На час пандемії космос може здатися найбезпечнішим напрямком цього сезону. Ми здійснили приватні польоти в космос, місії на Марс або запуск супутникових мегасузір'яв. Астроном Іржі Шільга, який займається космічним сміттям, розповідає про те, що ми шукаємо на Марсі, як виглядатимуть космічні подорожі та чи забруднюємо їх перед першим туром.

астроном

В інтерв’ю ви також можете прочитати:

  • з чим доведеться зіткнутися колонізаторам Марса та Місяця;
  • яким умовам, крім багатства, доведеться відповідати космічним туристам;
  • скільки супутників кружляє над головою і чи безпечно це;
  • куди виведений з експлуатації супутник буде (не) літати;
  • як виглядає очищення орбіт?.

Ви можете прочитати цю статтю завдяки ESET Science Award - нагороді, яка підтримує виняткову науку в Словаччині.

Цього року перша приватна компанія вивела людей у ​​космос, NASA відправило новий марсохід на Марс, туди також прямує китайський марсохід або зонд Арабських Еміратів. Нові космічні перегони або ми довго серед них?

Це не космічні раси, як за часів холодної війни. Швидше, країни прагнуть дотримуватися своїх довгострокових стратегічних планів і працювати разом. Наприклад, Об’єднані Арабські Емірати, які лише нещодавно створили космічне агентство, співпрацюють з університетом у Колорадо над розробкою супутника.

Інший приклад - співпраця між російськими та європейськими космічними агентствами, які хочуть відправити супутник та марсохід на Марс. В даний час держави розуміють, що полегшити вихід у космос, якщо вони об’єднають зусилля.

Чому так багато країн вирішили дослідити Марс?

Як і Земля та Венера, Марс знаходиться у "зеленій зоні" навколо Сонця. Навколо зірки існує обмежена зона температури, в якій рідка вода може існувати на планетах. Тож не надто холодно, щоб замерзнути, але і не надто тепло, щоб випаруватися. Ми ідеально розташовані в центрі, Венера ближче до Сонця, а Марс - на зовнішньому краї.

Це робить його хорошим кандидатом на місце проживання. На даний момент ми маємо досить гіпотезу, що він був там раніше в минулому і вимер, але навіть це надзвичайно цікаво для нас.

Те, що зараз досліджується на Марсі?

Перш за все, ми шукаємо деякі сліди життя. Ми шукаємо не ссавців, а мікробів та їх сліди. Нас найбільше цікавить, чи було це життя, як воно виникло і чому воно зникло.

Оскільки, здається, є вода, Марс також є гарним кандидатом на можливу колонізацію. Тому ми там також вивчаємо геологію та клімат, і його магнітне поле також цікаве.

Астроном: Пілотований політ SpaceX на МКС - це віха, я очікую буму в космічному туризмі

Чому слабке магнітне поле є проблемою?

Він дуже слабкий. Ось чому Марс може втратити значну частину своєї атмосфери і втратити багато води.

Наше Сонце випромінює енергетично сильно заряджені частинки, і ми захищені від них завдяки електромагнітному полю Землі. Якби ми не мали захисту, ці частинки могли призвести до розпаду атмосфери та розпорошення в космосі. Ми бачимо незначну взаємодію з цими частинками на Землі у вигляді полярного сяйва.

Що нам потрібно буде знайти на Марсі, щоб побудувати там колонію?

Коли ми говоримо про колонізацію небесного тіла, ми завжди першими шукаємо елементи, які допомогли б вижити там довгий час. Достатня кількість води знову є основою, оскільки ви можете розкласти її на кисень і водень. Обидва елементи також можна використовувати як паливо. Це може бути використано для повернення вас з поверхні Марса на орбіту, а потім назад на Землю, якщо ви хочете подорожувати.

Перевага колонізації Марса полягає в тому, що він, на відміну від Місяця, має атмосферу. Це також може захистити нас від сонячного світла або метеороїдів. Космічні тіла мають швидкість у десятки кілометрів на секунду. Таким чином, навіть дуже маленька частинка вбила б потенційного громадянина місяця, якби його не захистили.

Візуалізація зонда Надія над поверхнею Марса. Джерело - TASR/AP

Космічне агентство вже планує пілотовану місію на Марс?

