Наши в NASA: как физик из России перешел от изучения теории относительности к космическим полетам на сверхдальние расстояния

Кандидатская диссертация Вячеслава Турышева была посвящена проверке теории относительности: объясняет ли она все экспериментальные данные или для этого больше подходят альтернативные теории гравитации. В США Турышев поехал в командировку — проверять теорию относительности, используя навигационные данные космических аппаратов в дальнем космосе или посылая лазерный сигнал на Луну и засекая время его отражения.

И задержался. Сейчас Турышев живет в Лос-Анжелесе и работает в Лаборатории реактивного движения JPL NASA. Кроме того, преподает в Калифорнийском университете этого города (UCLA). А еще – много перемещается по США и всему миру. Впрочем, не будем забегать вперед.

В 2012 году рабочая группа Турышева разгадала причину аномалии в движении зондов «Пионер-10» и «Пионер-11», запущенных еще в 1972 и 1973 годах соответственно. К 2003 году, когда был получен последний сигнал с «Пионера-11», когда он находился на расстоянии 12 млрд километров от Земли (втрое дальше Нептуна). Инженеры обнаружили, что скорости зондов чуть меньше расчетных. Так как траектории специалисты умеют рассчитывать с высокой точностью, то часть ученых предположили, что это показывает необходимость уточнить Общую теорию относительности. Но спустя годы Вячеслав Турышев с коллегами выпустили статью, где объяснили движение «Пионеров» в строгом соответствии с теорией Эйнштейна.

И это было только начало. Ученые придумывали, какие еще космические миссии может реализовать NASA, чтобы проверить теорию относительности. Оказалось, что она имеет вполне практическое применение. Если не учитывать релятивистские поправки при запуске марсохода с Земли, то он сядет на Красную планету в 75 километрах от расчетной точки! Вот вам и теория.

Чтобы исследовать эффекты теории относительности Вячеслав Турышев и коллеги планировали разные миссии, например, хотели послать зонд к Солнцу и посмотреть, как меняется ход часов. Запустить к светилу атомный интерферометр, чтобы увидеть, как тяготение повлияет на спектры. И множество других. Докторская диссертация у Вячеслава была уже нацеленной на практические применения: высокоточная навигация и фундаментальные гравитационные эксперименты в космосе.

Вячеслав Турышев отмечает, что в США учат работать в команде: «Либо ты ее возглавляешь, либо ты ее часть. И учишься работать в большом количестве проектов практически одновременно». В Америке норма, когда ученые и инженеры занимаются параллельно несколькими проектами: какие-то уже запущены в космос, какие-то рассчитаны на перспективу: «Сначала тяжело, а потом понимаешь, что это норма – ты всегда чем-то занят», — признается Турышев, — Видишь интересные задачи, участвуешь в грантах, побеждаешь, получаешь деньги, можешь пригласить талантливых людей к себе в проект. Вокруг тебя растет команда, они все очень интересные, все с уникальным опытом в определённой области: двигательную установку, связь».

При этом у Турышева все-таки есть самый амбициозный проект — солнечный гравитационный телескоп. Та же Общая теория относительности предсказывает, что массивные тела искажают пространство вокруг себя. Это искажение выражается в притяжении, например, Солнцем не только массивных тел, но и квантов света, которые массы покоя не имеют. То есть наше светило можно использовать как линзу. И если предельно упростить, то отлетев достаточно далеко в правильном направлении можно будет поймать увеличенное изображение далеких экзопланет. Турышев считает, что мы сможем различить контуры континентов и даже огни больших городов, если они там есть.

Ученый полагает, что проект можно осуществить уже при современных технологиях, однако понадобится выжать максимум. Лет 10 уйдет на разработку, еще 20-25 лет – на полет на расстояние за 650 астрономических единиц (примерно 100 млрд километров) от Земли, в результате где-то к 2060 году мы сможем увидеть поверхности планет других звездных систем.

