България вече има значително наследство в космическите изследвания, споделя в интервю за MediaBricks Крис Уелч, британски космически инженер, учен и дългогодишен преподавател, с над 30 години опит в космическите изследвания и образование. Той е един от лекторите на есенното издание на Ratio Forum, което ще се проведе на 7 ноември в Sofia Tech Park. В разговора с Уелч може да научите според него коя нова технология за задвижване има най-голям потенциал да промени междупланетните пътувания, кой научнофантастичен сценарий би могъл да се превърне в реалност, какви възможности вижда пред талантливите млади изследователи и инженери от по-малки европейски държави като България да допринасят за големи космически проекти, както и отговорите на други любопитни въпроси.
Крис Уелч е бивш професор по астронавтика и космическо инженерство в International Space University и бивш президент на Британското междупланетно дружество. Работил е по мисиите „Giotto“ и „Ulysses“, а сред основните му професионални интереси са новите технологии за космическо задвижване и изследването на планетите. Член е на Международната академия по астронавтика и е носител на наградата Sir Arthur Clarke за принос към космическото образование. Лекцията на Уелч по време на Ratio Forum е посветена на технологиите, които определят бъдещето на космическите пътувания – от традиционните химически ракети до йонните двигатели.
Форумът ще постави началото на цяла година, посветена на Космоса, с поредица от събития, които ще се реализират с подкрепата на Европейската космическа агенция (ESA) и български партньори, насочени към популяризирането на космическите науки и технологии. MediaBricks е медиен партньор на форума.
Програмата ще срещне публиката с хората, идеите и технологиите, които оформят бъдещето ни отвъд Земята. Вратите отварят в 10 часа, като програмата започва от 11 часа. Входът е свободен със задължителна предварителна регистрация, която може да бъде направена тук.
Г-н Уелч, според Вас коя нова технология за задвижване има най-голям потенциал да промени междупланетните пътувания през следващите две десетилетия и какво в момента възпрепятства по-широкото ѝ приложение?
Сред различните технологии за задвижване, които се разглеждат в момента, вероятно бих избрал ядрено-електрическото задвижване (nuclear-electric propulsion, NEP), макар че това до голяма степен зависи от целите, които искаме да постигнем.
Слънчево-електрическо задвижване (solar-electric propulsion, SEP) вече е утвърдена технология, която продължава да се развива. Ядрено-термичното задвижване (nuclear-thermal propulsion, NTP) е друга интересна възможност, особено за съкращаване на времето за пътуване при пилотирани мисии до Марс, на което ще се спра в следващия въпрос. В по-далечно бъдеще задвижването, основано на ядрен синтез (fusion propulsion), би могло да осигури изключително високи експлоатационни характеристики, но все още трябва да бъдат преодолени огромни научни и инженерни предизвикателства, преди то да стане практически приложимо.
Електрическото задвижване на космически апарати е област, към която проявявам интерес от много време. Докторското ми изследване през 80-те години на XX век беше посветено на приложението на слънчево-електрическо задвижване (SEP) за обслужване на космически апарати в полярни орбити. Самото електрическо задвижване (electric propulsion, EP) е демонстрирано за първи път в Космоса през 1964 г., така че основната технология съвсем не е нова.
Основното предимство на електрическото задвижване (EP) е, че използва пропелант (propellant) много по-ефективно от конвенционалните ракети с химическо задвижване. Недостатъкът е, че създава много малка тяга и може да работи единствено във вакуум. Ако обаче тази тяга се поддържа продължително време, тя постепенно може да доведе до значителни изменения в скоростта на космическия апарат.
В момента повечето космически системи за електрическо задвижване (EP) получават електроенергия от слънчеви батерии. Съчетаването на електрическо задвижване (EP) с ядрен реактор би позволило използването на много по-мощни системи, които да работят независимо от слънчевата светлина. Това е особено привлекателно за мисии до външните области на Слънчевата система, където използването на слънчева енергия става все по-трудно, както и за транспортиране на големи полезни товари между планетите.