NASA планує доставити людину на Марс у першій половині 30-х років. План - вивести людину на орбіту навколо Місяця і створити там постійну станцію. Це допомогло б забезпечити як Місяць, так і Марс, якби пізніше були колонії. Звичайно, є багато технічних та політичних речей, які можуть вплинути на ці плани.

Як довго він подорожує на Марс?

І до місяця?

Від чого ми мали б захиститися на Марсі?

Влітку там, мабуть, найбільшою проблемою буде електромагнітне випромінювання сонця. Ракета повинна була бути захищена якимось щитом. Перебуваючи на Марсі, нам також довелося б створити безпечну атмосферу на станції. Якщо у вас занадто багато кисню в повітрі, він легкозаймистий, тому нам також знадобиться азот, щоб збалансувати його, і атмосфера була стабільною.

Давайте підемо на коротші рейси, які людству вже вдалося підкорити. Нещодавно відбулися демонстраційні польоти SpaceX. Це було вперше, коли приватна компанія відправила в космос людський екіпаж. Так званий гострий екіпаж повинен полетіти у вересні. Чим він буде відрізнятися від попередніх?

Те, що ми побачили в Flight Demo 2, буде дуже схожим на те, що відбувається в Flight Crew1. Різниця буде лише в тому, що літатиме екіпаж із чотирьох осіб, а не двомісний. Цікаво, що на борту буде японський космонавт. Це підтверджує, що NASA планує співпрацювати на міжнародному рівні.

Політ повинен бути частиною звичайного обертання до міжнародної станції МКС. Тож це буде класичний космічний «човник» з тією різницею, що ракета належить приватній компанії.

Який взаємозв'язок між SpaceX і NASA? Думаю, я не можу просто літати в космос, як приватна компанія, хоча я маю технологію?

SpaceX виграла конкурс на розробку пасажирського корабля для NASA. Тож НАСА буквально замовило їх. У них є п’ятирічний контракт, протягом якого SpaceX доведеться регулярно доставляти астронавтів на Міжнародну космічну станцію приблизно три рази на рік. Тоді ми побачимо, що далі.

Коли багаті космічні туристи зможуть літати в космос?

Перші два рейси можуть розпочатися наступного року.

Crew Dragon Demo-2 - це тестовий політ космічного корабля Crew Dragon SpaceX до Міжнародної космічної станції (МКС). На фото космонавти Роберт Л. Бенкен (зліва) та Дуглас Г. Херлі. Фото - AP

Політ у космос - справа досить фізично складна. Космічним туристам доведеться пройти спеціальну підготовку, і під час польотів існуватимуть певні обмеження щодо здоров'я?

Космічний турист повинен бути фізично підготовленим і не повинен мати проблем із тиском або серцем, наприклад. Я думаю, що навчання та підготовка будуть довшими, ніж сам рейс.

Найгіршими є лише старт і посадка, де на організм надається величезне фізіологічне навантаження у вигляді перевантаження. Але загалом, я думаю, це так само легко уявити, як карусель. Не всі можуть поїхати і на екстремальних американських гірках. І космічні польоти будуть досить важкою поїздкою для непрофесіоналів, до яких слід підготуватися.

Ми вже знаємо, скільки можуть коштувати такі польоти навколо Землі?

Поки що одне місце коштує 50-60 мільйонів євро.

Ви підете заглянути в космос?

Це мене ще не приваблювало. Мені подобається спостерігати за Всесвітом із Землі.

Чи може життя на Землі прийти з Марса? NASA відправить на Червону планету новий марсохід і вертоліт

Інші амбітні космічні проекти цього року - OneWeb та Starlink. Ці дві компанії вже вивели на орбіту кілька десятків супутників для побудови мережі, яка забезпечить широкосмуговий доступ до Інтернету у всьому світі. Як би працювала така мережа і навіщо нам для цього потрібно стільки супутників?

Ці компанії хочуть створити мегасузір’я супутників навколо Землі на різних орбітах. Ми вже знаємо подібну концепцію з навігаційної системи GPS, де у вас є 20 000 кілометрів над поверхнею супутника, і де б ви не знаходились на Землі, ви повинні контактувати принаймні з двома і, отже, мати можливість з’ясувати ваше місцезнаходження.

