороже обойдётся.

В настоящее время спутниковые компании и сотовые компании пребывают в конкурентной борьбе с кабельным оптоволокном, ведь эта технология распространена ещё не везде. Однако, всё идёт к тому, что планета будет обложена кабелем, и в этом случае космические сети нам и не пригодятся.

Поэтому возникают вопрос в рентабельности в будущем таких систем связи, какие собираются внедрять «SpaceX» и «OneWeb».

Наверное, потребность в интернете через спутники будет лишь в Индии, в Африке и в других труднодоступных местах, где нет возможности провести кабель или же возвести много вышек «LTE». Тут возникает вопрос о том, будет ли приемлемой стоимость таких технологий и разрешат ли это внедрять органы власти. Поэтому создаётся впечатление, что спутниковый интернет останется ещё на долгое время безальтернативным, но ситуация может и сильно измениться.

Дроны и стратостаты - альтернатива ракетам и спутникам

Спутники применяют не только в целях доставки интернета, но и для так называемого дистанционного зондирования планеты, иными словами, для запечатления поверхности на фото и передачи данных. Однако, ныне можно заметить развитие дронов и беспилотных летающих аппаратов, предназначенных для зондирования. Ведь они обходятся дёшево, обладают свойством мобильности, способны обслуживаться на земле, и их можно ещё контролировать в ручном режиме.

Так что возникает вопрос, зачем нужны спутник на орбите, если существуют беспилотники, которым и облака не страшны, ведь им можно просто опуститься под них и проблемы будут исключены. Ещё на них можно увеличивать разрешения снимка путём снижения положения. Также дроны способны нарезать круги над одной и той же местностью длительное время и заниматься там сбором данных прямо в реальном времени. Все вышеназванные способности обходятся весьма дёшево в сравнении со спутниковой системой, ведь в при эксплуатации спутниковой системы необходима сотня аппаратов, позволяющих осуществлять обзорное путешествие над местностью. Это всё обойдётся в миллиарды долларов. Значительно различие, не так ли?

Многие думают, что нельзя заменить космические обсерватории. Ни тут то было, ведь существуют такие проекты, как «VLT», «E-ELT», являющийся громадным телескопом, и «SOFIA», представляющий собой обсерваторию на самолёте. Это вполне достойная альтернатива, только не касательно всех диапазонов длин волн. В этом случае помогут стратостаты, способные подниматься на высоты в приблизительно 40-50 км. над земной поверхностью и нести на себе большие нагрузки, например, обсерваторию. В качестве преимущества можно отметить отсутствие у них проблем с микрогравитацией. При движении таких аппаратов высокой нагрузки не возникает, учитываемой обычно в ракетах-носителях, увеличивающей массу и значительно ограничивающей возможность всевозможных улучшений. Такие аппараты способны обслуживаться в любой временной период, даже при работе, ведь можно просто подлететь к нему на другом аэростате или же спустить на землю для ремонтирования.

Ещё в далёком 1961 году инициировали проект стратосферной солнечной станции с телескопом зеркального типа под названием «Сатурн». Диаметр главного зеркала там равнялся 50 см. В 1973 же году уже были получены снимки Солнца при помощи модернизированного прибора с метровым зеркалом с высоты в 20 км. над земной поверхностью.

Говорят, что высоты с 20 до 100 км. считаются «ближним космосом» ввиду их сходства с настоящим космосом. Там уже человеку нельзя находиться без защитного костюма, а вид же из иллюминатора примерно как на орбите, только не видать спутников, а небо тёмно-фиолетового и чёрно-липового цвета, хоть и на первый взгляд чёрное по контрасту с ярким светилом и поверхностью Земли.

Настоящий же космос – это уже выше 100 км. Там уже для достаточной подъёмной силы необходимо иметь скорость движения выше первой космической. Тут уже не самолёт, а спутник. На практике различие здесь в способе доставки: в настоящий космос полёты совершаются на ракетах, а в ближний – на стратостатах.

Стратостаты – это забытые всеми технологии ещё далёких 30-х годов 20-го века. Они не являются дирижаблями, наполненными водородом и взрывающимися от любой искринки. Они больше похожи на воздушные шары с гелием, которые способны к подъёму в ближний космос до 50 км. Есть проекты стартостатов, работающие на высоте в 80 км., но их уже правильнее назвать суборбитальными спутниками. Эти варианты предназначены для военных, для гражданских же модели не способны подниматься выше 50 км. Но и 50 км. достаточно для решения большего количества задач.

