В средата на 20 -ти век човечеството е очаровано от космоса. Стартирането на първия спътник, полетът на Гагарин, разходката в космоса, кацането на Луната - изглеждаше малко повече - и ние ще полетим до звездите, особено след като съществуват амбициозни проекти за междупланетни космически кораби. И като бази на Луната, полети до Марс - това беше нещо, което се приемаше за даденост.
Но приоритетите се промениха. Технологиите от миналия век, макар и дадоха възможност да се приложи всичко по -горе, бяха изключително скъпи. Експанзията в космоса, базирана на технологии от миналия век, би изисквала преориентация на всички икономики на водещите страни по света за решаване на този проблем.
Интензивното изследване на космоса изисква решаването на две основни задачи: първата е да се гарантира възможността за извеждане на масивни обемисти товари в орбита, а втората е да се намалят разходите за изстрелване в орбита за един килограм полезен товар (PN).
Ако човечеството се справи с първата задача сравнително добре, то с втората - всичко се оказа много по -сложно.
Дълго пътуване в космоса (и много скъпо)
От самото начало ракетите -носители (LV) са за еднократна употреба. Технологиите от 20 -ти век не позволяват създаването на ракета -носител за многократна употреба. Изглежда невероятно, когато стотици милиони или милиарди рубли / долари изгарят в атмосферата или се разбият на повърхността.
Нека си представим, че корабите ще бъдат построени само за един изход към морето, а след това веднага ще бъдат изгорени. В този случай ще дойде ли ерата на големите географски открития? Ще бъде ли колонизиран северноамериканският континент?
Малко вероятно. Най -вероятно човечеството би живяло като изолирани центрове на цивилизацията.
Възможността за изстрелване на големи и свръх тежки товари на ниска референтна орбита (LEO) беше реализирана в американската чудовищна супер тежка ракета-носител Saturn-5. Именно тази ракета, способна да пренесе 141 тона PN до LEO, позволи на САЩ да станат лидери в космическата надпревара по това време, доставяйки американски астронавти на Луната.
Съветският съюз загуби надпреварата за Луната, тъй като не можеше да създаде супер тежка ракета-носител, сравнима със Сатурн-5.
И СССР не можа да създаде свръх тежка ракета-носител поради липсата на мощни ракетни двигатели. Поради това на първия етап на съветския свръх тежък петстепенен LV N-1 бяха инсталирани 30 двигателя NK-33. Като се има предвид отсъствието на възможност за компютърна диагностика и синхронизиране на работата на двигателя по това време, както и факта, че поради липса на време и финансиране, наземните динамични и пожарни изпитателни стендове на цялата НН или на първия етап на монтаж бяха не са извършени, всички тестови изстрелвания на LV N-1 завършиха с неуспех на етапа на първия етап.
Опит за радикално намаляване на разходите за извеждане на космически кораб на орбита беше програмата на американската космическа совалка.
В транспортния космически кораб за многократна употреба (MTKK) на космическата совалка бяха върнати два от трите компонента - ускорители на твърдо гориво с парашут, изплували в океана и след проверка и зареждане с гориво, можеха да се използват повторно, а космическият самолет - совалка, кацна на пистата по схемата на самолета. В атмосферата гори само резервоар за течен водород и кислород, горивото от което се използва от двигателите на совалката.
Системата за космическа совалка не може да бъде класифицирана като свръх тежка ракета -носител - максималното тегло на полезния товар, изведено на ниска референтна орбита (LEO), е по -малко от 30 тона, което е сравнимо с полезния товар на руската ракета -носител Proton.
Съветският съюз отговори с програмата „Енергия-Буран“.
Въпреки външното сходство на космическата совалка и системата Енергия-Буран, те имаха ключови разлики. Ако в космическата совалка изстрелването на орбита е извършено от два многократно задвижвани твърдо горива и самия космически кораб, то в съветския проект Буран е пасивен товар на ракетата-носител „Енергия“. Самата ракета -носител "Енергия" с право може да бъде приписана на "свръхтежка" - тя беше в състояние да изведе 100 тона на ниска референтна орбита, само с 40 тона по -малко от Сатурн -5.
