Европейский космос и немецкий прагматизм

Исследования в сфере освоения космоса — один из приоритетов в деятельности Европейского союза. На это указывают объемы финансирования отрасли: совокупный бюджет (ЕС, государств-членов, Европейского космического агентства (ЕКА) и Европейской организации спутниковой метеорологии) является вторым в мире.

По состоянию на лето 2018 года на предприятиях космической отрасли ЕС было занято более 230 тыс. специалистов, а капиталоемкость в 2017 году составила около 62 млрд евро, выручка в 2016 г. превысила 8 млрд евро.

Усиление конкуренции на рынке космических услуг провоцирует европейских руководителей на более четкое выделение приоритетов европейской политики в космосе.

Магистральная линия в этом вопросе — автономность, под которой понимается наличие технологии создания спутников, а также возможность совершения запусков ракет-носителей в своих интересах, для удовлетворения всего спектра потребностей в такого рода услугах.

Космическая программа ЕС не ставит таких масштабных задач, как, например, создание собственной космической станции или базы на Луне, но при этом носит достаточно прагматичный характер в части широкого использования имеющихся возможностей космических систем в своих экономических интересах.

На этом фоне деятельность Немецкого аэрокосмического центра (DLR) в некотором роде может являться хорошей иллюстрацией европейского подхода к космическим исследованиям. С одной стороны, DLR глубоко интегрирован в европейскую космическую программу, с другой стороны, деятельноcть Центра не ограничивается космосом, а подчинена задачам технологического развития экономики ФРГ в целом.

Германия располагает спутниковой группировкой, обеспечивающей реализацию национальных интересов в космическом пространстве.

Активная интеграция в совместные проекты с ЕКА, НАСА, Роскосмосом, Японскими космическим агентством и другими структурами, а также работа на МКС позволяет DLR накапливать разнообразный опыт инженерно-конструкторских решений, находиться в центре научно-технических разработок, участвовать в амбициозных миссиях, направленных на изучение как ближнего, так и дальнего космоса.

Несмотря на отсутствие технической базы для создания полноценных ракет-носителей, DLR в настоящее время решает широкий круг задач, связанных с космосом. Приоритетные исследования в сфере робототехники, цифровизации, систем дистанционного зондирования Земли обеспечивает накопление и обработку данных в интересах правительства ФРГ, позволяет конвертировать имеющиеся разработки в наращивание высокотехнологичного сектора национальной экономики.

Исследования в сфере освоения космоса — один из приоритетов в деятельности Европейского союза. На это указывают объемы финансирования отрасли: совокупный бюджет (ЕС, государств-членов, Европейского космического агентства (ЕКА) и Европейской организации спутниковой метеорологии) является вторым в мире.

По состоянию на лето 2018 года на предприятиях космической отрасли ЕС было занято более 230 тыс. специалистов, а капиталоемкость в 2017 году составила около 62 млрд евро, выручка в 2016 г. превысила 8 млрд евро.

Усиление конкуренции на рынке космических услуг провоцирует европейских руководителей на более четкое выделение приоритетов европейской политики в космосе.

Магистральная линия в этом вопросе — автономность, под которой понимается наличие технологии создания спутников, а также возможность совершения запусков ракет-носителей в своих интересах, для удовлетворения всего спектра потребностей в такого рода услугах.

REUTERS/Ralph Orlowski
The German Aerospace Center (DLR)

По оценке президента ASD-Eurospace Ж.-Л. Галля, европейская промышленность на 100% обеспечила цифровое проектирование спутников, что позволяет строить и менять их модели для нахождения оптимальных конфигураций, а также тестировать на функционирование в различных условиях. Каждый третий спутник в мире строится в Европе.

В то же время, по оценке участников 10-й Конференции по космической политике, возможности европейской космической промышленности обеспечивают менее половины имеющейся потребности в осуществлении запусков ракетоносителей. Речь идет об использовании двух классов ракетоносителей: 1) тяжелого — Ariane 5 (ведется разработка Ariane 6, запуск запланирован на 2020 год); 2) легкого — Vega (осуществляется разработка Vega C, запуск запланирован на 2020 год). В среднем ежегодно проводится до семи пусков Ariane 5 и до трех пусков Vega.

