Выгоднее всего осваивать ближний космос, а не дальние дали

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.