В жилом модуле базы, учитывая стоимость доставки грузов, следует ориентироваться на систему обеспечения жизнедеятельности экипажа, использующую для своего функционирования расходуемые материалы в виде заменяемых в процессе работы элементов оборудования. Обезвоженную пищу, белье, одежду придется доставлять грузовыми кораблями. Масса доставляемых пищи, белья и прочего может составить порядка 2–3 тонн в год при общем грузопотоке на базу порядка 15–20 тонн в год (напомним, что грузопоток на станцию «Мир» составляет 10–15 тонн в год). Основную часть грузопотока будет составлять оборудование для регламентных работ, приборы и агрегаты, требующие замены на обслуживаемых базой аппаратах, новое научное оборудование, топливо и тому подобное.
В варианте «облака» заправочная станция должна представлять собой самостоятельный автоматический космический аппарат. Поэтому она должна иметь в своем составе весь набор служебных систем, обеспечивающий ее существование: системы управления и ориентации (в том числе и радиолокатор для измерения дальности и радиальной скорости относительно основного блока базы, силовые гироскопы в качестве управляющих органов), связи, терморегулирования, электропитания, систем обеспечения жизнедеятельности, включаемых во время посещения их космонавтами.
Заправочная станции должна предусматривать как свою заправку от грузового корабля-заправщика, так и заправку от нее корабля обслуживания и, возможно, других аппаратов, которые будут к ней подходить на заправку. Ее пневмогидросхема заправки должна быть секционированной и включать в себя: емкости для компонентов, баллоны наддува, компрессорные установки и пневмогидроавтоматику.
Аппарат для перелетов между объектами обслуживания базы может представлять собой орбитальный корабль, способный работать как в пилотируемом режиме, так и в беспилотном. В беспилотном режиме корабль может использоваться для простейших операций обслуживания, таких, например, как операция заправки. Для более сложных операций, связанных с заменой или ремонтом приборов и оборудования обслуживаемого аппарата, в полет на этом корабле отправляется экипаж. В составе корабля обслуживания не нужно иметь спускаемый аппарат. Зато все остальное должно быть: аппаратура управления и связи, энергопитания с использованием солнечных батарей, системы терморегулирования и жизнеобеспечения, двигательная установка с маршевым и управляющими двигателями, стыковочный узел.
Кроме того, в нем должны быть установлены средства заправки обслуживаемых аппаратов: емкости для компонентов заправки, баллоны наддува, компрессорная установка (для перекачки газа наддува из баков заправляемой двигательной установки в ее баллоны) и пневмогидроавтоматика.
Естественно, что аппараты, которые станут клиентами базы на ГСО, должны будут унифицировать используемые компоненты, пневмогидросхемы своих двигательных установок (хотя бы в части заправки и обеспечения безопасности), стыковочные устройства.
Если принять ту же стоимость доставки топлива на низкую орбитальную станцию — 5000 долларов за килограмм, то переход к многоразовому кораблю МПК ГСО может сократить расходы на смену экипажа базы примерно вдвое. Но нужно еще принять во внимание расходы на полет пилотируемого транспортного корабля «Земля — орбита — Земля» и ту долю расходов на низкоорбитальную станцию обслуживания, которая будет отнесена на счет межорбитального пилотируемого корабля, так что выигрыш может оказаться не столь существенным.
Но будущее все же, наверное, за многоразовыми системами. И на них и нужно ориентироваться. А решительного сокращения транспортных расходов можно добиться только при последовательном применении принципа многоразовости, только при создании действительно экономичной многоразовой транспортной системы, обеспечивающей доставку грузов на низкую околоземную орбиту по цене примерно 100 долларов за килограмм.
Повторю, что на базу ГСО потребуется доставлять около 15–20 тонн грузов в год. Доставка этого количества грузов с помощью одноразовых грузовых кораблей обойдется примерно в 500 миллионов долларов (при такой же, как и в случае использования одноразового пилотируемого корабля, схеме оценки, то есть при работе в плоскости экватора). Поэтому и здесь возникает задача оценки целесообразности создания многоразового грузового транспортного корабля.
Такой корабль можно представить в виде многоразового буксира с электрореактивными двигателями, получающими электроэнергию для своей работы от солнечных батарей. У такого буксира, правда, будет один крупный недостаток: неоперативная доставка грузов, так как его полет с низкой орбиты на ГСО займет несколько месяцев.