Таким образом, обеспечение технологической базы для создания и эксплуатации ракетоносителей — одно из ключевых направлений в деятельности Европейского космического агентства.

В апреле 2019 года Европарламент утвердил новую космическую программу на 2021–2027 гг. Объем финансирования зафиксирован на уровне 16,9 млрд евро. Однако эта сумма может быть скорректирована в ходе принятия долгосрочного бюджета ЕС. Кроме того, не учитывается бюджет ESA (5,7 млрд евро в 2019 году), который формируется отдельно.

В этой связи любопытно, что на следующий трехлетний период (2020–2023 гг.) ЕКА запросила у 22 стран-участников бюджет в размере 12,5 млрд евро (будет рассматриваться 27–28 ноября 2019 г. на собрании министерского совета ЕКА).

В документе Европарламента подтверждается ставка на достижение «автономного доступа» Европы к исследованию космоса (в контексте технологии создания спутников и обеспечение запусков в космос). Среди конкурентов названы США, Китай и Россия.

В качестве приоритетов работы на семилетний период отмечается реализация таких программ, как:

– Система спутниковой навигации и связи Galileo. Несмотря на то, что окончательное развертывание системы запланировано к 2020 году, уже на сегодняшний день функционируют 22 спутника, что позволяет существенно сократить время для обнаружения человека, имеющего соответствующее устройство, будь то горы, пересеченная местность, пустыня или населенный пункт; возможности системы будут использоваться в ходе дальнейшего развития беспилотного транспорта, а также повышения безопасности на дорогах.

– Система наблюдения за Землей Copernicus: полученные в ходе ее использования данные применяются при строительстве объектов инфраструктуры, измерения уровня выбросов парниковых газов, планировании городов. Кроме того, система позволяет в оперативном режиме создавать карты местности, подвергшейся стихийным бедствиям, для оценки ущерба и выработки мер в рамках проведения спасательных операций, а также по другим направлениям.

– Навигационная система EGNOS: поддержка посадки самолетов в сложных метеоусловиях для снижения риска аварийных ситуаций;

– Система SSA: наблюдения за космической погодой и сбор данных о космическом мусоре;

– Система защищенной космической коммуникации для правительственных служб GOVSATCOM.

В целях координации работы по реализации указанных выше программ планируется создать отдельную структуру — Агентство ЕС по космической программе (на базе Европейского агентства по глобальной навигационной спутниковой системы).

Космическая программа ЕС не ставит таких масштабных задач, как, например, создание собственной космической станции или базы на Луне, но при этом носит достаточно прагматичный характер в части широкого использования имеющихся возможностей космических систем в своих экономических интересах.

На этом фоне деятельность Немецкого аэрокосмического центра (DLR) в некотором роде может являться хорошей иллюстрацией европейского подхода к космическим исследованиям. С одной стороны, DLR глубоко интегрирован в европейскую космическую программу, с другой стороны, деятельноcть Центра не ограничивается космосом, а подчинена задачам технологического развития экономики ФРГ в целом.

ESA–C. Carreau/ATG medialab
An artist's concept of ESA's Rosetta (top) and Philae (bottom) spacecraft

В настоящее время в Центре работает до 9 тыс. человек, под его эгидой действуют около 50 институтов и заводов, размещенных практически по всей территории ФРГ, функционируют более 300 малых инновационных предприятий, ориентированных на разработку и выпуск высокотехнологичной продукции для нужд DLR.

Помимо исследований в сфере космоса, DLR ведет обширную работу в целом ряде и других отраслей, в том числе в авиации, энергетике, связи, безопасности, цифровых технологиях, мобильности, робототехники. Большой круг проектов связан с вопросами изменения климата, изучением Арктики.