На базата на ракетата-носител "Енергия" се планираше създаването на ракета-носител "Вулкан" с увеличен брой странични блокове до 8 броя, способни да доставят 175-200 тона полезен товар на LEO, което би направило възможно извършването на полети към Луната и Марс.
Най -интересното развитие обаче може да се нарече проектът "Energy II" - "Hurricane", при който всички елементи трябваше да бъдат използвани за многократна употреба, включително орбиталния космически самолет, централния блок на втория етап и страничните блокове на първия етап. Разпадането на СССР не позволи този, без съмнение, интересен проект да бъде реализиран.
При целия си епичен характер и двете програми бяха съкратени: едната - поради разпадането на СССР, и втората - поради високата степен на злополука на „совалки“, които убиха дузина американски астронавти. Освен това програмата за космическа совалка не оправда очакванията по отношение на радикалното намаляване на разходите за извеждане на полезен товар в орбита.
След приключването на програмата „Енергия-Буран“човечеството не е оставило супер тежки ракети-носители. Русия нямаше време за това, а САЩ значително загубиха своите космически амбиции. За да се решат настоящите неотложни задачи, ракетите -носители, достъпни и за двете страни, бяха напълно достатъчни (с изключение на временната липса на способността на САЩ да извеждат самостоятелно астронавти на орбита).
Американската космическа агенция НАСА постепенно осъществява проектирането на супер тежка ракета-носител за решаване на амбициозни задачи: като полет до Марс или изграждане на база на Луната. Като част от програмата Constellation е разработена свръх тежката ракета-носител Ares V. Предполагаше се, че „Ares-5“ще може да донесе 188 тона полезен товар на LEO и да достави 71 тона PN на Луната.
През 2010 г. програмата Constellation беше закрита. Разработките на "Ares-5" бяха използвани в нова програма за създаване на свръх тежък LV-SLS (Space Launch System). Свръх тежката ракета -носител SLS в базовата версия трябва да може да достави 95 тона полезен товар на LEO, а във версията с увеличен полезен товар - до 130 тона полезен товар. Дизайнът на SLS LV използва двигатели и усилватели с твърдо гориво, създадени като част от програмата Space Shuttle.
Всъщност това ще бъде някакво модерно прераждане на "Сатурн-5", подобно на него както по характеристики, така и по цена. Въпреки факта, че програмата SLS най -вероятно все още ще бъде завършена, тя няма да революционизира нито американската, нито световната астронавтика.
Това е умишлено задънен проект.
Същата съдба очаква руския проект за свръх тежката ракета-носител „Енисей / Дон“, ако тя е изградена на базата на „традиционни“решения, използвани в космическите технологии.
Като цяло до определен момент ситуацията в Съединените щати и в Русия беше относително сходна: нито от НАСА, нито от Роскосмос едва ли бихме видели някакви пробивни решения по отношение на поставянето на полезния товар в орбита. Нищо ново не е видяно и в други страни. Космическата индустрия стана много консервативна.
Частните компании са променили всичко и е съвсем естествено това да се случи в САЩ, където са създадени най -удобните условия за бизнес.
Частно пространство
Разбира се, преди всичко говорим за компанията SpaceX Илон Мъск. Веднага щом не го повикат - мошеник, „успешен мениджър“, „Остап Петрикович Маска“и така нататък и така нататък. Авторът е прочел на един от ресурсите псевдонаучна статия за това защо ракетата-носител Falcon-9 няма да лети: тялото му не е същото, твърде тънко и двигателите не са еднакви, като цяло има милион причини защо "не". Такива оценки, между другото, бяха изразени не само от независими анализатори, но и от официални лица, ръководители на руски държавни структури и предприятия.
Мъск беше обвинен във факта, че той самият не е разработил нищо (и той трябваше сам да изработи цялата документация за проектиране, а след това сам да сглоби ракетата -носител?) И че SpaceX получи много информация и материали по други проекти от НАСА (и SpaceX трябваше да прави всичко от нулата, сякаш космическите програми не са съществували в САЩ преди него?).