Основните предизвикателства са свързани с ядрената енергийна система. Необходими са ни компактни, леки и изключително надеждни реактори, както и ефективни начини за преобразуване на произведената от тях топлинна енергия в електрическа и за отвеждане на отпадната топлина, което е особено важно. Електрическите ракетни двигатели с висока мощност също трябва да работят надеждно за продължителни периоди. Разходите, безопасността и политическите съображения също са от съществено значение.
Международният интерес към ядрено-електрическото задвижване нараства (NEP). НАСА планира мисията „Space Reactor-1 Freedom“, чиято цел е да демонстрира тази технология по време на междупланетно пътуване до Марс, като изстрелването е предвидено за края на 2028 г. Европейската космическа агенция (ЕКА) проучва възможностите за космически апарати с ядрено-електрическо задвижване (NEP) чрез изследванията си по проекта „RocketRoll“, докато Обединеното кралство инвестира в компактни космически ядрени реактори. Китай също работи върху космически реактори с висока мощност и технологии за електрическо задвижване.
Това са окуражаващи развития, но едно е да демонстрираш дадена технология, а съвсем друго да разработиш действаща система, която е надеждна, достъпна като цена и полезна. Системите с висока мощност, предвиждани за бъдещи междупланетни мисии, са значително по-амбициозни от тези, които в момента се приближават до етапа на демонстрация в космически полет.
Очаквам през следващите двадесет години да станем свидетели на съществен напредък, но вероятно той ще бъде по-скоро постепенна еволюция, отколкото внезапна революция.
Докато човечеството се подготвя за по-амбициозни мисии до Марс и външните области на Слънчевата система, колко важно е съкращаването на времето за пътуване? Възможно ли е през следващите 20 години да станем свидетели на значително намаляване на продължителността на междупланетните мисии?
Съкращаването на времето за пътуване е особено важно за пилотираните космически изследвания. При използването на конвенционално химическо задвижване и типични траектории с ниски енергийни изисквания (low-energy trajectories) пътуването до Марс отнема около шест до девет месеца. През това време астронавтите са изложени на космическа радиация, физиологичните ефекти на безтегловността и психологическите предизвикателства, свързани с продължителния престой в ограничено пространство. По-краткото пътуване би намалило част от тези рискове, както и количеството храна, вода и други запаси, които трябва да бъдат взети на борда.
При роботизираните мисии продължителността на пътуването обикновено не е толкова критична, макар че по-бързото достигане до целта може да има научни и оперативни предимства.
Именно тук ядрено-термичното задвижване (NTP) става интересно. За разлика от ядрено-електрическото задвижване (NEP), което създава малка тяга за продължителни периоди, ракетата с ядрено-термично задвижване (NTP) използва реактор за нагряване на пропелант, обикновено водород, което след това се изхвърля през дюза. Подобни двигатели биха могли да осигурят приблизително два пъти по-висока ефективност при използването на пропелант (propellant efficiency) в сравнение с конвенционалните ракети с химическо задвижване, като същевременно създават значителна тяга.
Може би ще ви изненада, че това не е нова идея. Съединените щати започват разработването на ядрени ракетни двигатели през 50-те години на XX век, а през 60-те и началото на 70-те години в рамките на програмите „Rover“ и „NERV“A успешно са проведени наземни изпитания на редица реактори и двигатели. Програмата обаче е прекратена през 1973 г., преди да бъде осъществен полет с такъв двигател.
Оттогава са правени няколко опита за възобновяване на технологията, включително в края на 80-те и началото на 90-те години. В последно време НАСА и Агенцията за перспективни изследователски проекти в областта на отбраната на САЩ (DARPA) си сътрудничиха по програмата „DRACO“, чиято цел беше да демонстрира ядрено-термично задвижване (NTP) в Космоса. За съжаление, тя също беше прекратена през 2025 г. вследствие на технически затруднения, проблеми с разходите и промени в програмните приоритети.
В Европа проучването „ALUMNI“ на ЕКА от 2025 г. разгледа осъществимостта на разработването на европейски ракетен двигател с ядрено-термично задвижване (NTP). Китай също изследва тази технология, включително възможното ѝ приложение при пилотирани мисии до Марс. Обединеното кралство инвестира в космически ядрени технологии, макар че понастоящем акцентът е поставен повече върху производството на енергия, отколкото върху задвижването.