Кроме того, на Центр возложены функции по популяризации естественнонаучного и инженерного образования. Учебные материалы, подготовленные DLR, получили свыше 6 тыс. школ. Активно реализуется программа DLR School Labs (функционирует 13 лабораторий), участниками которой стали более 300 тыс. школьников. На регулярной основе проводятся студенческие стажировки, оказывается поддержка молодым ученым.

Не менее масштабная работа осуществляется и в рамках проектно-конкурсной деятельности: так, в шестой раз проводится конкурс CanSat (разработка и запуск мини-спутника, выполненные школьными командами), при участии DLR проходит День таланта (победили различных конкурсов участвуют в семинарах, решают практические инженерные задачи), организуются летние школы для студентов и многое другое.

Таким образом, DLR не является сугубо «национальным космическим агентством», а выполняет в том числе функции по развитию высокотехнологичной отрасли ФРГ в целом. Отсюда и большое внимание разработкам в сфере энергетики (в том числе «зеленой»), цифровизации, коммуникаций — то есть тем компетенциям, которые востребованы в широком сегменте и не ограничиваются исключительно рынком космических услуг.

Среди масштабных проектов, выполненных DLR в кооперации с ЕКА, необходимо упомянуть миссию Rosetta к комете 67Р/Чурюмова-Герасименко. В ходе ее выполнения 12 ноября 2014 года впервые в истории исследования космоса была осуществлена посадка спускаемого модуля на поверхность кометы.

Посадочный модуль Philae, использовавшийся в ходе миссии Rosetta, был разработан Немецким аэрокосмическим центром, обеспечившим его функционирование и непосредственную посадку на комету.

Используя опыт, полученный в ходе работы над миссией Rosetta, инженеры DLR совместно с французскими и японскими коллегами приняли участие в проекте по изучению астероида Ryugu. Японский космический аппарат Hayabusa-2 обеспечил доставку на поверхность астероида посадочного модуля MASKOT, который был разработан DLR. На борту модуля были установлены спектрометр, магнитометр, радиометр и камера. Немецкий модуль проработал на астероиде более 17 часов, передав уникальные данные на орбиту.

Вслед за удачной реализацией работ в области посадки зондов на поверхность астероида Ryugu, космические агентства Германии, Франции и Японии объявили о том, что они работают над совместной миссией MMX (Martian Moons eXploration). В ее ходе планируется:

– исследовать спутники Марса — Фобос и Деймос (в том числе доставка образцов грунта на Землю);

– использовать при исследованиях и сборе образцов ровер, разработанный благодаря кооперации между немецкими и французскими инженерами. При этом, в отличии от MASCOT, новый ровер будет оснащен солнечными батареями, что даст ему дополнительный источник энергии для проведения исследований.

NASA/JPL-Caltech
NASA's InSight Mars lander acquired this image of the area in front of the lander using its lander-mounted, Instrument Context Camera (ICC)

В рамках кооперации с НАСА, немецкие инженеры и конструкторы участвовали в разработке многих научных инструментов, используемых в ходе исследования Марса. Так, DLR разработал камеру с высокой разрешающей способностью, установленную на космическом аппарате Mars Exspress, которая обеспечивает поставку изображений поверхности планеты в высоком разрешении. Завершённая на данный момент миссия Venus Express была схожей: с 2006 года проводились исследования атмосферы Венеры. Спектрометр VIRTIS, установленный на борту Venus Express, был разработан DLR.

В 2016 году был осуществлен первый этап программы ExoMars (совместная миссия ЕКА и Роскосмоса): к Красной планете с космодрома Байконур отправилась космическая станция, состоящая из орбитального (Trace Gas Orbiter) и спускаемого (посадочный модуль «Скиапарелли») аппаратов. Спустя семь месяцев полета, космический аппарат успешно достиг орбиты Марса, после чего произошло отделение от него модуля «Скиапарелли». В ходе посадки «Скиапарелли» разбился (из-за нештатной остановки двигателей). При этом орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter продолжает успешно функционировать и выполнять программу исследований.