По един или друг начин, но ракетата-носител Falcon-9 се е състояла, тя лети в космоса със завидна редовност, отработените първи етапи кацат със същата редовност, една от които вече е летяла 10 (!) Пъти. Роскосмос е загубил по -голямата част от пазара за извеждане на полезни товари в орбита, а след създаването на SpaceX на космическия кораб за многократна употреба Crew Dragon (Dragon V2) и пазара за доставяне на американски астронавти на орбита.
Но SpaceX разполага и с ракета Falcon Heavy, способна да достави над 63 тона на LEO. В момента това е най -тежката и най -полезна ракета -носител в света. Неговите първи и странични усилватели също са за многократна употреба.
Друг американски милиардер, Джеф Безос, диша в тила на SpaceX. Разбира се, докато успехите й са много по -скромни, но все още има постижения. На първо място, това е създаването на нов двигател с метан-кислород BE-4, който ще се използва в ракетата-носител New Glenn и в ракетата-носител Vulcan (която ще замени ракетата-носител Atlas-5). Като се има предвид, че сега Atlas-5 лети с руски двигатели RD-180, след появата на BE-4, Роскосмос ще загуби друг пазар за продажби.
В Съединените щати и в други страни има стотици стартиращи фирми за създаване на ракети-носители и други видове самолети за извеждане на полезни товари в орбита, стартиращи компании за създаване на спътници и космически кораби за различни цели, индустриални технологии за космос, орбитален туризъм, и така нататък.
До къде ще доведе всичко това?
До факта, че космическият пазар ще се разшири бързо и конкуренцията на пазара за пускане на полезен товар в орбита ще доведе до значително намаляване на разходите за отстраняването му от изчислението за един килограм.
Цената за изстрелване на 1 кг полезен товар към LEO чрез системата за космическа совалка или от ракетата Delta-4 е около 20 000 долара. Руските ракети -носители Proton са в състояние да доставят полезен товар на LEO за по -малко от 3 000 долара за килограм, но тези ракети работят с високотоксичния асиметричен диметилхидразин и в момента не се произвеждат. Евтините, разработени в СССР, руско-украинските зеници също са в миналото.
Ракетата-носител Falcon-9, при условие че се използва обратният първи етап, може да изстреля полезен товар в ниска референтна орбита на цена под 2 000 долара за килограм. Според Илон Мъск, Falcon-9 потенциално може да намали разходите за пускане на полезен товар до 500-1100 долара за килограм.
Човек би могъл да попита, защо сега е толкова по -скъпо за клиентите да изнасят полезни товари?
Първо, цената се определя не само от цената на пускането, но и от пазарните условия - цените на конкурентите. Кой капиталист би се отказал от допълнителна печалба? Изгодно е да бъдете малко по -ниски от конкурентите, като постепенно завладявате пазара, вместо да дъмпирате, без да печелите нищо, особено след като в такава специфична критична индустрия, като пазара за изстрелване на космос, контролните структури във всеки случай ще подкрепят няколко доставчици, дори ако има цени няколко пъти по -високи от конкурентите.
Може да се предположи, че намаляването на цените на SpaceX ще бъде предизвикано само от появата на конкуренти в лицето на Blue Origin с новия си носител New Glenn или други компании и държави, които ще създадат средства за изстрелване на полезен товар с ниска цена за стартиране.
Повечето от стартиращите и обещаващи проекти обаче са свързани с пускането на орбита на полезен товар с тегло стотици, най-много хиляда килограма. Това няма да направи революция в космоса - изграждането на нещо голямо ще изисква тежки и свръх тежки ракети за многократна употреба с ниска цена за извеждане на полезен товар в орбита. И тук, както вече видяхме по -горе, всичко е тъжно.