Следователно от десетилетия знаем, че ядрено-термичното задвижване (NTP) работи по принцип. Трудността е в превръщането на това знание в практически приложима система за космически транспорт. За целта са необходими устойчиви инвестиции и ясна причина за разработването ѝ, като нито едно от тези две условия не е било осигурявано последователно.
По принцип ядрено-термичното задвижване (NTP) би могло да съкрати пътуването до Марс до около три или четири месеца в зависимост от космическия апарат и траекторията. По-бързи преходи са възможни и с химическо задвижване, но обикновено това е свързано със значително по-големи изисквания към количеството пропелант и масата на космическия апарат. Ядрено-термичното задвижване (NTP) би могло да направи някои от тези по-бързи мисии по-практически осъществими.
Все още трябва да бъдат преодолени значителни инженерни проблеми, особено по отношение на материалите за реакторите, които трябва да издържат на много високи температури, дългосрочното съхранение на течен водород и безопасното изпитване и квалифициране на ядрените ракетни двигатели.
Трябва също да помним, че междупланетните пътувания се подчиняват на законите на орбиталната механика. Благоприятни възможности за пътуване между Земята и Марс възникват приблизително на всеки 26 месеца. Съкращаването на пътуването в едната посока не означава непременно, че общата продължителност на мисията ще намалее със същото време, тъй като астронавтите може все пак да се наложи да останат на Марс за значителен период, преди да се върнат на Земята.
Смятам, че значително съкращаване на времето за междупланетни пътувания е технически възможно през следващите двадесет години. Дали действително ще го постигнем, е друг въпрос. Не съм толкова убеден в прогнозите, че ще пътуваме редовно до Марс само за няколко седмици.
В крайна сметка целта не е просто да стигнем там възможно най-бързо, а да изпълним цялата мисия безопасно, надеждно и на приемлива цена.
Научната фантастика е вдъхновила много идеи за изследването на Космоса. Кой научнофантастичен сценарий според Вас би могъл да се превърне в реалност в бъдеще? И колко близо сме до осъществяването му?
Два примера, за които се сещам, са „2001: Космическа одисея“ (2001: A Space Odyssey) и „Експанзията“ (The Expanse). Те представят бъдеще, в което хората са установили значително присъствие извън Земята, но отразяват доста различни периоди от историята на космическите изследвания.
Филмът „2001: Космическа одисея“, създаден от Стенли Кубрик и Артър Кларк и излязъл през 1968 г., отразява изключителния оптимизъм от началото на космическата ера. По онова време на хората им предстои да стъпят на Луната и не изглежда неразумно да си представим, че до 2001 г. ще има редовни търговски полети в орбита, големи въртящи се космически станции, лунни бази и пилотирани експедиции до външните области на Слънчевата система.
За съжаление, не сме постигнали това. Въпреки това голяма част от показаните технологии остават правдоподобни. Например въртящите се космически станции биха могли да осигуряват изкуствена гравитация чрез използването на принципи, които са известни от векове.
„Експанзията“ – както романите (2011–2021 г.), така и телевизионният сериал (2015–2022 г.), представя съвременна и като цяло по-сложна визия. Човечеството се е разпространило из цялата Слънчева система, като значителни популации живеят на Марс и в астероидния пояс. Космосът е място, където хората живеят и работят, със собствени общности, икономики и политически интереси.
Ключов елемент от този сценарий е задвижването, така нареченият „двигател на Епщайн“ (Epstein drive). Това е измислена система за задвижване чрез ядрен синтез с изключително висока ефективност, която прави възможно сравнително бързото пътуване из Слънчевата система. Тя също така позволява на космическите апарати да поддържат ускорение за продължителни периоди, осигурявайки форма на изкуствена гравитация. За съжаление обаче характеристиките ѝ далеч надхвърлят всичко, което можем да постигнем в момента.
Това, което ми харесва в „Експанзията“, е, че въпреки някои технологични предположения, произведението се отнася доста сериозно към много от физическите реалности на Космоса. То също така признава, че разширяването на човешкото присъствие в Космоса няма по някакъв начин да реши социалните и политическите проблеми на човечеството. Напрежението между Земята, Марс и Пояса отразява познати проблеми, свързани с неравенството, конкуренцията за ресурси, политическата власт и експлоатацията.