Стратостаты перестали быть актуальными с начала космической эры 1957 года, то есть с запуска первого спутника. Однако, прошло 60 лет, и почему-то их вспомнили. Наверняка, о них ныне заговорили из-за их дешевизны в сравнении со спутниками, ведь не каждой стране доступны спутниковые технологии и полноценная космическая программа, а стратосферу есть возможность изучить многим. Суть не только в дешевизне, но и в особенностях самих технологий, позволяющих аппаратам находиться в небе сотни дней.

Ведь днём стратостаты питаются от солнечных панелей, а их мощные аккумуляторы запасаются энергией на ночь, при этом у них весьма малый вес. Конструкция аппарата – достаточно лёгкая и прочная. GPS даёт им возможность с лёгкостью выявлять положение, а бортовые компьютеры способны к принятию самостоятельных решений.

Как раз комплекс всевозможных технологий современности и даёт возможность говорить о востребовании стратосферных услуг на рынке.

К примеру, компания «WorldView» ставит планы на запуск туристов на высоты до 45 км., для чего была придумана новая гондола, снабжённая иллюминаторами огромных размеров, откуда туристам станет возможным наблюдать за чернотой дневного неба и поверхностью Земли, можно сказать, такой, какой её видят космонавты.

«Ближний» космос выгоднее дальнего

В настоящем космосе оставят в таком случае лишь навигацию, такую как «GPS», «ГЛОНАСС», «Beidou» и «Galileo». Однако, такая проблема может быть решена и без использования дорогих спутниковых технологий – посредством стратостатов, беспилотников и прочих средств. К тому «LTE» и «Wi-Fi» в настоящее время выступает в качестве хорошей альтернативы «GPS». «LBS» хорошо осуществляет навигацию, определяет местоположение, ориентируясь на вышки сотовой связи и «Wi-Fi». Только она в точности проигрывает, ведь погрешность тут в десятки метров, а у «GPS» - меньше метра.

Таким образом, «Ближний космос» или стратосфера в ближайшем будущем вполне способна занять главное место в научной сфере, выигрывая по привлекательным условиям околоземную орбиту.

Отправлять стратостаты, оснащённых специальным оборудованием и даже целой лабораторией, вместе с людьми на борту на высоты до 50 км. станут всё чаще и чаще, что это войдёт в привычное русло. В этом случае не потребуется даже обеспечивать стратонавтов защитой от радиации, солнечных бурь, космического мусора и т.п. В будущем мы даже, возможно, перестанем заниматься космосом и обратим внимание на атмосферу, так как создавать беспилотники и стратостаты представляется намного дешёвым. В таком случае даже не потребуется обеспечивать такую систему защиты и жизнеобеспечения, которая необходима была бы на земной орбите.

Что касается народно-хозяйственных задач, такие как связь, зондирование, научные эксперименты, астрономия, здесь стратостаты выступают весьма сильными конкурентами спутникам, ведь люди создадут намного дешёвые версии аппаратов. Такие аппараты будут способны к самостоятельным решениям в плане того, куда необходимо двигаться и каким образом группироваться. Такое уже разрабатывается в рамках проекта под названием «Google Loon», дающего возможность труднодоступным регионам применять интернет-технологии. Такие аппараты называют ещё моделями, управляемыми нейросетью. Также стоит говорить здесь об автономных беспилотниках, способных держаться в атмосфере по много дней.

Стратостаты способны к непрерывному наблюдения за одной и той же местностью планеты. Такие аппараты имеют ещё геостационарными. Известно, что в стратосфере не наблюдается сильных ветров и низкой турбулентности, так что стратостат вполне способен зависать над одной точкой, как и спутник. А ведь для доставки спутника на геостационарную орбиту, а это 36 тыс. км. над земной поверхностью, применяется мощная ракета-носитель, а в случае же доставки стратостата достаточно баллонов с гелием, небольшого финансирования, и всё. Таким образом стратостаты вполне конкурентоспособны по отношению к обычным технологиям связи и зондирования.

Таким образом, по мере развития стратонавтики откажутся от дорогих зондов и обычных технологий связи. Также стратостаты могут послужить прекрасным инструментом для запуска из стратосферы тех же самых спутников. Так что изменится просто-напросто технология доставки спутников на орбиту. Ведь компания «Zero 2 Infinity» как раз работает в этом перспективном направлении. Стратостат будет выполнять функцию космодрома или же платформы для запуска спутника в настоящий космос. Если даже инвесторы не поддержат этот проект должным образом, направление в плане освоения стратосферы всё равно уже чётко обозначен.

Большое число стратостатов в нашей атмосфере способны создать некую глобальную систему связи, схожей той, что образуются посредством компьютеров у нас дома.

