Бурильщики в космосе понадобятся еще не скоро

К выходу в прокат нового блокбастера Ридли Скотта «Марсианин» 

Кадр из кионфильма «Марсианин»
Кадр из кинофильма «Марсианин»

В ближайшие дни на экраны российских кинотеатров должен выйти новый фильм «Марсианин», снятый по одноименной книге Энди Вейера и срежиссированный легендарным Ридли Скоттом. Если Голливуд не слишком сильно изменил сюжет книги, то мы сможем насладиться отличной историей, как брошенный из-за бури на Марсе инженер-биолог лихо борется за жизнь при почти полном отсутствии кислорода, делает из двух марсоходов вагончик с прицепом и использует ядерные технологии для сугубо утилитарных целей. А главное — ежедневно побеждает голод и смерть благодаря своим знаниям, упорству и, конечно, исключительному везению. Яблоки на Марсе расти не начинают, но картошка легко осваивает марсианский грунт при помощи нехитрых законов биологии и некоторых результатов… хм, пищеварения астронавта.

Трудно предсказать, сможет ли Мэтт Деймон, который заявлен как исполнитель главной роли, исключительно на своей харизме вытащить весь фильм. Но сама книга стала отличным чтивом для тех, кто увлекается научной фантастикой и искренне радуется фильмам вроде «Интерстеллера» или «Гравитации». Там нет сказочных бластеров или Звезд смерти, а космос осваивают простые работяги, работая исключительно своими руками и головой. Ну, иногда еще и при помощи такой-то матери.

Кадр из кинофильма «Армагеддон»

Казалось бы, нефтяникам тоже грех жаловаться на Голливуд — один  фильм «Армагеддон» чего стоит. Именно буровики-нефтяники в этом фильме спасали Землю от смертоносного астероида, из-за которого люди могли повторить судьбу динозавров. Но на поверку оказалось, что бурильные установки, которые применяли Брюс Уиллис и Бен Аффлек под саундтрек Aerosmith, — такая же клюква, как и развевающийся американский флаг при каждом акте спасения человечества в Голливуде. Если бы сейчас астероид такого размера действительно летел к Земле, то максимум, что смогли бы сделать бурильщики на текущем этапе, так это отколоть небольшой кусочек — меньше килограмма — от летящей с ужасающей скоростью глыбы.

Тем не менее, мы решили сделать небольшой обзор, на каком же действительно уровне находятся бурильные технологии в сфере космических исследований. Увы, пока до нефтяных скважин на Марсе (если даже допустить, что много миллионов лет назад там существовала органика) еще очень далеко.

Красный лед 

Марс Фото: NASA
Марс
Фото: NASA

Четвертая планета от Солнца — Марс — называется красной вовсе не потому, что там тепло и сухо. Хотя, возможно, тепло там когда-то действительно было — ряд исследований позволяют предположить, что в далеком прошлом значительную часть планеты покрывала вода. Со временем жидкость испарилась. Красноватый же оттенок планете придает оксид железа, который образуется при сжигании  этого металла на воздухе. Как оксид появился на Марсе и не являются ли эти частицы остатками гигантского космического флота, распыленного на молекулы более мощной цивилизацией, — пока загадка.

Сейчас Марс — большая сухая пустыня, но вовсе не жаркая, а почти ледяная. Это гигантская криокамера с очень низким давлением — в 160 раз меньше земного. Хотя температура колеблется от –153 до +20 (на экваторе в полдень), средний показатель — минус 63 градуса по Цельсию.

Но даже закаленные люди и равнодушные к такому холоду буровики из-за Полярного круга без специальных скафандров там работать не смогут. В атмосфере Марса всего 0,13% кислорода. Есть немного азота и аргона, но основу атмосферы составляет углекислый газ — более 95%. Еще одна неприятность — радиация. Тоненькая атмосфера и отсутствие магнитосферы приводят к тому, что естественная защита от радиации на Марсе очень слабая. За один-два дня человек получает годовую земную норму облучения.

И это не говоря про практически полную беззащитность Марса даже перед метеоритами. Вся поверхность планеты усеяна кратерами. И, кстати, самый большой ударный кратер Солнечной системы находится на северном полушарии Красной планеты. А также не стоит забывать про пылевые бури, которые периодически практически полностью скрывают поверхность планеты.

Тем не менее, что-то туда продолжает тянуть американцев. Возможно, потому, что вода-то там все-таки есть, и хотя бы этот ресурс не нужно будет доставлять с Земли для первых межпланетных баз. Правда, спрятана она под марсианской поверхностью и заморожена.