Смятам, че това е важен момент. Технологичният напредък не означава непременно социален прогрес и няма особена причина да предполагаме, че ще станем по-добри в организирането на обществата си само защото сме преместили част от тях извън Земята. Напълно възможно е да пренесем със себе си много от съществуващите ни проблеми.
Що се отнася до това колко близо сме до подобно бъдеще, вече повече от двадесет и пет години поддържаме непрекъснато човешко присъствие в ниска околоземна орбита и съществуват сериозни планове за подновяване на пилотираните изследвания на Луната. Смятам, че през следващите няколко десетилетия бихме могли да видим началото на постоянно човешко присъствие в бази извън Земята.
Големите, икономически устойчиви общности из цялата Слънчева система обаче са съвсем друг въпрос. Мисля, че все още ни делят много десетилетия от нещо, наподобяващо обществото в „Експанзията“.
И „2001“, и „Експанзията“ обаче повдигат интересен въпрос. Едно е да посещаваме Космоса, а съвсем друго – да се превърнем в цивилизация, която действително живее и се развива в Космоса (spacefaring civilisation). Ако в крайна сметка станем такава цивилизация, ще трябва да обмислим също толкова внимателно какво общество искаме да създадем, колкото и технологиите, необходими, за да стигнем дотам.
Какви възможности виждате пред талантливите млади изследователи и инженери от по-малки европейски държави като България да допринасят за големи космически проекти? Какви умения трябва да развиват?
Едно нещо, което ми стана съвсем ясно през годините, е, че в държавите с по-малки космически сектори няма недостиг на таланти. Проблемът често е в намирането на възможности тези хора да развиват и използват способностите си.
Съвременните космически проекти могат да бъдат изключително сложни и изискват експертни познания в широк кръг дисциплини. Дори най-големите космически агенции и компании разчитат на специализирания принос на други организации. Следователно това, че някой се намира в по-малка държава, съвсем не означава, че не може да има важен принос към голям международен космически проект.
България вече има значително наследство в космическите изследвания, особено чрез Българската академия на науките и участието ѝ в програмата „Интеркосмос“. През последните години компании като EnduroSat показаха, че българските предприятия могат да бъдат конкурентоспособни на международно ниво. Развиващите се отношения на България с Европейската космическа агенция също предоставят възможности на университетите, научноизследователските институти и компаниите да развиват капацитета си и да се включват в европейските космически дейности.
Смятам, че за по-малките държави е важно да определят областите, в които могат да развият специфична експертиза и да се превърнат в ценни партньори в по-големи проекти. Не е необходимо всяка държава да разполага със собствена ракета носител или дори да произвежда цели космически апарати. Специализиран прибор, подсистема, софтуерни възможности или научен принос могат да бъдат също толкова ценни. Съществуват и значителни възможности за използване на космически технологии и данни за решаване на проблеми тук, на Земята.
Струва си също да се подчертае, че космическият сектор не се ограничава само до науката и инженерството. Той се нуждае от хора, работещи в областта на правото, икономиката, бизнеса, финансите, политиките, управлението, образованието, комуникациите и много други сфери. С разширяването на космическите дейности въпросите, свързани с устойчивостта, етиката, управлението и по-широките им социални последици, стават все по-важни. Със сигурност не е необходимо да сте учен или инженер, за да изградите кариера в космическия сектор.
Едно от нещата, които винаги са ми били особено интересни в този сектор, е неговият интердисциплинарен характер. Успешните космически проекти изискват нещо повече от това просто да се събере група специалисти. Хората трябва да разбират какво правят колегите им, да осъзнават как работата им се вписва в общия процес и да могат да обединяват приноса си.
Затова на човек, който обмисля техническа кариера, бих подчертал две неща, които може да изглеждат противоречиви: специализацията и широкия кръг от познания. Важно е да станете наистина добри в нещо – независимо дали става дума за електроника, софтуер, конструкции, роботика, анализ на данни или друга дисциплина. Но също така е ценно да разбирате как функционира една цялостна космическа система и как техническите решения взаимодействат с оперативните, икономическите и други съображения. Това е една от причините системното инженерство (systems engineering) да е толкова важно.
