Государственная монополия на космические полеты, по-видимому, уже ушла в прошлое. Станет ли космическая отрасль коммерчески успешной и при каких условиях? Смогут ли частные аэрокосмические компании успешно конкурировать с государственными или их уделом навсегда останется перевозка небольших грузов на Международную космическую станцию (МКС)? Сторонники последней точки зрения считают планы частной SpaceX нереалистичными, а их оппоненты отмечают, что лишь «частники» способны сделать освоение космоса не таким разорительно дорогим. В аргументах сторон разбиралась «Лента.ру».
Современные ракеты по своей идеологии недалеко ушли от первого летательного аппарата землян, вышедшего в космос, — ракеты V-2, копирование которой было первоочередной задачей, поставленной Иосифом Сталиным перед зарождающейся советской ракетной отраслью. Эти конструкции оснащены жидкостными ракетными двигателями; на Землю возвращается только небольшая одноразовая головная часть. Именно дороговизна этой схемы является главной причиной того, почему человечество не летает на Луну и так и не слетало на Марс: одноразовые космолеты не смогли бы обеспечить регулярные межпланетные перевозки.
Мечты
Проблема «ракетного» подхода была очевидна и до первого полета V-2, еще в 1941 году Ойген Зенгер предложил немецким военным проект космолета Silbervogel — многоразовую систему, несущую все топливо внутри, а для набора высоты и планирования использующую небольшие крылья.
В США продвинулись немного дальше. Вывезенный туда Вернер фон Браун (конструктор V-2) в рамках той же парадигмы разработал мощнейшую ракету Saturn, доставившую людей на Луну. Тем не менее заокеанский потомок V-2 остался одноразовым, отчего лунная программа США по стоимости превысила валовой внутренний продукт нынешней Белоруссии. Конгресс был не готов и дальше платить такие деньги, и в Штатах активизировался процесс творческой переработки второго космического проекта Третьего рейха — многоразового космолета.
Момент для этого был выбран крайне неудачно: разработка космических челноков велась во время завершения лунной программы, когда бюджет НАСА беспощадно урезался. Чтобы снизить стоимость разработки, конструкцию челнока упрощали, принимая решения, типичные для одноразовых ракет. Топливный бак сделали полностью сгораемым, часть задачи по выводу на орбиту возложили на боковые ускорители, которые затем сбрасывались в море. После этого их приходилось ремонтировать, что удорожало повторное использование. Вдобавок ускорители из жидкотопливных сделали твердотопливными. Все эти упрощения снижали стоимость разработки, но повышали стоимость эксплуатации.
Фрагменты V-2 на фабрике (фотография 1944 года)
Фото: DPA / Global Look
В результате шаттлы получились такими, какими их сделали: дешевыми в разработке (6,75 миллиарда долларов), но дорогими в полете (18 тысяч долларов за килограмм груза против запланированных 674). По сути они превратились в экономическую катастрофу: доставка грузов в космос стала в несколько раз затратнее, чем на одноразовом «Протоне». Урезая затраты, систему эвакуации астронавтов отработали спустя рукава, не установив даже работоспособных катапультируемых кресел. В итоге шаттлы стали катастрофой и в прямом смысле слова, унеся больше человеческих жизней, чем все остальные космические корабли вместе взятые. Именно из-за проблем с безопасностью их полеты прекратили в 2011 году. После первого крушения шаттла расследовавший его физик Ричард Фейнман справедливо заметил: «Если нам нужны эффективные технологии, реальность нужно ставить выше пиара — природу не одурачить».
Реальность
Фейнман, безусловно, прав. Проекты вроде Silbervogel, предусматривающие многократное использование, требуют принципиально других технологий. На их отработку нужны долгие годы и щедрое бюджетное финансирование.