При таких условиях, которые есть на Марсе, теоретически добыть воду посредством бурения можно уже сейчас. Но при низких температурах лед свяжет сверло прочнее, чем бетон. А заменить бур некому – людей-то нет. Нельзя управлять бурильной установкой и с Земли. Задержка связи между нашей планетой и Марсом хоть и относительно небольшая, но существует. И это значит, что если сверло застрянет, установка будет продолжать перегреваться, пока сигнал будет идти до Земли и обратно. Накроется либо движок, либо сам бур.

Марсоход Curiosity недалеко от точки бурения «Buckskin» Фото: NASA
Марсоход Curiosity недалеко от точки бурения «Buckskin»
Фото: NASA

Пока американцы сумели пробурить на Марсе небольшую лунку глубиной где-то 10 см. Прорыв возможен лишь в будущем и связан с проектируемым марсианским аппаратом InSight. Предполагается, что он сможет пробурить скважину глубиной 6 метров. На Земле на таком уровне уже вполне можно найти воду. Но на Марсе – совсем не факт. При такой холодрыге вода будет находиться, скорее всего, в виде льда. Все бы ничего, но на Марсе при бурении лед не становится водой, как на Земле, а сразу испаряется. То есть, чтобы добыть воду, придется еще придумать некую установку, которая будет улавливать этот гейзер, убирать частицы пыли и породы, фильтровать, стравливать давление и т.п.

NASA планирует отправить InSight на Красную планету в 2016 году. Он начнет свое путешествие с авиабазы Ванденберг, которая находится самом центре царства американских айтишников — Калифорнии. Впрочем, проект международный. Будет использовать стационарный посадочный модуль, а роющие инструменты предоставят Франция и Германия. Аппарат будет находиться на площадке возле экватора Красной планеты на протяжении двух лет.

Если на Марсе когда-то были океаны, то, теоретически, там могла быть и органика. А значит — нефть и другие полезные углеводороды. Но пока даже трудно представить, какой должна быть стоимость нефти на Земле, чтобы человечество всерьез озаботилось поиском углеводородов на других планетах. Да и в принципе в космосе нет ничего, что было бы экономически эффективно везти на Землю (кроме информации), сообщил научный руководитель Московского космического клуба Иван Моисеев. «В перспективе к концу века будет выгодно разрабатывать ресурсы Луны (кислород, в первую очередь — он там в связанном виде, оксиды) для использования… в космосе. С Луны доставка существенно дешевле, чем с Земли. При наличии соответствующей инфраструктуры», — подчеркнул он.

Ночная буровая 

Луна Фото: NASA
Луна
Фото: NASA

Если бурение Венеры, Марса и других больших планет пока экономически бессмысленно, то аналогичные работы на их спутниках — это реальная и интересная задача, уверен Моисеев.

По официальной версии, первые лунные камни собрали еще астронавты легендарного Аполло-11. Нил Армстронг и Баз Олдрин набрали почти два десятка килограммов с поверхности Луны. Собственно, на Луне же произошло и первое бурение с участием человека. С помощью совка на длинной рукоятке и ручного бура диаметром 2 см удалось взять образцы на глубине  70 см. Последние люди, побывавшие на спутнике Земли, сумели добыть образцы с глубины 3 м при помощи электрического ударного бура Apollo Lunar Surface Drill, который был сделан из титана.

Это американцы. А что же россияне? «Мы бурили на 20 см (в рамках миссий Луна-16 и Луна-20) и более чем на 2 м в ходе Луна-24», — рассказывает Иван Моисеев. Первый образец брался с поверхности Моря Изобилия. Последний раз — в августе 1976 года — были взяты три образца с поверхности Моря Кризисов. Собственно, такое сочетание морей вполне отражает эпоху лунных программ Советского Союза. Да и вообще освоения Луны Россией.

Астронавт Юджин Кернан в процессе бурения Фото: NASA
Астронавт Юджин Кернан в процессе бурения
Фото: NASA

Впрочем, не сильно лучше и у американцев. В 2000-х годах NASA собиралось запустить космическую программу «Созвездие», в рамках которой должна была разрабатываться новая космическая техника и инфраструктура для обеспечения полетов на МКС и Луну, создание постоянной базы на спутнике и в перспективе — полетов на Марс. Однако её зарубил нобелевский миротворец Барак Обама, и её финансирование было прекращено в 2011 году. Была также идея отправить роботов-аватаров, которыми бы управляли люди с Земли. Это позволило бы разработать специальные костюмы виртуальной реальности. Но пока успешно идет лишь продажа участков на спутнике Земли, хотя никто так и не отменил Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства 1967 года.