Цього поняття недостатньо, оскільки для визначення вашого місцезнаходження достатньо відносно слабкого сигналу та передачі даних, але для швидкісного Інтернету цього недостатньо. Для цього потрібна величезна кількість супутників, доступних цілодобово.

Іржі Шилха перед обсерваторією Халеакала на Гаваях, США. Джерело - архів J. Š.

Мабуть, це страшенно дорого. Воно того варте?

У цьому фокус. Технології значно просунулися вперед, супутники стали дешевшими і набагато доступнішими. Перевага цих компаній полягає в тому, що вони володіють ракетними носіями та платформами для виробництва супутників.

Це безпечно? Навіть перед дешевим безпілотником, який летить лише на кілька метрів над моєю головою, я маю повагу ...

Ми десятиліттями знаємо, що околиці Землі є дуже чутливим і динамічним середовищем. Супутники, ракетні каскади та відходи постійно циркулюють на різних орбітах, які перетинаються. Отже, є ризик, що відбудеться зіткнення, яке створить більше частинок, це створить ще одне зіткнення, і таким чином ми будемо каскадувати до стану, що ми більше не зможемо нічого відправляти туди.

Ця ситуація погіршилась у 2007 та 2009 роках, коли ми мали три великі розпади на низькій орбіті навколо Землі.

Що на рахунок того?

Міжнародні команди ООН працюють над тим, як безпечно поводитися в космосі. Згідно з чинними правилами, найголовніше - з якої країни починається рейс. Якщо ви починаєте з США, а ваш приватний супутник щось робить, США несуть міжнародну відповідальність.

Скільки супутників на орбіті?

До трьох років тому у нас було близько 1200 функціональних супутників, які обертаються навколо Землі. Після прибуття SpaceX їх активних близько 2000. Звичайно, вони менші, і мова йде про сотні кілограмів, а не тонн, але якщо вони з чимось зіткнуться, вони, безумовно, спричинять розпад.

З появою цих мегасузір’їв США створили нове законодавство - правила космічного руху. Компанії повинні дотримуватися їх, якщо вони хочуть вести бізнес у певній країні та отримати ліцензію. В даний час SpaceX має ліцензовані 40 000 супутників з низькою орбітою.

Погляд на супутники безпосередньо перед тим, як ракета випустила їх на орбіту Землі 24 травня. Фото - SpaceX

У кожній країні свої правила?

Так. Коли США ініціювали цю ініціативу, решта країн почала трохи панікувати, розуміючи, що якщо вони не зреагують швидко, вони повністю відстануть у цьому бізнесі. Наприклад, Європейський Союз спільно з Європейським космічним агентством почав визначати правила космічного руху для Європи, щоб залишатися конкурентоспроможними.

Тож орбіта не буде переповненою лише американськими супутниками?

Ні, але там точно буде людно.

Тривалість життя супутників становить приблизно 25 років. Це означає, що незабаром у нас з’явиться смітник, який літає навколо Землі?

Точно так. Ми знали, що найжвавіша область - 800-1000 км, тому що ми їдемо туди з початку космічних досліджень. Якщо ви зараз відправите туди супутник, вам часто доводиться робити маневр ухилення, інакше ви ризикуєте зіткнутися.

Тому мегасузір'я планують вивести супутники на нижчу орбіту (530 - 550 км) і нехай природа піклується про них. Старі супутники просто впадуть і згорять при натиранні в атмосфері.

У цьому рішенні є кришка?

Так. У нас буде щільна кількість тіл, які будуть постійно зменшуватися з цієї висоти. На відстані 430 кілометрів ми маємо космічну станцію МКС. Падаючі супутники мають деяку маневреність, але вони дуже обмежені. Отже, коли є ризик зіткнення, маневр повинен змусити тіло запрацювати. Це ускладнить роботу супутників на висотах нижче 600 кілометрів.

Якою високою повинні бути супутники, щоб вільно літати в космос після зносу?

Коли об’єкт обертається навколо Землі, його може спіткати три види долі. Якщо він досить низький, щоб час від часу взаємодіяти з молекулами атмосфери, він поступово втрачає свою кінетичну енергію, шлях його зменшується, поки остаточно не згорить в атмосфері.

Друга можливість полягає в тому, що тіло чинить на нього силу тяжіння, або ми надаємо йому достатній імпульс, щоб мати швидкість виходу. Це дозволить йому відірватися від Землі і почати обертатись навколо Сонця. Але це робиться не часто.