Сейчас проект прошел третью фазу отбора в NASA, что позволило получить грант на $2 млн, которые, с учетом уже имеющегося финансирования, позволят 2 года работать с большой научной группой, задействовать промышленность в создании солнечного паруса, датчиков и системы связи для проекта.

«Я ни разу в жизни не работал (в переносном смысле), я занимаюсь интересной деятельностью, поэтому слово "работа" в моем случае не применимо», — отмечает Вячеслав Турышев, когда слышит вопрос о работе в пандемию. Но признает, что трудиться приходится больше. Помимо проекта по созданию солнечного гравитационного телескопа он работает над миссией LISA+ по обнаружению гравитационных волн с помощью космических аппаратов с оптической связью, продолжает эксперименты с уголковыми отражателями на Луне, а также занимается программой противоастероидной защиты Земли, благодаря которой ученые отслеживают, как близко небесные тела подходят к нашей планете.

Уже убедились, что в США принято работать над несколькими проектами сразу? Добавьте в список дел еще изучение экзопланет в ближайшей звездной системе Альфа Центавра, разработку миссии для полета к ней, навигацию марсохода Perseverance, управление полетом дрона Ingenuity и аппаратами в космосе. Также Вячеслав Турышев готовится к проектам Лунной программы США «Артемида», для которой понадобятся посадочная станция, и планирует эксперименты на спутнике Земли.

Есть у Вячеслава и более традиционные способы «не работать». Чтобы держать себя в тонусе, ученый много времени проводит в горах: это и походы с рюкзаком за плечами, и ночевки на берегу океана, и штурм горных вершин. А еще он увлекается бегом на длинные дистанции: регулярно преодолевает по 10-15 км в день и участвует в марафонах на 30-50 км. «Когда эндорфины вбрасываются в организм, очищаешься, наступает состояние настоящего отдыха. Также занимаюсь лыжами и яхтингом», — объясняет Турышев.

Он активно использует работу для неформального общения с друзьями. Хоть и начинал с автоматических космических аппаратов, за время работы в NASA завел много друзей среди космонавтов и при возможности приезжает на Байконур перед стартом (с 2011 по 2020 год на МКС космонавты и астронавты отправлялись только российскими «Союзами» – Правила жизни). В сентябре в Полинезии проходит конференция по поиску темной материи, после завершения которой Вячеслав с друзьями стараются задержаться, чтобы походить под парусом. «Между островами по 150-250 миль, под тобой – 4 км, над тобой – глубокое южное небо — совсем другие звезды. Имея лицензии на управление судами, мы сами "рулим" яхтами посменно», — рассказывает Турышев о способах получить вдохновение и новые силы для работы над полетами к звездам.

Своим домом Вячеслав теперь считает Калифорнию и все-таки проводит параллели с Россией. Он ходит с семьей в походы и катается на лыжах ради созерцания дикой природы: кругом барсуки, еноты, можно встретить медведя — такая обстановка близка сибиряку Турышеву.

Созерцание звезд вызывает жажду деятельности. Турышев отмечает, что космическая индустрия переживает ренессанс — возникает много компаний. Новые технологии и материалы позволяют создавать немыслимые ранее проекты. А у природы есть загадки, к которым человеку только предстоит подобраться: например, природа темной материи или проверка гипотезы о первичных черных дырах вокруг нашей галактики.

В процессе научной деятельности Турышев сотрудничает с российскими вузами. Так, в МГУ он – профессор и советник факультета космических исследований. Участвует в экспериментах по лазерной локации Луны и в поиске гравитационных волн (ученые МГУ совершили огромный вклад в их обнаружение). В Казанском университете ученый является приглашенным профессором, а в Томском государственном университете участвует в научных исследованиях по созданию малых космических аппаратов. В Институте космических исследований и Исследовательском центре имени Келдыша занимается вопросами применения солнечного паруса вместо ракетных двигателей.

Поразительно, сколько практических задач по обе стороны океана успевает выполнять ученый, специальность которого – далекая от реальности Общая теория относительности.