«Еще одно Солнце»: как и зачем можно освещать Землю со спутников

Читать в полной версии

Сколько стоит недоосвещенность российских территорий

— Как вы оцениваете проблему недостаточной освещенности территорий Земли, заселенных людьми? Насколько она актуальна?

—Проблема недоосвещенности, прежде всего, касается полярных и высокоширотных районов Земли. Следовательно, особенно остро она ощущается в России, которая является самой обитаемой страной в приполярье.

На широтах выше 68 градусов в зимний период полярная ночь составляет более 23 суток, а на Северном или Южном полюсе — уже 176 суток. Например, в Мурманске полярная ночь продолжается 40 дней; в Норильске — 45 суток; в Воркуте — 11 суток. Это промышленные города, которые имеют стратегическое значение для России.

В приполярье, хотя и заметно южнее, есть крупные города и в других странах. Это город Анкоридж на Аляске в США и город Йеллоунайф в Канаде, который считается самым холодным на континенте.

Отсутствие Солнца и света — физиологически, психологически и технически — является одной из главных причин, сдерживающих освоение приполярного Севера и Антарктиды. Жизнь людей на этих территориях часто сводится к выживанию в зимний период. Отсутствие естественного освещения осложняет навигацию кораблей, ледоколов, авиации. Логистика в зимний период на этих территориях также становится крайне сложной, что ставит под угрозу безопасность населения, работников вахтовых производств, экипажей кораблей.

— Кажется, что проблема недоосвещенности актуальна и для не совсем полярных городов, где короткий солнечный день сильно бьет по бюджету.

— Да, этот аспект тоже важен. Даже укорачивание светового дня до нескольких часов приводит к тому, что на освещение крупных городов в зимний период тратятся огромные объемы электроэнергии. Например, на освещение улиц Москвы в сутки с самой короткой ночью тратится 450 тыс. киловатт-часов. А в сутки с самой длинной ночью в три раза больше — 1,5 млн киловатт-часов. Если перевести это в рубли по тарифу ₽7/кВт, то получим внушительные суммы: на уличное освещение Москвы ежегодно уходит порядка ₽2,5 млрд.

— Почему вы считаете, что освещение Земли из космоса — наиболее оптимальное решение этой проблемы?

— Для получения освещения в данном случае не требуется производить электричество на Земле. Не нужно жечь топливо (уголь, нефть, газ), эксплуатировать атомные электростанции, перегораживать реки плотинами, устанавливать ветрогенераторы, уничтожая флору и фауну. Для этого потребуется перенаправить солнечный свет. То есть речь идет о глобальной системе освещения и не с помощью генерации энергии, а с помощью ее ретрансляции на Землю в нужные районы.

Первые эксперименты по освещению Земли из космоса

— Расскажите об истории проекта освещения Земли из космоса. Как он возник?

— Проект освещения Земли из космоса был предложен в середине прошлого века известным немецким инженером и ученым Крафтом Эрике в научном труде «Будущее космической индустрии».

А вот инженерная идея возникла из другого проекта. В 1992 году в честь 500-летия открытия Америки Колумбом в США был объявлен международный конкурс, который принимал заявки по созданию и испытанию космического паруса для полетов на Луну и Марс. Наиболее перспективный проект Солнечного парусного корабля (СПК), получивший самые высокие оценки жюри, заявила Россия, точнее частная коммерческая космическая организация ОАО «Консорциум «Космическая регата», которая существует до сих пор и занимается интересными проектами в космосе и на Земле.

Парус, предложенный «Космической регатой», не имел каркаса, состоял из двух дисков и держал форму за счет вращения полотна, созданного из полиамидной пленки, покрытой тонким слоем алюминия. Такое решение значительно облегчило конструкцию, придало ей стабильность и к тому же не требовало расхода рабочего тела на борту (рабочее тело в ракетостроении — это химическое ракетное топливо, которое заставляет работать двигатель. — «РБК Тренды»). Таким образом, по проекту станция получилась абсолютно автономной.

Тем не менее, несмотря на высокие оценки, проект не получил финансирование, так как американский конкурс отменили. Однако идея была замечена в России. Появилось понимание, что инженерам удалось создать «космическое зеркало». Проект солнечного парусника был пересмотрен и адаптирован в направлении создания космического рефлектора (космический рефлектор — изогнутый отражатель, который устанавливают на орбитальных устройствах для радиосвязи с Землей. — «РБК Тренды»), отражающего свет на Землю. Проект получил название «Знамя-2», финансово его поддержала компания «Ямбурггаздобыча».