Следовательно, от зондов мы сможем получать данные прямо на свои устройства персонального назначения, лучше узнавать погоду, подключаться к интернет-соединению с минимальной задержкой сигнала даже в труднодоступных точках Земли, осуществлять общение посредством таких аппаратов децентрализованно и т.п.

То есть любая информация, полученная от стратостата, будет намного точнее и стремительнее обрабатываться, нежели данные с орбиты. Таким образом, философия так называемого децентрализованного интернета должна распространиться и на прочие сферы, а вышеописанные технологии, такие как стратостаты и беспилотники, идеальны для построения такой модели мира.

Заключение

Следовательно, мы можем говорить о новой эпохе развития технологий, где будут применяться наиболее дешёвые варианты как для организаций, занимающихся космической сферой, так и для обывателей, пользующихся интернетом и другими средствами связи. Освоение ближнего космоса – это весьма интересная перспектива, ведь каждому в таком случае откроется доступ к изучению стратосферы, люди смогут познавать Землю, находясь на высоте в 50 км. от её поверхности. Это, безусловно, откроет для всего человечества дешёвые и доступные возможности в освоении космоса, хоть и ближнего. Это расширение просторов для путешествия вокруг Земли на огромных высотах. Поэтому и ныне рассматривается возможность перехода со спутниковых технологий к стратостатам и тому подобным аппаратам. К тому же это ещё и расширить возможности интернета и сделает его более дешёвым и доступным даже для жителей самых удалённых уголков планеты. Так что остаётся только ждать осуществления таких проектов от ведущих космических компаний.

4 октября 2017 года исполнилось ровно 60 лет со дня запуска первого искусственного спутника Земли. Сегодня на орбите находятся тысячи аппаратов: спутники связи, дистанционного зондирования Земли, метеорологические, разведывательного назначения, космические обсерватории и многие другие. Казалось бы, космическая отрасль развивается успешно. Однако не все так просто, считает журналист Игорь Тирский.

Сияющие перспективы?

С недавнего времени космос заинтересовал бизнесменов, открылась возможность частного освоения космического пространства, обработки астероидов, колонизации Луны и Марса. Предприниматели в ближайшем будущем смогут предложить всем желающим суборбитальные полеты на высоты около 100 км над землей - почти в космос!

Интерес к космосу стали проявлять и люди, далекие от этой сферы, доселе занимавшиеся другими вещами: Ричард Брэнсон, Владислав Филев (авиакомпания S7), Пол Аллен, Джефф Безос, Илон Маск. Пока это в основном западные предприниматели.

В будущем стоит ожидать бума космического туризма, выведения на околоземные орбиты тысяч спутников для раздачи интернета, а также баз на Луне и Марсе от частных компаний и переезда туда миллионов туристов.

И это не шутка, а реальные планы предпринимателей в сфере частного космоса. Например, Илон Маск, глава компании SpaceX, обещает отправить на Марс миллион человек!

Кажется, в обозримом будущем человечество постепенно займет все околоземное пространство и обоснуется там основательно. Резко увеличится и число работающих космических аппаратов на орбите Земли.

Возможен и другой сценарий

Космос - это сложно, дорого, долго, и потому бизнес-перспективы его покорения прельщают не многих. Пока весь спектр услуг в этой области доступен лишь государствам и крупным частным компаниям (которые опять же пользуются государственной поддержкой). Но даже для них вложение в космос - это риск. Аппарат на орбите может отказать, ракета-носитель - взорваться. Естественно, космическая техника застрахована, и страховка покроет все расходы, но на производство другого спутника может попросту не хватить времени.

Даже если все пойдет хорошо и выведенные на орбиту устройства станут функционировать, то инвестиции могут «не отбиться», а технология - банально устареть. Есть хороший пример - спутники «Иридиум», обеспечивающие космическую связь через спутниковый телефон в любой точке планеты Земля. Первый звонок в системе «Иридиум» состоялся в 1997 году, а сама она была задумана на 10 лет раньше - в 1987-м, когда о сотовой связи знал далеко не каждый.

Но как мы сейчас видим, интернет для тех же целей проще и дешевле. Кроме того, сотовые вышки на территории многих стран растут как грибы. LTE уже не является чем-то диковинным - скорее, вы больше удивитесь, если увидите человека со спутниковым телефоном. «Иридиум» оказался не нужен в массовом сегменте - есть сотовая связь, в крайнем случае - более дешевые спутниковые услуги других провайдеров. Одной из причин банкротства компании в 1993 году стала неверная оценка распространения новой технологии - сотовой связи. «Иридиум» продолжает существовать и по сей день, но им уже труднее конкурировать с другими провайдерами, которые предлагают намного более дешевую телефонную спутниковую связь.