И вот не так давно Илон Маск и возглавляемая им SpaceX занялись созданием многоразового носителя, который был бы в ладах с реальностью. Денег у бизнесмена не было, поэтому он сосредоточился на альтернативном решении. Чтобы не вызывать перегрев корпуса корабля, Маск предложил сажать его компоненты не за счет торможения об атмосферу, а сжигая часть топлива обычных ракетных ступеней, неизрасходованного при выходе в космос.
Перед нами некий синтез одноразовой линии V-2 и многоразового Silbervogel: многоразовый носитель делается из обычной одноразовой ракеты, что минимизирует стоимость и сроки его разработки. Правда, за счет топлива, уходящего на посадку ступеней, снижается масса выводимого на орбиту груза. Но с учетом многократного использования сначала первой, а затем и второй ступени ракет семейства Falcon итоговая стоимость доставки грузов должна существенно снизиться.
V-2 на стартовой площадке
Фото: Mary Evans Picture Library / Global Look
Сегодня для Falcon 9 она составляет примерно 4500 долларов за килограмм, доставленный на низкую орбиту, для тяжелого Falcon Heavy — около 2500 долларов. Однако для многоразовых версий обеих ракет-носителей цена запуска должна многократно упасть, хотя и при снижении грузоподъемности на 30 процентов .
Почему НАСА не верит в SpaceX
Сказать, что к программе Маска относятся скептически, было бы слишком мягко. Часто высказывается мнение, что НАСА делает ставку на частные космические компании, рассчитывая с их помощью решить проблему удешевления космических полетов. На самом деле и в НАСА планы Маска ни у кого не вызывают энтузиазма. Частные космические компании там изначально расценивали лишь как средство доставки грузов на МКС, а в их способность создать многоразовые корабли из многоступенчатых ракет в агентстве вообще не верят.
В 2014 году заместитель первого помощника главы НАСА Дэн Дамбакер предостерег SpaceX: попытка сделать многоразовую систему кончается тем, что она становится дороже одноразовой. Дамбакер сам разрабатывал многоразовые двигатели шаттла (RS-25). Теоретически это ему удалось, но практически почти после каждого полета в них обнаруживались дефекты, заставлявшие менять те или иные компоненты. Сборка-разборка для осмотра была долгой и сложной. Итог — двигатели челноков НАСА планирует использовать и для своего нового носителя Space Launch System, но лишь однократно — потому что сжечь их в атмосфере дешевле, чем использовать повторно.
Как SpaceX планирует выходить из этой ситуации — вопрос непростой. С одной стороны, специалисты НАСА, разрабатывавшие двигатель шаттла, — профессионалы, и задача создания многоразовых двигателей действительно выглядит трудной. С другой стороны, она явно решаема без долгой и трудной диагностики и ремонта каждой ступени. Дело в том, что в НАСА при выдаче техзадания на RS-25 хотели получить самые высокоэффективные по удельному импульсу ракетные двигатели на планете. Чтобы добиться этого, их рабочее давление сделали выше 190 атмосфер, что действительно повысило эффективность, но резко повысило нагрузки на сам двигатель, что и вызвало постоянную потребность в его осмотре и ремонте.
Двигателям Merlin, которые применяет SpaceX, изначально не ставилась задача достижения рекордной эффективности, поэтому их рабочее давление вдвое ниже. Поэтому не стоит напрямую сравнивать их ресурс с RS-25, как это делают в НАСА.
Ракета Falcon 9 компании SpaceX
Фото: John Raoux / AP
Роскосмос нечасто официально высказывает критику в адрес Маска, хотя в неофициальных беседах отечественные специалисты высказывают не меньше сомнений, чем их американские коллеги. Среди основных претензий к его проекту — вопрос о том, как SpaceX планирует переходить от спасения первой ступени к более сложному возвращению второй ступени. Даже если все получится, остается вопрос, насколько значимым будет переход к многоразовым полетам. Сегодня производство всех космических аппаратов — малосерийное, и в большинстве космических миссий сам запуск — как бы дорог он ни был — составляет меньшую часть стоимости.