В мае 2018 года стартовала миссия НАСА InSight, в ходе которой посадочный аппарат должен выполнить геофизические измерения непосредственно на поверхности Марса для изучения внутренней структуры планеты и теплового баланса. Немецкий аэрокосмический центр внес свой вклад в эту миссию в виде инструмента HP3 (аппаратура для измерения теплового потока и физических свойств). 26 ноября 2018 года InSight приземлился на равнине Элизиум на Марсе.

Свою работу InSight начал в феврале 2019 года, когда немецкие и американские ученые завершили установку сейсмографа SEIS и начали разворачивать установку HP3. Практически сразу у прибора возникли проблемы: он должен был погрузиться на 70 сантиметров вглубь Марса, однако этого не произошло. Пройдя около 35 см, «крот» застопорился. Практически полгода ученые НАСА и DLR потратили на выяснение проблемы и способы ее устранения. Предполагается, что сложности у бура возникли из-за плотного слоя спекшегося песка, который не ломается под его ударами.

В результате кропотливой работы ученым удалось найти приемлемое решение, и 8 октября InSight возобновил буровые работы: «крот» снова начал погружаться в почву, опустившись на два сантиметра.

Как бы то ни было, но в настоящее время миссия InSight обеспечивает измерение погоды на Марсе практически в режиме реального времени (информация о погоде на Марсе размещена в открытом доступе), был записан звук марсианского ветра, зафиксированы более 20 сейсмических событий, проводятся и другие исследования.

В определенном смысле проект InSight является одним из наиболее успешных проектов исследования Марса с участием ЕКА.

Помимо исследований в пределах Солнечной системы DLR также участвует в изучении экзопланет. Среди успешных проектов, выполненных при участии немецких специалистов, — миссия COROT (космический телескоп для поиска экзопланет и изучения внутреннего строения звезд), космический телескоп CHEOPS (планируется вывести на орбиту в октябре – ноябре 2019 года).

CHEOPS относится к классу сравнительно недорогих и небольших космических телескопов. Аппарат разрабатывался консорциумом ученых, ведущую роль в котором сыграли специалисты из университета Берна. Стоимость телескопа не превышает 50 млн евро, диаметр зеркала — 32 см. Основной задачей телескопа будет обнаружение экзопланет в диапазоне масс Венеры и Нептуна в окрестностях Солнечной системы.

Алексей Чихачев:
«Звездные войны» по-французски?

Среди перспективных проектов — вторая часть миссии ExoMars-2020, в рамках которой предполагается доставить на Красную планету новый марсоход, а также посадочный модуль. Основная цель миссии — поиск доказательств внеземной жизни. Марсоход будет оснащен буром, способным углубляться до двух метров от поверхности, а имеющаяся на борту химическая лаборатория проведет анализ образцов и попытается определить наличие органических соединений.

Проект JUICE (или Jupiter Icy moons Explorer) — автоматическая межпланетная станция Европейского космического агентства, запуск которой намечен на 2022 год, а прибытие к системе Юпитера — на 2030 год. Космический аппарат в течение трех лет будет заниматься изучением газового гиганта и его трех крупнейших спутников — Ганимеда, Каллисто и Европы.

Миссия PLATO — космический телескоп, который с помощью 24 фотометров будет обнаруживать экзопланеты всех типов и размеров в системах жёлтых и оранжевых карликов, подобных нашему Солнцу. PLATO будет заниматься поиском экзопланет, исключительно находящихся в так называемой «зоне Златовласки», или, если более формально, обитаемой зоне звездных систем.

Таким образом, DLR глубоко интегрирован в европейскую космическую программу. Практически ни одна миссия ЕКА не проходит без привлечения специалистов DLR.

Исследования в рамках работы на Международной космической станции (МКС) — еще один приоритет в деятельности Немецкого аэрокосмического центра. Так, по некоторым данным, доля немецких научно-исследовательских институтов в европейских экспериментах, проводимых на борту МКС, составляет более 40%. С 2001 года в научных журналах опубликовано более 1 400 статей в рамках программы DLR «Исследования в условиях космоса».