Что-то подобное происходит и в наши дни, но уже с мировой паутиной: такие компании, как OneWeb или SpaceX, грозятся запустить тысячи искусственных спутников Земли, снабдив их антеннами для раздачи интернета по всему миру.

То есть теоретически каждый житель планеты сможет иметь доступ к высокоскоростному спутниковому интернету за относительно небольшие деньги или вообще бесплатно.

Последнее зависит от того, какая модель монетизации будет выбрана. В наши дни это актуально, поскольку примерно половина населения Земли не имеет постоянного доступа в интернет.

Когда Motorola запускала свою сеть спутников «Иридиум», на рынке складывалась похожая ситуация: о теперешних масштабах мобильной связи в конце 80-х не приходилось и мечтать, а компания намеревалась покрыть собственной сетью земной шар. Теперь же сотовая связь стремительно проникает даже в отдаленные уголки нашей планеты, но качество интернета оставляет желать лучшего - вот это и хотят исправить OneWeb и SpaceX.

Спутниковый интернет - хорошая альтернатива кабельному и сотовому. Он не такой дорогой, как кажется на первый взгляд, если речь идет о симплексном, или одностороннем, доступе: требуется простая антенна и сравнительно дешевое приемное оборудование, а в качестве исходящего канала используется GPRS, 3G, ADSL и т. д. - словом, любой наземный интернет. На территориях, где отсутствует другая связь, возможна только дуплексная спутниковая сеть, когда терминал работает в режиме приемного и передающего устройства одновременно, но она значительно дороже симплексной.

На данный момент спутниковые компании и сотовые операторы еще могут конкурировать с кабельным оптоволоконным интернетом в силу того, что последний проник далеко не повсюду. Но все идет к тому, что Землю обложат кабелем, и всемирная сеть из космоса нам станет не нужна.

Не получится ли так, что в будущем системы связи OneWeb и SpaceX станут нерентабельными?

Вероятно, потребность в спутниковом интернете останется в таких странах, как Индия, на Африканском континенте и в труднодоступных местах, где просто невозможно провести кабель или поставить много вышек LTE. Но будет ли в этом случае приемлемой стоимость и удастся ли получить разрешение регулирующих органов? Кажется, что спутниковый интернет останется безальтернативным еще долго, по крайней мере для половины населения Земли. Но все может быстро измениться.

Дроны и стратостаты вместо ракет и спутников

Спутники используются не только для доставки интернета, но и для дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), или, проще говоря, для фотографирования поверхности и отправки данных. Но мы уже замечаем развитие дронов, беспилотных летающих аппаратов (БЛА), для ДЗЗ. Они удобнее: дешевле, мобильнее, могут обслуживаться на земле и управляться в ручном режиме.

Поэтому встает вопрос о необходимости спутников на орбите, когда есть атмосферные беспилотники. Ведь им нестрашны облака (опустились под них - и нет проблемы), разрешение снимка всегда можно увеличить также за счет снижения, дроны могут, в отличие от спутников, нарезать круги над одной местностью довольно долго и, таким образом, собирать информацию в режиме реального времени. Кроме того, все перечисленные мероприятия обойдутся дешевле эксплуатации спутниковой системы, ведь в последнем случае необходима не одна сотня аппаратов для уверенного обзора местности, а это - миллиарды долларов.

Космические обсерватории - вот уж что точно нельзя будет заменить, скажете вы. Но такие проекты, как VLT, E-ELT (39-метровый телескоп от Европейской южной обсерватории) и SOFIA (обсерватория на самолете), могут быть достойной альтернативой. Правда, не во всех диапазонах длин волн, и вот тут-то к нам на помощь приходят стратостаты (стратосферные аэростаты).

Они способны свободно подниматься на высоты около 40–50 км над землей и нести большую нагрузку в виде обсерватории. Еще одно их преимущество состоит в том, что они не имеют проблем с микрогравитацией. При их движении не возникает высокой нагрузки, которая, в свою очередь, учитывается в конструкции ракет-носителей, что увеличивает их массу и, как следствие, существенно ограничивает возможность разного рода улучшений. Могут обслуживаться в любое время, в том числе в режиме работы: можно подлететь к аэростату на другом аэростате или спустить его на землю для ремонта. Еще в 1961 году (в год полета Гагарина) был инициирован проект стратосферной солнечной станции с зеркальным телескопом «Сатурн» , диаметр главного зеркала - 50 см. В 1973-м уже модернизированный прибор с метровым зеркалом получил снимки Солнца с разрешением близким к теоретическому (0,12«) с высоты 20 км над землей.

