Прогнозирование будущего космонавтики на основе изучения прошлого
Зачем вообще исследовать космическое пространство? Ответом на этот вопрос может быть то, что в своей перспективе изучение космоса поможет в решении земных проблем. Кроме того, космонавтика объединяет все науки известные человечеству, так как исследование космического пространства - это технологический вызов, который приведет к расширению человеческого сознания. Что это означает?

Так, основоположник космонавтики, ученый, занимавшийся философскими проблемами освоения космоса, Константин Эдуардович Циолковский писал:
Как будто все зависит от воли разумного существа, подобного человеку. Наш труд, мысль побеждают природу и направляют ее по желаемому руслу. Например, обрабатываем землю и получаем обильную пищу, приручаем животных, преобразовываем их и растения, строим дома, дороги, машины, облегчаем ими труд, заставляем работать силы природы, и они увеличивают наши силы в 10, 100, 1000 раз. Если бы ленились, не проявляли свою волю, то ничего бы не было, и мы погибли бы от голода, холода, болезней, бесплодия и т. п.
Константин Эдуардович Циолковский, Воля Вселенной, 1928
"Заставляем работать силы природы, и они увеличивают наши силы в 10, 100, 1000 раз" - это и есть расширение человеческого сознания.
Развитие космонавтики напоминает Циклы Экономического Развития Кондратьева. В 1922 году Николай Дмитриевич Кондратьев опубликовал исследование, согласно которому в экономике наблюдается циклическая регулярность - периодические циклы определенной продолжительности, отражающие закономерно сменяющие друг друга периоды спада и подъема в мировой экономике. Исследования и выводы Кондратьева основывались на эмпирическом анализе большого числа экономических показателей различных стран за длительные промежутки времени, 100—150 лет. Среди изученных показателей — индексы цен, государственные долговые бумаги, номинальная заработная плата, показатели внешнеторгового оборота, добыча угля, золота, производство свинца, чугуна. Циклы экономического развития Кондратьева используются как метод прогноза будущих сценариев экономики.
Похожим образом развитие космонавтики также можно предсказывать, основываясь на циклическом движении. Центральным показателем циклического развития космонавтики можно назвать показатель технологической значимости для развития всей отрасли. Так, запуск спутника и полет человека в космос стали отправной точкой периода подъема отрасли, так как они стали основой для будущих пилотируемых запусков, и данные полета помогли изучить влияние космической среды на организм человека.

Чтобы прогнозировать будущее развитие космонавтики, необходимо проанализировать, как происходило развитие этой отрасли в прошлом.
Первый Цикл
Оживление
1933-1957. Заря космонавтики.
Появление первых ракетных двигателей и суборбитальных ракет.

  • 1933 ГИРД-10
    Первый жидкостный ракетный двигатель увеличил эффективность ракеты, позволяя набрать ей большую скорость.

  • 1942 Фау-2
    Система управления ракетой стала основой в ракетостроении.
Подъем
1957-1977. Космическая гонка.
Первый полет человека в космос и высадка на Луну.

  • 1957
    • Запуск Спутника-1 стал началом для космической гонки.
    • Были разработаны системы терморегулирования и электропитания спутника.
Увеличение максимальной скорости передвижения человека символизирует индустриальный прорыв. Масштабы такого прорыва поможет понять график максимальной скорости человека в разные периоды истории.
Создание данного графика вдохновлено лекцией Владимира Сурдина.
В начале индустриального века был изобретен паровоз, а 72 года спустя появился первый самолет. На графике видно, что рост скорости начался в конце 1940-х годов с появлением истребителей второго поколения. Вершиной же графика является скорость, достигнутая при возвращении корабля Аполлон с лунной орбиты (39000 км/ч), от которой немного отстает первый полет человека в космос (27000 км/ч).
Советская лунная программа

  • Разработка сверхтяжелой ракеты Н-1. В отличии от Сатурн-5 у советской космической программы не было однокамерного двигателя мощности F-1. Вместо них на Н-1 были установлены 30 двигателей НК-15, для обеспечения стартовой тяги. Все четыре пуска ракеты были неудачными на этапе работы первой ступени. Большое количество двигателей производили автоколебания, что приводило к разрывам топливопроводов и уничтожению носителя.