Всичко, с изключение на най -важния проект на SpaceX, космически кораб Starship за многократна употреба с напълно повторно използване на супер тежък първи етап
Супер тежък за многократна употреба
Разликата между Starship (наричана по -долу Starship като комбинация от Starship + Super Heavy) от всички останали ракети -носители е, че и двата етапа са за многократна употреба. В същото време полезният товар на Starship към ниска референтна орбита трябва да бъде 100 тона, тоест това е пълноценна супер тежка ракета. За Starship SpaceX е разработил нови, уникални метанокислородни двигатели Raptor със затворен цикъл с пълнокомпонентна газификация.
SpaceX планира да замени всичките си ракети -носители със Starship, включително изключително успешния Falcon 9. Обикновено изстрелването на супер тежка ракета е изключително скъпо - от порядъка на един милиард долара. За да запази ниските разходи за стартиране, SpaceX планира да използва и двата етапа многократно - по 100 изстрелвания на всеки и евентуално повече. В този случай цената ще спадне с почти два порядъка - до десет милиона долара за изстрелване. Като се вземе предвид максималното натоварване от 100 тона, ще получим разходите за привеждане на полезния товар в LEO на ниво от около 100 (!) Долара за килограм.
Разбира се, върнатите етапи ще изискват поддръжка, подмяна на двигатели след 50 стартирания, зареждане с гориво, наземни услуги ще трябва да бъдат платени, но самият Starship най -вероятно ще струва по -малко от милиард долара, а технологиите му за производство и поддръжка ще се подобряват непрекъснато като опит се натрупва от SpaceX.
Всъщност Илон Мъск заявява, че Starship потенциално може да постигне цена за изстрелване на полезен товар от около 10 долара за килограм при обща стойност на изстрелване от 1,5 милиона долара, а разходите за доставка на товар до Луната ще бъдат около 20-30 долара за килограм. но това налага изстрелването на Starship на седмична база.
Откъде да вземете такива томове?
Дори военните просто нямат такова количество полезен товар, че вече има гражданско пространство - развитието на пазара ще отнеме десетилетия.
Колонизация на Марс?
Едва ли е възможно да се говори сериозно за това.
Колонизация на Луната?
По -близо, Starship може да потопи SLS и да изпрати американците на Луната за втори път. Но това са десетки изстрелвания, а не стотици или хиляди.
SpaceX обаче има бизнес план, далеч по -реален от изпращането на колонисти на Марс - използвайки Starship за превоз на пътници в междуконтинентален план. Когато летите от Ню Йорк до Токио през земната орбита, времето за полет ще бъде около 90 минути. В същото време SpaceX планира да осигури оперативна надеждност на нивото на съвременните големи самолети, а цената на полета - на нивото на цената на трансконтинентален полет в бизнес класа.
Товарите могат да се доставят по същия начин. Например американската армия вече се заинтересува от тази възможност. Планира се да се доставят 80 тона товар за един полет, което е сравнимо с възможностите на транспортния самолет C-17 Globemaster III.
Като цяло: транспортирането на пътници и товари, доставката на американски астронавти до Луната и евентуално до по -отдалечени обекти на Слънчевата система, изтеглянето на търговски космически кораби, космически туризъм и така нататък и т.н., и други подобни - SpaceX може да осигури намаляване на разходите за изтегляне на полезния товар, въпреки че ще достигне нивото от $ 100 на килограм.
В този случай Starship ще открие нова ера в изследването на космоса и извън него.
Перспективи и последици
Звездният кораб се гледа с известно подозрение в момента. Изглежда, че всичко е красиво на хартия и опитът на SpaceX говори сам за себе си, но някак всичко е твърде розово?
Понякога има чувството, че потенциалът на тази система просто не се вписва в съзнанието на ръководството на въоръжените сили на САЩ, ръководството на НАСА, собствениците и мениджърите на предприятия в голямо разнообразие от индустрии. Твърде дълго изстрелването на дори малък полезен товар в космоса означаваше разходи за милиони долари.
Въпросът е какво се случва, когато 100 долара за килограм станат реалност?
Когато образованите хора в Министерството на отбраната на САЩ разберат, че изхвърлянето на конвенционален танк в орбита е по -бързо и по -евтино от транспортирането му с военен транспортен самолет от американския континент до Европа, до какви изводи ще стигнат?