— Что показал эксперимент «Знамя-2»?

— Первый опыт развертывания космического паруса был проведен на борту российского корабля «Прогресс М15» 4 февраля 1993 года. Отражатель диаметром в 20 метров успешно развернули на орбите и провели первый сеанс подсветки Земли.

Планировалось осветить участок в Беларуси диаметром около 7 км. Верифицировать факт подсветки с борта станции космонавтам не удалось, помешали плотная облачность и низкое качество натяжения пленки на полотне. Однако над территорией Канады, где погода позволила, появление «третьего светила» было засвидетельствовано. А еще эксперимент показал, что сам парус оказался устойчивой и управляемой конструкцией. Он полностью подтвердил заложенные в него идеи.

— Какие конструкторские решения были приняты после эксперимента?

— В 1994 году «Космическая регата» разработала эскизный проект системы космического освещения (далее — СКО) по заказу «Ямбурггаздобычи». Была предложена система, которая могла бы обеспечивать подсветку не только месторождений газовиков, но и любые районы и акватории Земли. Эксперимент получил название «Знамя 2,5», но провалился.

После запуска отражателя в космосе его полотно зацепилось за антенну системы «Курс» («Курс» — автоматическая система сближения и причаливания, которая позволяет космическим аппаратам находить друг друга и помогает их мягкой стыковке. — РБК Тренды), из-за ошибки в автоматической программе управления транспортным кораблем.

И хотя начались работы по следующему направлению эксперимента, «Знамени-3», проект заглох. Частного инвестора, которому были бы по силам все расходы, не нашли. А финансирование проекта со стороны Роскосмоса не было открыто: тогда просто не было бюджетных денег.

Более того, уже после эксперимента «Знамя-2» некоторые ученые стали говорить о вреде подсветки Земли из космоса. Некоторые астрономы отмечали, что проект будет мешать наблюдениям и не позволит делать открытия. Биологи опасались, что подсветка будет негативно влиять на биологические циклы флоры и фауны в морях и на суше.

— Что вы думаете по поводу этой критики?

— На мой взгляд, все эти претензии не имеют оснований. Во-первых, подсветке подлежат не все объекты, а только те районы (диаметром 10-20 км), которые испытывают в этом острую необходимость, прежде всего крупные города и промышленные предприятия, где, как правило, нет важных объектов биосферы.

Во-вторых, координаты всех спутников системы (как и любой другой) профессиональные астрономы могут узнавать через специальные обновляемые сетевые библиотеки, поэтому даже случайные отблески от спутников будут уверенно ими удаляться. К тому же после выведения многотысячных спутниковых группировок типа StarLink, разговоры о группировке в 200-300 спутников, мягко говоря, неуместны, в том числе и юридически.

В-третьих, уровень подсветки вряд ли должен превышать уровень освещенности крупного города искусственным освещением.

Как обрести «еще одно Солнце» над головой

— Расскажите о проекте системы космического освещения, что с ним сейчас и как он связан с экспериментами проекта «Знамя»?

— Эксперименты серии «Знамя-3» — это часть большого проекта СКО, в котором сейчас существуют еще и другие проекты. Конкретно в рамках «Знамени-3» идет апробация отдельных технических решений в части конструкции пленочного полотна, системы управления парусом, технологии подсветки заданных районов, оценки качества этой подсветки.

Космические эксперименты «Знамя-3» работают и на проект СКО, и на проект создания cолнечного парусного корабля (СПК). Это связанные проекты, поскольку одна и та же конструкция (солнечный парус) по-разному в них используется. Так, по задумке эксперимент «Знамя-3» вообще заканчивался летными испытаниями Солнечного парусного корабля, осуществляющим сеансы подсветки земной поверхности.

— В какой роли вы сейчас в нем участвуете и кто его финансирует?

— Автором проекта является частная российская компания «Консорциум «Космическая регата», она же его и финансирует. Я же пытаюсь им помочь просто потому, что мне очень нравится этот проект как космонавту и экологу. Очень интересны перспективы развития инициатив, подобных этой: недавно Совфед одобрил закон о поддержке частной космической деятельности в России, который будет финансировать и помогать в развитии бизнесу. В таком случае к проекту могут присоединиться и другие направления, например, разработка средств доставки (ракет-носителей).