Спад
1977 - 1990
Государственная космонавтика выполнила свои задачи. Полет человека на Марс так и остался недостижимой задачей. Вместо этого космонавтика укрепляет позиции в околоземном пространстве.


  • 1990
    • Телескоп Hubble
      Выявлены преимущества внеземной обсерватории: атмосфера Земли больше не создает помех наблюдениям, что позволяет расширить знания человечества о Вселенной. За 19 лет работы, к телескопу было отправлено четыре ремонтные экспедиции. Это огромный опыт ремонта космической техники
Депрессия
1990 - 202X.Снижение технологического развития космонавтики.

  • 2009
    • Недостаток финансирования программы Constellation
      В результате мирового экономического кризиса, была отменена программа исследования Луны NASA Constellation.

  • 2011
    • Выведение Шаттла из эксплуатации
      Обслуживание Шаттла становится дорогим и сложным. С развитием электроники космические аппараты становятся легче, поэтому применение Шаттла для вывода космических аппаратов становится нерациональным решением.
Второй Цикл
Оживление
202X - 204X. Новый цикл космонавтики.

  • Новые виды космических двигателей

Как и сто лет назад, чтобы начать новый цикл космического развития, необходимо создать новый тип двигателя. Главным преимуществом ионных двигателей является их высокий уровень удельного импульса. И по своей эффективности, ионный двигатель превосходит химический в два-три раза. Ионные двигатели уже применяются в космических аппаратах на околоземной орбите для ее поддержания и в межпланетных миссиях, таких как Dawn. Планируется использование такого двигателя на окололунной станции Gateway.
  • Межпланетные Кубсаты

CubeSat - Формат малых космических аппаратов, размерами 10x10x10 см и массой около 1 кг. Концепт разработан Калифорнийским Политехническим и Стэнфордским университетом. Кубсат может быть использован один (CubeSat-1U) или в группе с другими кубсатами.
Данный формат приобрел большую популярность в космической индустрии, за счет малых размеров и массы. Спутник может быть запущен с Международной Космической Станции или в виде дополнительной (Rideshare) нагрузки в ракете-носителе.

Миссии на околоземную орбиту не раскрывают весь потенциал Наноспутников. Запущенный в 1997 году, зонд Кассини-Гюйгенс для изучения системы Сатурна, был размером с школьный автобус и весил 5600 килограмм. Для вывода тяжелой нагрузки на орбиту Венеры, был использован носитель Titan 4B с разгонным блоком Centaur. Совершив серию гравитационных маневров, аппарат вышел на орбиту Сатурна в 2004 году.

Мы приходим к тому, что кубсаты могут быть использованы в межпланетных миссиях:
  • Межпланетные миссии в составе кубсата будут дешевле за счет малой массы и размеров
  • Начнется активное исследование Солнечной системы
  • Применение лазерной связи станет более эффективным, чем радиоволновой
  • Появляется новый тип двигателя - Солнечный Парус
Interplanetary CubeSat Architecture and Missions
Заключение
Мы не можем в точности предсказать будущее развитие космонавтики, однако, используя данный метод прогноза, мы можем увеличить точность предсказаний.

Космонавтика на сегодняшний день находится в конце первого цикла своего развития. Это значит, что в конце 2020-х годов нас ожидает начало нового космического цикла. Это явление можно наблюдать уже сегодня: популяризация космонавтики набирает обороты. Начинает свое развитие направление космической профориентации. С развитием технологий космические аппараты становятся меньше, легче и проще. А значит они станут все более доступными для разных слоев населения.

Все это ведет к тому, что сообщество людей, заинтересованных в космосе, станет активно расти и развиваться, и в свою очередь дальше развивать технологии для полетов в космос и межзвездное пространство.
Материалы работы лаборатории
Вы можете рассмотреть схемы и карты сценариев, разработанные участниками лаборатории, скачав их в pdf-формате.
Авторы
Ильяс Гайнанов
Участник лаборатории "Космос"
Руководитель лаборатории
Антонина Громыко
Координатор проектов Космического центра
Участники лаборатории
Василий Гурьянов
Анита Ходова
Мария Циферблат
Максим Кусков