Горещо бих препоръчал и придобиването на практически опит. Реалното проектиране, изграждане, изпитване и експлоатация на нещо, дори като част от сравнително малък студентски проект, ви учи на неща, които трудно могат да бъдат научени в учебната зала. И доста често най-полезните уроци идват, когато нещо не работи според очакванията!
Друг мой съвет е да се включите в международната космическа общност възможно най-рано. Това е нещо, което особено насърчавах, когато бях вицепрезидент по образованието и развитието на кадрите в Международната федерация по астронавтика (International Astronautical Federation, IAF).
Има няколко организации, които могат да улеснят това. Students for the Exploration and Development of Space (SEDS) разполага с международна мрежа от студентски организации. Space Generation Advisory Council (SGAC), която има българска национална мрежа, предоставя възможности за участие в международни работни групи, семинари и дискусии за бъдещето на космическите дейности.
Самата Международна федерация по астронавтика също предлага възможности за студенти и млади специалисти, включително чрез своята програма за безвъзмездно финансиране „Emerging Space Leaders Grant Programme“, която подпомага млади хора да присъстват на Международния астронавтичен конгрес, както и чрез менторски дейности и възможности за създаване на професионални контакти.
Съществуват и други отлични образователни инициативи. Две от тях, в които съм участвал, са „Space Station Design Workshop“ (SSDW), който се провежда ежегодно в Германия, като вече се редува между Щутгарт и Мюнхен, и международното лятно космическо училище „Space Summer School“ в Техническия университет на Крит.
SSDW събира студенти и млади специалисти от различни държави и дисциплини за една интензивна седмица, през която те разработват концептуален проект на космическа станция с подкрепата на опитни специалисти. Участвал съм като член на журито и е забележително какво могат да постигнат екипите за толкова кратко време. Това е отличен начин да се научат повече неща за системното инженерство, интердисциплинарната работа в екип и неизбежните трудности при опитите да се завърши сложен проект в определен срок.
Лятното училище в Крит проведе първата си програма през 2026 г., в която участвах като лектор. То прилага подобен широк подход, като обхваща теми от космическата наука и инженерството до бизнеса, правото и политиките. И двете инициативи са добри примери за това колко много могат да научат хората, когато работят с други, които имат различен опит и гледни точки.
През годините съм преподавал и работил със студенти и специалисти от много държави. Техническата компетентност очевидно е важна, но също толкова важни са любознателността, инициативността, комуникационните умения и способността да работите с хора от различни дисциплини и култури.
Затова основният ми съвет към младите българи, които се интересуват от Космоса, е да развиват експертните си познания, да търсят възможности за работа по реални проекти и да започнат да създават международни контакти. Не е необходимо да чакате, докато започнете работа в космическия сектор, за да се включите в него.
Кое според Вас е най-голямото научно или технологично предизвикателство, което в момента ограничава способността на човечеството да пътува към по-отдалечените области на Слънчевата система? Според Вас какъв пробив учените и инженерите реалистично биха могли да постигнат през следващите пет до десет години, който коренно да промени възможностите за изследване на Космоса?
Мисля, че отговорът зависи от това дали говорим за роботизирани, или за пилотирани изследвания. Вече сме изпращали роботизирани космически апарати из цялата Слънчева система, включително до външните планети и отвъд тях. Това, разбира се, е технически сложно, но знаем как да го правим.
Изпращането на хора е съвсем друг въпрос. Ако трябва да посоча едно основно предизвикателство, това би било да се научим как да поддържаме човешкия живот безопасно и надеждно за много продължителни периоди, без да зависим от редовни доставки или помощ от Земята.
Имаме значителен опит с продължителни пилотирани космически полети на борда на космически станции, но те са функционирали единствено в ниска околоземна орбита. Астронавтите получават редовни доставки, резервно оборудване и значителна подкрепа от наземните екипи. Мисия до Марс или постоянно селище на Луната биха представлявали съвсем различно предизвикателство.