Третя можливість - дозволити тілу літати на орбіті навколо Землі "на невизначений час". Якщо це тіло приблизно на 3000 кілометрів над Землею і обертається навколо нього по відносно круговій орбіті, то воно залишиться там по суті назавжди.

Телескоп AGO70, 70-сантиметровий ньютонівський відбивач, розташований в астрономічній та геофізичній обсерваторії Карлівського університету в Модрі. Джерело - Й. Ш.

Такі тіла можуть спричинити деякі проблеми на орбіті?

Парадоксально, але мало дощу, скільки речей летіло туди. Наприклад, у 2009 році над Сибіром зіткнулися два великі супутники. Зіткнення сталося зі швидкістю 11 км/с (40000 км/год), яка розпалася на 3,5 тисячі осколків, що є загрозою для орбітальних супутників. Близько 30 відсотків з них зникли, але деякі з них будуть обертатися навколо Землі протягом тисяч років, тому що вони досить високі. Відтоді таких подій у нас не було.

Такі фрагменти також впливають на наше життя на Землі?

В процесі еволюції космічного тіла інженери також повинні відповісти на питання, чи воно буде горіти в атмосфері або може впасти на Землю. Якщо є ризик, що якась частина потрапить на Землю, існує також ризик, що вона когось поранить.

У минулому деякі уламки вижили в атмосфері, але наразі поранень не було. Наприклад, у 1978 р., Коли супутники, що працюють на ядерній енергії, ще могли використовуватись навколо Землі, один з них став неконтрольованим, впав і забруднив величезну територію радіоактивності в Канаді. У 2018 році китайці знову втратили контроль над космічною станцією. Це було вже досить низько, щоб ми знали, що воно буде горіти в атмосфері, але астрономи спостерігали за цим, і його траєкторія трохи коригувалася. На щастя, це не дуже поширені випадки.

Випускання багатьох супутників на орбіту, де вони нам ще не заважають, але будуть там назавжди, нагадує мені ідею кидати сміття в океани, зникаючи під поверхнею. Коли це наздожене нас і що ми можемо зробити, щоб цього не сталося?

На щастя, існує профілактика, і наша мета - зменшити кількість фрагментів, пов’язаних з місіями - робить це досить добре. Але коли у вас є старий супутник, який розвалюється, всі ваші зусилля марні. Одне таке тіло може створити тисячі нових фрагментів. Тому планується активно утилізувати відходи.

Зображення, отримане телескопом AGO70 для російського ракетоносця, розміщеного на низькій злітно-посадковій смузі. Під час спостереження використовувався час експозиції 0,1 секунди, коли об'єкт знаходився на відстані 2600 км від спостерігача. Джерело - архів J. Š.

Як очистити орбіту?

План полягає у створенні супутника, який міг би досягти тіла, яке загрожує розпадом або зіткненням. Це буде активно захоплювати його, приводити до нижчої траєкторії та зменшувати його життя. Атмосфера - наш найкращий «пилосос» для відходів. Нещодавно відбулася демонстраційна місія, щоб продемонструвати різні технології захоплення та відстеження відходів у космосі. Наприклад, гарпуни, сітки або роботизована зброя.

Ми, астрономи, спостерігаємо за цими об’єктами із Землі і перевіряємо, чи поводиться об’єкт хаотично і обертається. Якби супутник "очищення" зіткнувся з відходами, ми мали б набагато більше осколків, ніж спочатку збиралися зібрати.

Звідки ви спостерігаєте за небом?

Наш факультет має власну обсерваторію в Модрі. У нас є дуже потужний телескоп, призначений для спостереження за відходами та досліджень. Ми можемо спостерігати за ним 30-сантиметрові об'єкти навіть на дуже низьких орбітах.

Ви, мабуть, не захоплюєтеся падінням Персеїд ...

Метеори мене завжди захоплювали. Через них ви відчуваєте швидкість, з якою Земля подорожує космосом і нагадує вам, що в ній знаходиться.

Він астроном. Працює на кафедрі астрономії, фізики Землі та метеорології факультету математики, фізики та інформатики Карлового університету. В основному йдеться про космічні відходи, їх динамічні та фізичні властивості. Викладає програмування в астрономії. Він опублікував кілька статей про поведінку відходів у космосі.