Высоты от 20 до 100 км иногда называют «ближним космосом» из-за их небольшого сходства с космосом настоящим: человек уже не может существовать там без защитного костюма, а вид из иллюминатора почти как на орбите, только спутники не летают, небо темно-фиолетовое и черно-лиловое, хотя и выглядит просто черным по контрасту с яркими Солнцем и земной поверхностью.

А вот настоящий космос, или околоземное космическое пространство, начинается с 100 км. На этих высотах летательному аппарату для создания достаточной подъемной силы необходимо двигаться уже со скоростью выше первой космической. В любом случае это уже будет не самолет, а спутник. С практической точки зрения ключевое различие здесь состоит в способе доставки: в обычный космос мы летаем на ракетах, а в ближний можно и на стратостатах добраться.

Стратостаты - всеми забытая технология 30-х годов XX века. Это не дирижабли, наполненные водородом и взрывающиеся от каждой искры, а похожие на воздушные шары баллоны с гелием, способные подниматься в ближний космос, на стратосферные рубежи, то есть до 50 км. Существуют проекты стратостатов (хотя их трудно так назвать, скорее это суборбитальные спутники), которые могут работать на высоте до 80 км. Но это всё - для военных, гражданские же модели пока не поднимаются выше 40–50 км, однако и этого достаточно для большинства задач, которые сейчас решаются только с использованием спутников, находящихся в космосе выше 100 км над землей.

Стратостаты были забыты с началом космической эры в 1957 году, но прошло ровно 60 лет - и о них снова вспомнили! Почему так произошло? Как уже говорилось выше, космические полеты - это дорогое удовольствие, доступное далеко не всем; даже не каждая страна может позволить себе полноценную космическую программу. А вот стратосферу освоить - это пожалуйста, тут цифры намного скромнее, а результаты - не хуже. И дело не только в дешевом способе достижения большой высоты, но и в технологиях, которые используются для создания стратостатов и теперь позволяют им находиться в небе сотни дней!

Это намного больше, чем раньше: солнечные панели питают стратостаты днем, мощные аккумуляторные батареи (которые при этом имеют малый вес!) запасают энергию на ночь, легкие и прочные материалы сохраняют конструкцию аппарата, GPS позволяет им с легкостью определять положение, бортовые компьютеры самостоятельно принимают решения.

Именно комплекс современных технологий и позволяет сейчас говорить о формирующемся рынке стратосферных услуг.

Например, стратостатная компания WorldView планирует запускать туристов на высоты до 45 км! Для этого они придумали новую гондолу, снабдив ее огромными иллюминаторами, через которые туристы смогут увидеть черноту дневного неба и поверхность нашей планеты практически такой, какой она предстает взорам космонавтов, - Земля станет круглой!

«Ближний» космос выгоднее дальнего

Единственное, что останется в настоящем космосе (выше 100 км), - это навигация: GPS, ГЛОНАСС, Beidou, Galileo. Но и эту проблему можно будет решить без применения дорогостоящих спутниковых систем - с помощью стратостатов, беспилотников и других средств наземного и воздушного базирования. Тем более LTE и Wi-Fi предлагают хорошую альтернативу GPS, технология LBS (Location-Based Service) неплохо справляется с задачей навигации, определяя местоположение по наземным вышкам сотовой связи и Wi-Fi. Пока, правда, по точности она уступает любой, даже самой плохой системе навигации, и погрешность в лучшем случае составляет десятки метров, тогда как у GPS - менее метра.

«Ближний космос», как часто совершенно обоснованно называют стратосферу (высоты от 20 до 50 км), в ближайшем будущем может занять центральное место и в научной сфере, обойдя по привлекательности околоземное космическое пространство.

Отправка стратостатов, оснащенных специальным оборудованием и целой лабораторией, с людьми на борту на высоты до 50 км станет привычным занятием. Нет необходимости защищать стратонавтов от губительной радиации, солнечных бурь и, самое главное, космического мусора, который является основной преградой на пути освоения околоземного пространства. Скорее всего, в ближайшем будущем мы вынужденно откажемся от космоса и займемся атмосферой - прежде всего потому, что делать стратостаты и беспилотники намного дешевле и нет необходимости в обеспечении того уровня защиты и систем жизнеобеспечения, который нужен на орбите Земли.

Для решения же народно-хозяйственных задач (связь, ДЗЗ, астрономия, научные эксперименты) стратостаты могут составить достойную конкуренцию космическим спутникам. Ведь появятся куда более дешевые их аналоги: управляемые нейросетью модели (они будут сами решать, куда лучше двигаться и как группироваться, - и уже это делают, к примеру, в рамках проекта Google Loon развивающиеся и труднодоступные регионы получают таким образом интернет) и автономные беспилотники, которые смогут существовать в атмосфере днями.