Не, няма да видим Abrams на Луната, но танкът не е целта, това е просто начин за предаване на снаряда на врага. Ами ако е по -лесно да извадите този снаряд директно от орбита? Колко бързо САЩ ще се оттеглят от Договора за мирно космос, ако получат стратегическо предимство в него (в космоса)? Колко бързо американската армия ще започне да мигрира в орбита?
Нещо повече, дори съществуващите възможности за поставяне на полезен товар на орбита под формата на Falcon-9 и Falcon Heavy, комбинирани с технологии за масово изграждане на сателити, ще бъдат достатъчни, за да може LEO да бъде задръстен с разузнавателни, командни и комуникационни спътници, което води до факта, че че САЩ ще наблюдават повърхността на планетата 24/365. Забравете за големи надводни сили, военни групировки, мобилни наземни ракетни комплекси - всичко това ще бъдат само цели за оръжия на далечен обсег с корекция на траекторията на полета.
Успехът на Starship ще добави ешелон с космически удар към този набор, където целта ще бъде ударена от космоса в рамките на няколко десетки минути след получаване на заявка. Никой политически лидер в света не може да се чувства уверен, знаейки, че неизбежен волфрамов душ може да падне от космоса във всяка секунда.
На цена от 100 долара за килограм всички, които не са твърде мързеливи - фармацевтични компании, металургични, минни компании - ще се изкачат в космоса. По -късно ще говорим повече за икономиката на космоса. Ако е възможно, евтино изстрелване и извеждане на товари от орбита, космосът ще се превърне в новия Клондайк. Какво можем да кажем за 10 долара за килограм …
Напълно възможно е в момента да сме свидетели на историческо събитие, което може да се превърне в повратна точка в развитието на човечеството
Може ли този процес да спре?
Може би историята е непредсказуема. Човешката алчност, глупостта или просто инцидент - верига от провали, може да погребе всякакви, най -успешните начинания. Няколко големи инцидента Starship със смъртта на стотици хора са достатъчни и процесът на изследване на космоса отново може да бъде сериозно забавен, както беше през XX век.
В случай на получаване на едностранно предимство в космоса, САЩ ще започнат да водят много по -агресивна политика, отколкото сега. При липса на възможност за осигуряване на паритет в космоса, може да се спуснем до нивото на Северна Корея, седнали върху „ядрен куфар“и заплашвайки да подкопаем себе си, съседите и всички останали в случай на нещо (което очевидно по странни причини, дори се обръща към някои).
В тази връзка е необходимо да се обърне повишено внимание на космическата индустрия, състоянието на която в момента не предизвиква никакъв оптимизъм.
Вземете например проекта на свръх тежката ракета -носител „Енисей“/ „Дон“- достатъчно е да разгледате всички взаимно изключващи се изявления на различни ръководители и отдели по този проект и става ясно, че никой, по принцип знае защо се създава, нито какво е. в крайна сметка трябва да стане. Ако това е следващата „Ангара“, тогава проектът може да бъде закрит сега - няма смисъл да се харчат пари на хората за него.
В същото време Китай не седи безучастно.
В допълнение към разработването на традиционни ракети -носители, те активно изучават и възприемат американския опит, без да се колебаят да копират директно. Всичко е честно по въпросите на националната сигурност.
В Националния ден на космоса Китайският институт за ракетни изследвания говори за проекта за суборбитална ракетна система, която трябва да достави пътници от една точка на планетата до друга за по -малко от час.
Можем да кажем, че досега това са само чертежи, но Китай наскоро многократно е доказал способността си да навакса лидерите в различни отрасли на науката и индустрията.
Време е и Русия да остави настрана объркването и колебанията в космическата индустрия, да формулира ясно целите и да гарантира тяхното изпълнение по всякакъв начин.
Ако Китай и Русия могат да се конкурират със САЩ в космоса на ново технологично ниво, тогава ниските орбити ще бъдат само началото и човечеството наистина ще навлезе в нова ера, която досега съществува само на страниците на научнофантастичните романи.