— Есть ли какой-то интерес к проекту со стороны Роскосмоса?

— За минувшие 25 лет со стороны Роскосмоса ни на эксперименты серии «Знамя-3», ни на СКО, ни на проект СПК не было выделено ни одного рубля. Но работа все равно идет.

— Есть ли уже сформированная команда? Чем она занимается?

— Проект «Знамя-3» прошел уже не одну стадию пересмотра: и в части программы эксперимента, и в части конструкции пленочного паруса, и в плане системы управления.

Ключевым лицом является генеральный директор rонсорциума Олег Алексеевич Сапрыкин. Есть команда, которая реализовала несколько важных и интересных проектов, в рамках создания cистемы космического освещения. В частности, команда разработала зеркало для космического детектора ТУС (трековая установка) диаметром 1,6 метра, которое было запущено в апреле 2016 года в составе научной аппаратуры космического аппарата «Ломоносов» с космодрома Восточный. Зеркало предназначено для исследования космических лучей ультравысокой энергии.

Команда проекта участвует еще в одном космическом проекте — разрабатывает зеркало для космического телескопа КЛПВЭ-1.

— По вашим оценкам, сколько потребуется времени, чтобы реализовать идею освещения Земли из космоса?

— Думаю, что на разработку типового спутника СКО уйдет не более пяти лет. Это будет этап опытно-конструкторской работы. Он включает создание эскизного проекта, разработку документации и технологической оснастки, изготовление образцов, проведение наземных испытаний и организацию наземного центра управления системой.

Уже после этого нужно будет организовать производство и развертывание всей системы. Для этого потребуется еще около пяти лет. Таким образом, в течение 10 лет проект может быть полностью реализован, хотя сроки могут быть уменьшены, разумеется, при условии должного финансирования.

— О каком объеме финансирования идет речь?

— Общая стоимость проекта оценивается в ₽330 млрд. В первые пять лет — на этапе опытно-конструкторской работы — потребуется финансирование порядка ₽30 млрд. И далее в течение 5 лет нужно будет профинансировать запуск 60 спутников. Стоимость каждого предварительно составит ₽1 млрд, хотя за счет такой тиражности стоимость может быть уменьшена.

— Сколько будет стоит эксплуатации такой группировки спутников?

— В целом не будет превышать ₽1 млрд в год. Позднее группировка может быть увеличена до 300 аппаратов — по 60 в пяти плоскостях. На это потребуется еще ₽240 млрд. Группировка позволит освещать любую точку земного шара сколь угодно долго.

— Какого уровня освещенности можно добиться в предлагаемом проекте?

— Освещенность по замыслу должна составить примерно 20 люксов. При таком свете можно читать книгу.

Риски освещения Земли из космоса

— Какие вы видите риски у этого проекта — технические, финансовые? Может быть, экологические?

— Технические риски проекта связаны с вопросами качественного натяжения пленочного полотна. Именно с решением этих вопросов были связаны цели экспериментов «Знамя-2.5» и «Знамя-3». Пленка — низкокачественный оптический отражатель, поскольку не работает на сжатие. Обеспечить правильно ее натяжение — непростая, но решаемая задача.

Также будет важно провести корректный анализ проблемы облачности в приполярных регионах, высоты орбит, собрать необходимое количество спутников на небосклоне, провести баллистическое построение системы, оценить потери излучения в атмосфере. Над всеми этими вопросам уже работали ученые-практики космической отрасли, то есть у нас есть фактура, на которую можно опереться.

Например, при разработке СКО инженеры учли, что в приполярных районах вероятность облачности может составлять 90%. Для того, чтобы пробить такую облачность, они выбрали определенные размеры зеркал. Чем больше площадь зеркала и чем выше его качество отражения, тем больший уровень освещенности генерирует система. Освещенность можно также усилить за счет увеличения количества спутников на орбите и одновременной работой спутников на один район освещения.

Финансовые риски СКО существуют, как и у других космических проектов. Но для их оценки и снижения как раз и требуются предварительные эксперименты наподобие «Знамени-3».

— Какой срок службы у системы освещения Земли из космоса? Сколько лет такая установка может проработать и как ее ремонтировать?

— Система должна работать не менее 10 лет. Ремонтироваться она не будет. Она будет обновляться новыми аппаратами, а спутники, вышедшие из строя, будут естественным путем утилизироваться: из-за наличия солнечного паруса солнечное излучение будет уводить их от Земли в открытый космос.