Стратостаты могут непрерывно наблюдать за одним и тем же местом планеты (аппараты с такой функцией называются «геостационарными»). В стратосфере нет сильных ветров и низкая турбулентность, поэтому стратостат может зависнуть над одной точкой так же, как это делает спутник. Только для того, чтобы доставить спутник на геостационарную орбиту (36 000 км над землей), нужна мощная ракета-носитель, а для стратостата - баллоны с гелием, небольшое финансирование и желание создать конкуренцию традиционным технологиям связи и ДЗЗ.

Развитие стратонавтики приведет не только к отказу от дорогостоящих спутников ДЗЗ или связи, но и к тому, что эти спутники будут доставлять на орбиту Земли другими способами, если такое все же потребуется. Например, компания Zero 2 Infinity разрабатывает проект достижения орбиты Земли с помощью запусков из стратосферы - это перспективное направление, когда стратостат служит космодромом или платформой для спутника, который должен отправиться на ракете в настоящий космос. Даже если конкретно эти проекты не найдут поддержки у инвесторов, сам вектор на освоение стратосферы уже четко обозначился.

Наличие большого количества стратостатов в атмосфере Земли создаст глобальную распределенную систему связи (сродни той, что образуют компьютеры у нас дома).

Мы будем лучше понимать погоду, получать данные ДЗЗ прямо на свои персональные устройства, иметь доступ в интернет с минимальной задержкой сигнала в труднодоступных местах, сможем децентрализованно общаться через эти аппараты.

Иными словами, любые данные, полученные стратостатами, будут точнее и быстрее обрабатываться, чем «орбитальные». Философия децентрализованного интернета должна распространиться и на другие сферы, а стратостаты и беспилотники идеально подходят под эту модель мира.

Все дело в том, что мы воспринимаем объекты, имеющие определенные размеры, а космос символизирует исключительную бесконечность, это материальная часть, поддающаяся исследованию, то есть находящаяся относительно близко от Земли. Поэтому и появились такие понятия, как дальний (глубокий космос ) и ближний космос.

Ближний космос

Исследуемые и просто находящиеся объекты Солнечной системы, некоторые из них мы видим невооруженным глазом, а главное, они доступны для изучения. Благодаря развитию технологического процесса появляется все больше возможностей для тщательного изучения небесных тел и явлений, происходящих во Вселенной. Расстояние ближнего космоса можно измерить астрономическими единицами. Она равняется расстоянию от Солнца до планеты Земля - 149 597 900 км. Просто фантастические цифры, но для космического пространства вполне допустимые.

Дальний космос

Все, что находится за пределами Солнечной системы, мы называем непостижимым - это глубокий космос . Нет такой единицы измерения, чтобы вычислить те огромные расстояния, на которых от нас находятся другие объекты. По мнению ученых, космос составляет бесчисленное количество галактик, что в переводе с греческого означает «молочный». Так и называется наша галактика, в которой находится Земля и все планеты Солнечной системы «Млечный Путь». Помимо планет здесь расположено 400 миллиардов звезд. Диаметр Млечного Пути составляет 100 000 световых лет. Что тогда говорить о расстояниях между галактиками, цифры представить невозможно такие.

Сегодня мы не имеем возможность досконально изучить объекты, находящиеся в других галактиках, поэтому говорить о них можем лишь абстрактно. Каждый раз, когда речь заходит о космосе мы представляем его таинственным и загадочным, возможно когда-нибудь человечество сможет ответить на 3 главных вопроса:

• Есть ли жизнь за пределами планеты Земля?
• С чего началось образование космоса?
• Где границы Вселенной?

Мир галактик и звезд

Звездный путь глубокий космос - это мир звезд и галактик, пространство, где земное притяжение совершенно не ощущается. Кораблю для полета в дальний космос нужно разогнаться до скорости 11,2 км/с, для выхода из Солнечной системы - 16,6 км/с. Аппараты, предназначенные для полета в дальний космос, как правило, улетают туда безвозвратно. Также как организм человека состоит из клеток, космос из звезд, которые образуются из рассеянных масс и умирают в результате взрыва. Однако свет такой звезды, которой давно уже нет мы можем видеть еще несколько лет. Мы знаем совсем немного еще про глубокий космос , но исследования в этой области продолжаются.