Здесь, конечно, можно упомянуть, что SpaceX разрабатывает и многоразовый корабль Dragon. Однако есть и другие соображения. До начала массовых космических полетов крупносерийное производство космических аппаратов довольно трудно себе представить, если речь не идет о большой серии крохотных спутников. Иными словами, пока мы не получим многоразовые носители, нет особого смысла указывать на высокую стоимость выводимых ими аппаратов.
Возникает закономерный вопрос: многоразовость ступеней и космических кораблей типа Dragon V2 выглядит логично, но вот осуществимо ли все это? В конце концов, сажать ракеты на Землю хвостом вниз на тяге ее же ракетных двигателей до Маска предлагали в научной фантастике, и на первых испытаниях сделать это, не разбив ракету, пока не получилось. Реальную ли задачу поставил перед собой эксцентричный американец?
Уточним: ничего принципиального нового в посадке на хвост с использованием ракетных двигателей, конечно, нет. Впервые она состоялась на Луне в 1969 году, а в последующие годы и США, и СССР выполнили немало таких посадок. Вопрос не в том, можно ли садиться на хвост, а в том, насколько это будет дешево.
Бизнес
В случае успеха концепции многоразовости, адептом которой является Маск, мировую космическую индустрию ожидают перемены. Трудно даже сказать, чьи потери в миллиардах долларов будут больше — Роскосмоса или заокеанских коллег Маска.
Как мы уже упоминали, НАСА не верит в удачу SpaceX, игнорируя тот факт, что при проектировании своих ракет и двигателей Маск пока не сделал тех ошибок, которые НАСА совершило с шаттлами. Поэтому-то агентство и развивает собственную ракетную программу SLS (Space Launch System). Ее стоимость официально оценивается в 18 миллиардов долларов, а неофициально — в 41 миллиард. Иными словами, государственное учреждение ставит на провал многоразовых решений SpaceX десятки миллиардов долларов. При этом стоимость вывода килограмма грузов для SLS составит 18 тысяч долларов за килограмм — вчетверо дороже, чем у одноразового Falcon 9. Сравнивать затраты с будущими многоразовыми проектами SpaceX нет никакого смысла.
Другие американские компании типа United Launch Alliance (ULA) вслед за НАСА оценивают идеи Маска как малореальные. Тем не менее уже сейчас ULA испытывает сильнейшее ценовое давление со стороны SpaceX, поэтому разрабатывает частично многоразовую ракету-носитель Vulcan. Многоразовая часть ее первой ступени, содержащая двигатели, после выработки топлива будет падать, выпустив парашюты, а после замедления будет поймана вертолетом прямо в воздухе, что снимает задачу обеспечения мягкой посадки. Как бы авантюрно ни выглядела такая схема, она уже отработана: еще в 1960-1970-х годах именно так забирали пленки со спутников-шпионов.
50-й старт Space Shuttle (и второй — шаттла Endeavour)
Фото: National Aeronautics & Space Adm / Global Look
Давление со стороны дешевых ракет SpaceX испытывают не только ее конкуренты в США. Европейская Airbus в июне 2015 года заявила, что планирует спасать двигатели первой ступени будущей ракеты Ariane 6. Их поместят в многоразовый двигательный отсек Adeline, расположенный в первой ступени, оснащенный двумя небольшими крыльями и парой складных пропеллеров, которые помогут ему после возвращения в атмосферу долететь до нужного аэродрома. В отличие от ULA европейцы не планируют устраивать воздушную акробатику с ловлей двигателей вертолетами.
И Vulcan, и Adeline будут готовы не ранее 2020 года. При этом отказ от спасения топливного бака первой ступени и отсутствие каких-либо идей по спасению второй ступени, которое в SpaceX считают обязательным условием удешевления пусков, даст им снижение стоимости запуска не более чем на 30 процентов.