Россия сейчас собирается возобновить выполнение программы исследований Луны, но на качественно новом уровне. Еще в 2013 году представитель российского Института космических исследований Игорь Митрофанов на одной из конференций заявлял, что Луна является идеальным местом для будущих космических баз, которые станут основой для организации исследовательских полетов в дальний космос, в том числе — и на Марс. На тот момент ожидалось, что лунные миссии возобновятся уже в 2015 году. В ходе первой будут отработаны новые системы посадки, связи и технологии, используемые для обеспечения длительной работы техники в условиях космоса. Примерно в 2017 году на поверхность Луны должен опуститься аппарат, которые позволит испытать работу новой системы низкотемпературного криогенного бурения и отбора образцов пород. Затем начнется отработка доставки образцов на Землю, проверка работоспособности технологий, позволяющих наладить прямое и обратное сообщение между Землей и Луной. А где-то в 2020 году на Луну планируется доставить «Луноход-3», который сможет удаляться от места посадки на 30 км. В случае успеха будет доставлен еще один луноход, который проведет бурильные операции и доставит образцы с глубины около двух метров. Правда, не исключено, что в связи с финансовыми проблемами России из-за санкций, а также трудностями с запуском космодрома «Восточный», сроки реализации этих проектов сильно сдвинутся.

Ставшие уже мемом британские ученые готовят свою лунную миссию Lunar Mission One. Проект поддерживают ряд научных и учебных заведений Великобритании, включая Университетский колледж Лондона и Открытый университет. Они запланировали бурение Луны на глубину более 100 метров. Правда, отправить свой модуль на южный полюс Луны они планируют аж в 2024 году и собирают на проект деньги через краудфандинг. Меценаты получают возможность отправить на спутник фрагменты волос и фотографии.

Неприступная Венера и другие 

Венера Фото: NASA/JPL
Венера
Фото: NASA/JPL

Бурение на других объектах нашей солнечной системы продвигается еще медленнее. Как и ледяной Марс, Венера — вторая соседка Земли — тоже не подарок. Только по другим причинам. Температуры свыше 500 градусов, давление в 95 атмосфер, облака, состоящие из капель серной кислоты и хлористых солей соляной кислоты, имеющие толщину порядка 20 км, кислотные дожди – вот лишь небольшой набор «сюрпризов» для тех астронавтов, которых когда-нибудь по ошибке занесет на эту планету.

Впрочем, земные бурильщики тоже когда-то пытались до нее добраться — видимо, поддавшись очарованию греческой мифологии. В начале 1980-х два советских аппарата Венера-13 и Венера-14 достигли поверхности планеты и провели там уникальные буровые операции. Алмазная буровая коронка за две минуты — это предельный ресурс для агрегата в подобных условиях — должна была вгрызться в скальный грунт на глубину 3 см. В дальнейшем оборудование было усовершенствовано. Модернизированная версия станка успешно провела бурение в другом районе планеты.

Проблема в том, что работы осуществлялись на специальных станках, которые были разработаны на Ташкентском филиале КБ общего машиностроения. Развал Советского Союза похоронил эти проекты, и сейчас не очень верится, что независимый Узбекистан когда-либо вернется к освоению ресурсов других планет.

В 2016 году может начаться разработка автоматической межпланетной станции, которая ориентировочно в середине 2020 года отправится на спутник Юпитера Европу. По некоторым версиям, под ледяной корой планеты может быть жидкий океан, где теоретически даже возможна жизнь. В середине 2014 года NASA в полевых условиях проверило работу системы теплового бурения (плавления) льда, которая, возможно, будет использоваться исследовательским аппаратом. Система получила название «Валькирия». Это криобот, которого оснастили системой на основе оптоволокна, через которое проходил лазер мощностью в 5000 Ватт. Он может проходить примерно метр в час. Установка, которая может быть отправлена на Европу, будет, очевидно, оснащена более мощной энергетической системой, поскольку придется пройти около 30 километров льда.

Совсем недавно человечество предприняло попытку повторить успех Брюса Уиллиса. Конечно, не взорвать комету, а хотя бы пробурить. Не очень успешно. Конечно, никакой игры в догонялки с кометой не было. Но гарпунная система не смогла сразу закрепить посадочный модуль «Филы», и он скакал по поверхности кометы 67Р. Затем его удалось стабилизировать, но о результатах экспедиции пока не сообщается.

Олег Семенов 

Комета 67P снято зондом Rosetta 3 августа 2014. Фото: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS
Комета 67P снято зондом Rosetta 3 августа 2014.
Фото: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS

При подготовке статьи использовались материалы сайтов «Космос и жизнь» (in-space.info), Космос-журнал (cosmos-journal.ru), newsscientist.com, NASA и др. интернет-ресурсов.