В по-дългосрочен план смятам, че един от най-важните проблеми е да се научим как да създаваме стабилни изкуствени екосистеми, способни да поддържат човешкия живот в продължение на много години, десетилетия или дори векове.
Това е тема, към която проявих особен интерес още през 2015 г., когато бях консултант на студентски проект на Международния космически университет, наречен „Astra Planeta“. В сътрудничество с Initiative for Interstellar Studies (I4IS) студентите проучваха какво би било необходимо за построяването и изстрелването на междузвезден кораб (interstellar worldship) в рамките на условен стогодишен срок.
Идеята беше за космически кораб, превозващ значителна човешка популация на пътешествие, което може да продължи стотици или хиляди години, като последователни поколения прекарват целия си живот на борда му. Това беше меко казано амбициозно начинание.
Съществуваха изключително сериозни проблеми, свързани със задвижването, радиационната защита, енергоснабдяването и много други технологии. Но едно от най-интересните предизвикателства беше как да се поддържа стабилна, самоподдържаща се среда за обитателите през толкова необичайно дълги периоди.
Тук, на Земята, зависим от сложни екосистеми, които осигуряват кръговрата на хранителните вещества, регулират газовия състав на атмосферата, пречистват водата и произвеждат храна. Възпроизвеждането на тези функции в изкуствена, до голяма степен затворена среда е много по-трудно, отколкото изглежда. Екологичните системи включват огромен брой взаимодействия между организмите и заобикалящата ги среда, а малки нарушения на равновесието могат да имат значителни последици с течение на времето.
Експерименти като „Biosphere 2“ показаха както какво е възможно, така и колко трудно може да бъде постигането му. Нашето изследване „Astra Planeta“ стигна до заключението, че ще са необходими експерименти с постепенно увеличаваща се продължителност, които в крайна сметка да докажат, че изкуствените екосистеми могат да останат стабилни в продължение на десетилетия.
Разбира се, не е необходимо всичко да се осъществява чрез биологични процеси. На практика подозирам, че най-ефективният подход ще съчетава биологични процеси с физични и химични технологии за поддържане на живота, като по този начин ще осигурява както по-голям контрол, така и дублиране (redundancy).
Вече има известен окуражаващ напредък. Системите на Международната космическа станция демонстрираха възстановяване на приблизително 98% от водата, използвана от астронавтите (макар че това със сигурност не означава, че станцията е 98% самоподдържаща се). Програмата MELiSSA на ЕКА също изследва биологични подходи за рециклиране на отпадъци и производство на кислород, вода и храна.
През следващите пет до десет години особено бих искал да видя убедителна демонстрация на интегрирана регенеративна система за поддържане на живота (integrated regenerative life-support system), която съчетава тези подходи, работи надеждно за продължителни периоди и произвежда значителна част от ресурсите, необходими на обитателите ѝ.
Важното не е само колко ефективно дадена система рециклира вода или кислород, а дали може да остане стабилна, да понася смущения и да се възстановява след възникнали проблеми без постоянна външна намеса.
Не очаквам в рамките на едно десетилетие да разполагаме с напълно самоподдържаща се изкуствена биосфера, но съществена стъпка към по-затворени и устойчиви системи за поддържане на живота (more closed and resilient life-support systems) би била значително постижение.
Тук има връзка и с идеята за устойчива лунна икономика. Възможността да се добиват и използват ресурси от Луната със сигурност би помогнала за намаляване на зависимостта от Земята, но осигуряването на тези ресурси е само част от проблема. Трябва също да се научим как да ги рециклираме и управляваме ефективно в средата, в която живеят хората.
Независимо дали говорим за лунни бази, пилотирани мисии до Марс, по-големи космически местообитания (space habitats) или в крайна сметка дори за междузвездни кораби, предназначени за живот на няколко поколения, основният проблем е до голяма степен един и същ. Трябва да преминем отвъд поддържането на човешкия живот за ограничени периоди и да се научим как да създаваме среда, която може да го поддържа в продължение на поколения.
Без тази способност амбициите ни за продължителни пилотирани изследвания и заселване в Космоса ще останат доста ограничени, независимо колко добри станат нашите ракети.
Добави коментар