Ну, а что же Россия? Как бы ни были высоки риски западных конкурентов Маска, наша страна рискует больше. В 2014 году она запустила 32 ракеты-носителя — больше, чем США и ЕС вместе взятые. Россия — текущий мировой лидер по запускам, а чем больше высота, тем больнее с нее падать. Никаких активных работ по созданию хотя бы частично многоразовых носителей сегодня у нас не ведется. Причины этой «скромности в желаниях» очевидны. Для вывода чужих коммерческих спутников наши «Протоны» пока дешевле, чем даже Falcon 9, то есть заведомо перекрывают предложения всех конкурентов. А в реальности «многоразовой революции» руководство российской космической отрасли сомневается не меньше, чем НАСА.
Дорога к Марсу
Налицо определенные расхождения во взглядах: все крупные игроки космической отрасли (кроме SpaceX) не верят в полностью многоразовые ракеты, хотя конкуренция и вынудила часть из них начать шаги к частичной многоразовости. Что заставляет Маска брать на себя роль первопроходца? Назовем вещи своими именами: это отнюдь не бизнес-интересы. Все, что делает SpaceX, является лишь промежуточными шагами на пути к куда более амбициозным целям: созданию полностью многоразовых сверхтяжелых носителей Mars Colonial Transporter на метановых двигателях Raptor. Прекрасно понимая, что денег на самостоятельную доводку «марсианских» кораблей у него нет, Маск отрабатывает многоразовую технологию на оплачиваемых США пусках «одноразовых» Falcon 9. Иными словами, его шаги к полной многоразовости, которые оцениваются конкурентами и НАСА как рискованные и нереалистичные, на самом деле являются наиболее консервативной и осторожной частью его планов.
Илон Маск на фоне проектируемого корабля Dragon V2
Фото: Mario Anzuoni / Reuters
Так что неудивительно, что создавать полностью многоразовые корабли вслед за ним никто не спешит. Конкуренты из бизнеса пришли в космос ради денег, а не ради колонизации Марса. Госконкуренты из НАСА жалеют деньги и не верят, что SpaceX удастся то, на чем провалилось оно само. В агентстве намерены лететь на Марс по старинке: на одноразовых, пусть и дорогих, но хорошо знакомых и понятных кораблях. Российская космическая отрасль вообще в стороне от всего этого. Мы не планируем лететь ни к Марсу, ни на Луну, поскольку воспринимаем такие полеты не как средство научных исследований или тем более колонизации, а как чисто пропагандистские миссии. Так полагает и Дмитрий Рогозин: «Ну полетят они туда, докажут, что их астронавты могут сесть на Марс. Ну и что дальше?».
Именно поэтому мы не разрабатываем даже частично многоразовых носителей. Для людей, планирующих ракету под названием Mars Colonial Transporter, рогозинский вопрос «Что делать на Марсе?» не стоит. Даже такие масштабные задачи как поиски жизни на красной планете для них лишь сопутствующий бонус. Идеи, стоящие за не имеющим коммерческой основы стремлением SpaceX к Марсу, лучше всего в 2013 году выразил сотрудник НАСА Джон Грансфельд: «Однопланетные виды не выживают... Просто взгляните на судьбу динозавров».
Такой мотивации у нас нет, поэтому не может быть и аналогичных целей. Единственное, что может оказать влияние на нашу космическую отрасль в случае развертывания Маском многоразовых Falcon Heavy, — сравнительно скромные размеры его производственных мощностей. Сразу вытеснить и американских, и европейских, и российских конкурентов с рынка у него не получится. И первыми жертвами в этой борьбе будут более дорогие ракеты ULA и Airbus. Все это дает некоторую надежду на то, что у Роскосмоса будет время для того, чтобы сделать рывок к многоразовости, который разработчики РД-170 планировали еще в глубоко советское время. Да, в этом случае нас будет ждать новая гонка «Бурана» за шаттлом, но в жизни бывают ситуации, когда бежать за паровозом все же лучше, чем стоять на месте.
Автор Александр Березин
Комментариев нет:
Отправить комментарий