Невероятных размеров области газа, скапливающегося между звездами, ими же подсвечиваются, создавая фантастически красивые и загадочные силуэты, это боги глубокого космоса . Тайн у Вселенной великое множество, одна из самых загадочных - Черные дыры. Уникальны и интересны они тем, что поглощают в свое пространство абсолютно все, газ, свет, любую материю, химические вещества.

Желание улететь и познать дальний космос всегда говорит о том, что мы практически ничего не знаем еще об этом пространстве и, чтобы его изучить потребуются десятилетия, так же как много времени нужно для создания аппарата, способного доставить человека на такие расстояния.

Границы

Чёткой границы не существует, потому что атмосфера разрежается постепенно по мере удаления от земной поверхности, и до сих пор нет единого мнения, что считать фактором начала космоса. Если бы температура была постоянной, то давление бы изменялось по экспоненциальному закону от 100 кПа на уровне моря до нуля. Международная авиационная федерация в качестве рабочей границы между атмосферой и космосом установила высоту в 100 км (линия Кармана), потому что на этой высоте для создания подъёмной аэродинамической силы необходимо, чтобы летательный аппарат двигался с первой космической скоростью , из-за чего теряется смысл авиаполёта .

Солнечная система

В НАСА описывают случай, когда человек случайно оказался в пространстве, близком к вакууму (давление ниже 1 Па) из-за утечки воздуха из скафандра. Человек оставался в сознании приблизительно 14 секунд - примерно такое время требуется для того, чтобы обеднённая кислородом кровь попала из лёгких в мозг. Внутри скафандра не возник полный вакуум, и рекомпрессия испытательной камеры началась приблизительно через 15 секунд. Сознание вернулось к человеку, когда давление поднялось до эквивалентного высоте примерно 4,6 км. Позже попавший в вакуум человек рассказывал, что он чувствовал и слышал, как из него выходит воздух, и его последнее осознанное воспоминание состояло в том, что он чувствовал, как вода на его языке закипает.

Журнал «Aviation Week and Space Technology» 13 февраля 1995 г. опубликовал письмо, в котором рассказывалось об инциденте, произошедшем 16 августа 1960 года во время подъёма стратостата с открытой гондолой на высоту 19,5 миль для совершения рекордного прыжка с парашютом (Проект «Эксельсиор»). Правая рука пилота оказалась разгерметизирована, однако он решил продолжить подъём. Рука, как и можно было ожидать, испытывала крайне болезненные ощущения, и ею нельзя было пользоваться. Однако при возвращении пилота в более плотные слои атмосферы состояние руки вернулось в норму.