Следует отметить, что сборка европейского автоматического грузового корабля (АГК), осуществлявшего доставку грузов на МКС (последний рейс был совершен в 2014 году), была осуществлена в Бремене.

Из последних примеров научно-прикладной деятельности DLR на борту МКС — испытания роботизированного помощника астронавтов Crew Interactive Mobile Companion (CIMON).

В DLR отметили, что конечной целью создания устройства является автоматизация деятельности астронавтов. В частности, используемая в его составе система распознавания голоса позволяет обеспечить астронавтам ведение документации своей деятельности без использования рук.

Немецкий аэрокосмический центр проводит исследования и в интересах Министерства обороны ФРГ. В утвержденной в ноябре 2010 г. национальной стратегии освоения космоса под названием «За ориентированные в будущее германские космические программы» утверждается, что космические системы могут быть эффективно использованы на этапе вскрытия угроз кризисных ситуаций. Военные операции на современном этапе во многом зависят от использования космического потенциала, а спутниковые системы связи, навигации, съемки земной поверхности являются необходимым элементом комплексной системы обеспечения национальной безопасности.

Для потребностей национальной разведывательной космической системы в 2006–2008 гг. была развернута спутниковая группировка «САР-Лупе». Ее основу составили пять всепогодных космических аппаратов, выведенных на полярную околоземную орбиту (около 500 км) и осуществляющих мониторинг земной поверхности в высоком разрешении.

Среди пользователей системы — оперативный штаб бундесвера, штабы родов/видов войск, центр задач верификации бундесвера, ведомство геоинформации бундесвера. Эксплуатация системы осуществляется управлением стратегической разведки.

В 2007 году на орбиту выведен спутник TerraSAR-X, предназначенный для дистанционного зондирования Земли. Финансовые вложения на разработку и запуск космического аппарата составили около 130 млн евро (DLR — 100 млн., Astrium — 30 млн), а на наземную инфраструктуру было выделено дополнительные 55 млн евро.

Этот проект был реализован за счет средств Федерального министерства экономики и энергетики с использованием механизмов государственно-частного партнерства между DLR и Airbus Defense and Space (ранее — Astrium).

В 2010 году был запущен спутник TanDEM-X, работающий в паре с TerraSAR-X. Оба космических аппарата предназначены для разведки природных ресурсов и мониторинга земной поверхности посредством трехмерного картографирования. При этом ширина полосы обзора составляет до 600 км.

С 2015 года DLR проводит работы по созданию космической системы радиолокационной съемки земной поверхности Tandem-L, в задачи которой входят наблюдение за гео-, био-, гидро- и криосферой Земли, изменениями климатами, а также сбор данных для формирования глобальной трехмерной цифровой модели рельефа местности.

Такие модели всего земного шара планируется составить через один год после запуска новых космических аппаратов и обновлять их ежегодно, а по отдельным объектам — каждые 8 суток.

Систему Tandem-L планируется развернуть к 2022 году.

Таким образом, в настоящее время Германия располагает спутниковой группировкой, обеспечивающей реализацию национальных интересов в космическом пространстве.

Активная интеграция в совместные проекты с ЕКА, НАСА, Роскосмосом, Японскими космическим агентством и другими структурами, а также работа на МКС позволяет DLR накапливать разнообразный опыт инженерно-конструкторских решений, находиться в центре научно-технических разработок, участвовать в амбициозных миссиях, направленных на изучение как ближнего, так и дальнего космоса.

Несмотря на отсутствие технической базы для создания полноценных ракет-носителей, DLR в настоящее время решает широкий круг задач, связанных с космосом. Приоритетные исследования в сфере робототехники, цифровизации, систем дистанционного зондирования Земли обеспечивает накопление и обработку данных в интересах правительства ФРГ, позволяет конвертировать имеющиеся разработки в наращивание высокотехнологичного сектора национальной экономики.