По этой же причине, а также потому, что он при этом будет долго двигаться в радиационных поясах, корабль с электрореактивными двигателями едва ли будет использоваться для доставки экипажей на базу ГСО (экипажу пришлось бы по два месяца в процессе выведения сидеть в малом пространстве радиационного убежища).
В настоящее время общая мощность электростанций на Земле составляет около 2–3 миллиардов киловатт, и этого не хватает. Один Китай, например, вынужден строить и ежегодно вводить в число действующих электростанции мощностью около 20 миллионов киловатт. Потребности в электроэнергии будут расти и в дальнейшем по ряду объективных причин.
Во-первых, мощности энергетики в основном сосредоточены в странах Запада (Европа и Северная Америка) и в нашей стране. В слаборазвитых странах, в которых живет более трех четвертей населения Земли, переход к современному уровню потребления электроэнергии еще впереди: если в нашей стране и странах Запада мощность электростанций составляет примерно 0,5–1 киловатт на человека, то в остальных, как правило, много меньше — 0,1 киловатта на человека.
Во-вторых, рано или поздно будет решена задача создания экологически чистого электромобиля, использование которого потребует увеличения мощности электроэнергетики на миллиарды киловатт: сейчас в мире примерно 100 миллионов автомобилей со средней мощностью около 50 киловатт (то есть их общая мощность в сумме приблизительно 5 миллиардов киловатт). Так что от необходимости решения проблемы электроэнергетики не уйти: в XXI веке ее придется решать. И тут естественно возникает вопрос: а есть ли у нас такие возможности?
Можно строить тепловые электростанции с величиной затрат около 500–1500 долларов на каждый киловатт мощности вновь введенной электростанции. Но ограниченность запасов топлива и экологические соображения практически исключают этот вариант решения энергетической проблемы.
Строительство атомных электростанций с затратами порядка 1500–3000 долларов на киловатт не может быть решением энергетической проблемы из-за неизбежности аварий с тяжелейшими последствиями и для живущих сейчас людей, и для их потомков: аварии ядерных электростанций имеют длительные и плохо предсказуемые последствия. В то же время аварии — вещь вероятностная, и надеяться на то, что их можно в принципе избежать, было бы нелепым самообольщением.
Будут, конечно, строиться гидроэлектростанции стоимостью порядка 2000–4000 долларов на киловатт, но они не могут целиком решить эту проблему из-за локального, местного характера решения.
Наверное, будут строиться геотермальные, приливные и ветровые электростанции, но и они не могут стать глобальным решением энергетической проблемы из-за их локального характера.
Наземные солнечные электростанции могли бы рассматриваться как вполне возможное решение энергетической проблемы. Сегодня, на мой взгляд, представляется возможным достигнуть стоимости наземных солнечных электростанций порядка 500–1000 долларов на киловатт. Если мы сможем организовать массовое производство солнечных фотопреобразователей, то снизим их стоимость до 300–500 долларов на киловатт, а остальные 500–700 долларов пошли бы на конструкцию и изготовление электростанций. С точки зрения размещения их на поверхности, вроде бы проблем не должно возникнуть: нужно будет найти площади в сумме порядка 50 тысяч квадратных километров. Эта площадь равна площади квадрата со стороной около 200 километров. Тут нет проблем. Свободных площадей, особенно в засушливых солнечных районах, больше чем достаточно. Но, конечно, придется преодолевать ряд трудностей. Самые очевидные — обеспечение защиты от грязи, пыли, дождей и от эрозии внешней поверхности от песка и пыли, бьющих по поверхности, когда дует ветер. Но это инженерная проблема, и она представляется решаемой (вспомним хотя бы «дворники» на автомобилях). Более сложной является проблема дня и ночи: когда солнце склоняется к закату, мощность наземных солнечных электростанций будет падать до нуля. Но именно вечером и ночью нужно увеличивать выработку электроэнергии (освещение, подзарядка аккумуляторов, обеспечение ночных смен на заводах и тому подобное). Пока хотя бы часть континента освещена солнцем, энергию можно передавать с освещенной части на ночную сторону по высоковольтным линиям электропередачи. Но когда весь континент окажется в тени, то наземные линии электропередачи уже не помогут. То есть возникнет задача передачи электроэнергии через океаны, которая может оказаться серьезной технической проблемой. Даже если это не удастся преодолеть, наземные солнечные электростанции могут оказаться серьезным вкладом в решение энергетической проблемы. Следовательно, создание дешевых и надежных наземных солнечных электростанций (больших и малых) будет одной из важнейших технических задач в следующем веке.