Границы на пути к космосу

• Уровень моря - 101,3 кПа (1 атм .; 760 мм рт. ст;) атмосферного давления .
• 4,7 км - МФА требует дополнительного снабжения кислородом для пилотов и пассажиров.
• 5,0 км - 50% от атмосферного давления на уровне моря.
• 5,3 км - половина всей массы атмосферы лежит ниже этой высоты.
• 6 км - граница постоянного обитания человека.
• 7 км - граница приспособляемости к длительному пребыванию.
• 8,2 км - граница смерти.
• 8,848 км - высочайшая точка Земли гора Эверест - предел доступности пешком.
• 9 км - предел приспособляемости к кратковременному дыханию атмосферным воздухом.
• 12 км - дыхание воздухом эквивалентно пребыванию в космосе (одинаковое время потери сознания ~10-20 с); предел кратковременного дыхания чистым кислородом; потолок дозвуковых пассажирских лайнеров.
• 15 км - дыхание чистым кислородом эквивалентно пребыванию в космосе.
• 16 км - при нахождении в высотном костюме в кабине нужно дополнительное давление. Над головой осталось 10 % атмосферы.
• 10-18 км - граница между тропосферой и стратосферой на разных широтах (тропопауза).
• 19 км - яркость тёмно-фиолетового неба в зените 5% от яркости чистого синего неба на уровне моря (74,3-75 против 1500 свечей на м² ), днём могут быть видны самые яркие звёзды и планеты.
• 19,3 км - начало космоса для организма человека - закипание воды при температуре человеческого тела. Внутренние телесные жидкости на этой высоте ещё не кипят, поскольку тело генерирует достаточно внутреннего давления, чтобы предотвратить этот эффект, но могут начать кипеть слюна и слёзы с образованием пены, набухать глаза.
• 20 км - верхняя граница биосферы : предел подъёма в атмосферу спор и бактерий воздушными потоками.
• 20 км - интенсивность первичной космической радиации начинает преобладать над вторичной (рождённой в атмосфере).
• 20 км - потолок тепловых аэростатов (монгольфьеров) (19 811 м) .
• 25 км - днём можно ориентироваться по ярким звёздам.
• 25-26 км - максимальная высота установившегося полёта существующих реактивных самолётов (практический потолок).
• 15-30 км - озоновый слой на разных широтах.
• 34,668 км - рекорд высоты для воздушного шара (стратостата), управляемого двумя стратонавтами.
• 35 км - начало космоса для воды или тройная точка воды : на этой высоте вода кипит при 0 °C, а выше не может находиться в жидком виде.
• 37,65 км - рекорд высоты существующих турбореактивных самолётов (динамический потолок).
• 38,48 км (52 000 шагов) - верхняя граница атмосферы в 11 веке : первое научное определение высоты атмосферы по продолжительности сумерек (араб. учёный Альгазен , 965-1039 гг.) .
• 39 км - рекорд высоты стратостата, управляемого человеком (Red Bull Stratos).
• 45 км - теоретический предел для прямоточного воздушно-реактивного самолёта.
• 48 км - атмосфера не ослабляет ультрафиолетовые лучи Солнца.
• 50 км - граница между стратосферой и мезосферой (стратопауза).
• 51,82 км - рекорд высоты для газового беспилотного аэростата .
• 55 км - атмосфера не воздействует на космическую радиацию.
• 70 км - верхняя граница атмосферы в 1714 г. по расчёту Эдмунда Холли (Галлея) на основе данных альпинистов, законе Бойля и наблюдений за метеорами .
• 80 км - граница между мезосферой и термосферой (мезопауза).
• 80,45 км (50 миль) - официальная высота границы космоса в США .
• 100 км - официальная международная граница между атмосферой и космосом - линия Кармана , определяющая границу между аэронавтикой и космонавтикой . Аэродинамические поверхности (крылья) начиная с этой высоты не имеют смысла, так как скорость полёта для создания подъёмной силы становится выше первой космической скорости и атмосферный летательный аппарат становится космическим спутником .
• 100 км - зарегистрированная граница атмосферы в 1902 г. : открытие отражающего радиоволны ионизированного слоя Кеннелли - Хевисайда 90-120 км.
• 118 км - переход от атмосферного ветра к потокам заряжённых частиц.
• 122 км (400 000 футов) - первые заметные проявления атмосферы во время возвращения на Землю с орбиты: набегающий воздух начинает разворачивать Спейс Шаттл носом по ходу движения.
• 120-130 км - спутник на круговой орбите с такой высотой сможет сделать не более одного оборота.
• 200 км - наиболее низкая возможная орбита с краткосрочной стабильностью (до нескольких дней).
• 320 км - зарегистрированная граница атмосферы в 1927 г. : открытие отражающего радиоволны слоя Эплтона .
• 350 км - наиболее низкая возможная орбита с долгосрочной стабильностью (до нескольких лет).
• 690 км - граница между термосферой и экзосферой .
• 1000-1100 км - максимальная высота полярных сияний , последнее видимое с поверхности Земли проявление атмосферы (но обычно хорошо заметные сияния происходят на высотах 90-400 км).
• 2000 км - атмосфера не оказывает воздействия на спутники и они могут существовать на орбите многие тысячелетия.
• 36 000 км - считавшийся в первой половине 20-го века теоретический предел существования атмосферы. Если бы вся атмосфера равномерно вращалась вместе с Землёй, то с этой высоты на экваторе центробежная сила вращения будет превосходить над притяжением и частички воздуха, вышедшие за эту границу, будут разлетаться в разные стороны.
• 930 000 км - радиус гравитационной сферы Земли и максимальная высота существования её спутников. Выше 930 000 км притяжение Солнца начинает преобладать и оно будет перетягивать поднявшиеся выше тела.
• 21 миллион км - на таком расстоянии практически исчезает гравитационное воздействие Земли .
• Несколько десятков миллиардов км - пределы дальнобойности солнечного ветра .
• 15-20 триллионов км - гравитационные границы Солнечной системы, максимальная дальность существования планет.

Условия для выхода на орбиту Земли

Для того, чтобы выйти на орбиту, тело должно достичь определённой скорости. Космические скорости для Земли:

• Первая космическая скорость - 7.910 км/с
• Вторая космическая скорость - 11.168 км/с
• Третья космическая скорость - 16.67 км/с
• Четвёртая космическая скорость - около 550 км/с

Если же какая-либо из скоростей будет меньше указаной, то тело не сможет выйти на орбиту. Первым, кто понял, что для достижения таких скоростей при использовании любого химического топлива нужна многоступенчатая ракета на жидком топливе, был Константин Эдуардович Циолковский .

См. также

Ссылки

• Галерея фотографий, полученных при помощи телескопа Хаббл (англ.)

Примечания