— Не будут ли затраты на СКО выше, чем затраты на искусственное уличное освещение?

— С учетом того, что потребность в освещенности городов, промышленных предприятий, морского судоходства, автомобильных дорог будет со временем только увеличиваться, СКО будет дешевле.

— Есть ли у вас понимание, как вы можете заинтересовать государственных и частных игроков для обеспечения финансирования?

— Все, что можно было сделать по проекту без денег, уже сделано. В принципе, такого рода масштабные проекты обычно финансируются государством, поэтому сейчас очень важно его внимание. Тем не менее, по нашим оценкам, 50% финансовых затрат могли бы взять на себя предприятия газовой и нефтяной добычи, предприятия, добывающие металлы за полярным кругом, а также коммерческие организации северных портов, так как запуск СКО может принести им выгоду.

Предполагается, что все негосударственные инвесторы будут иметь долгосрочные налоговые льготы за прямое софинансирование наукоемкого космического проекта. Скажем, от НДС космические проекты уже освобождены. Кроме того, после начала функционирования СКО тарифы на уличное освещение будут снижены на порядок либо вообще исключены из бюджетов освещаемых территорий.

Мне кажется, обретение «третьего» солнца над головой — помимо Солнца и Луны — в полярные ночи того стоит.

Как освещение Земли из космоса поможет в исследовании космоса

— Кто-то еще занимается подобными проектами по освещению Земли из космоса?

— Буквально недавно появилась новость, что Reflect Orbital к 2025 году планирует запустить спутники, которые будут отражать солнечный свет и подавать его на Землю. Конечно, мне грустно, что эти новости приходят не из России. Чисто технически и инженерно наш проект гораздо глубже продуман и проработан. Заявленная продолжительность освещения спутников Reflect Orbital — не более 30 минут в день два раза в сутки для одного района. В СКО можно будет освещать любой район столько, сколько нужно. Но есть и надежда для нас: на недавнем экологическом форуме «Экосистема», который прошел на Камчатке, в рамках одной из панельных сессий было предложено создание спутника совместно с университетами стран-участников БРИКС. Начало сотрудничества со студентами и профессорами университетов этих стран дает большую надежду на качественный толчок в развитии космонавтики и проектов по освещению земли из космоса в частности.

— Если уйти в сторону от прямого назначения таких станций для освещения, видите ли вы в них дополнительные преимущества?

— Как я уже говорил, сам по себе проект солнечного парусного корабля — это уникальный аппарат, который может перемещаться в космосе без расхода рабочего тела на борту космического аппарата, а значит может разгоняться в Солнечной системе не только до межпланетных, но и до межзвездных скоростей. Гипотетически — конечно, речь идет об очень далекой перспективе — такой корабль может изучать внешние планеты Солнечной системы, транснептуновые объекты в поясе Койпера, в облаке Оорта, в более глубоком космосе.

Создание солнечных рефлекторов неизбежно приведет к созданию орбитальных накопителей энергии. Накопителем энергии могут быть различные энергоемкие вещества, например, вода, или химические аккумуляторы. Таким образом, у нас появится шанс производить энергию в космосе, освободив поверхность Земли от грязных энергопроизводств.

Одновременно появится возможность решить задачу транспортировки энергетики в различные, даже самые труднодоступные районы — из космоса это можно обеспечивать лазерными установками. Орбитальную энергетику можно использовать и для космических проектов будущего. Например, космическими лучами можно двигать исследовательские аппараты, передавать им энергию.

Наконец, существуют проекты создания супертелескопов с гигантскими апертурами (апертура — это отверстие в объективе телескопа, пропускающее свет. — «РБК Тренды»). Для этих супертелескопов используется гравитационная линза Солнца в качестве оптической линзы для изучения космоса. Для этого понадобится размещать космические аппараты на расстоянии порядка 500 а.е. (астрономическая единица — единица измерения расстояний, примерно равная среднему расстоянию от Земли до Солнца. — «РБК Тренды») и менять их положение относительно Солнца. Такими аппаратами могут стать солнечные парусные корабли. Их соотношение массы и площади позволяет летать фактически в любой точке космического пространства. С такими апертурами можно увидеть, например, не только обнаруженные недавно экзопланеты, но и изучать их облачный покров, детали поверхности.