Илья
я могу многое
Илья Ведмеденко
Все записи
текст

Ракеты за копейки. На чем мы скоро будем летать в космос

Уходит в небытие «Протон-М», который еще недавно казался вечным. Мы также не увидим в будущем запусков «Союзов» и Ariane 5, Atlas V и Delta IV Heavy – тех самых, которые десятки лет были лицом космической отрасли. Вместе с развитием технологий появляются новые ракеты, которые навсегда изменят мир.
Ракеты за копейки. На чем мы скоро будем летать в космос

Rocket на стартовой площадке Фото: Astra Space

Циолковский больше ста лет назад обосновал применение ракет для космических полетов и пришел к выводу, что для них нужно использовать «ракетные поезда» – то есть многоступенчатые ракеты, которые мы сейчас и наблюдаем. Впереди наш мир ожидают настоящие ракетные революции. Связано это, главным образом, с развитием частного бизнеса и его внедрением в космические дела. Постараемся понять, какие ракеты потенциально способны изменить индустрию.

Самая грузоподъемная

Статус «самой мощной ракеты в истории» интригует, но, увы, это не про современные реалии. Мощнейшей ракетой из когда-либо созданных была, есть и будет американская Saturn V, которую использовали для полетов астронавтов к Луне в рамках программы «Аполлон». Ракету давно вывели из эксплуатации. Самая мощная ракета-носитель современности – Falcon Heavy – имеет несравнимо более скромный потенциал: она может вывести на низкую опорную орбиту (НОО) грузы массой до 63 т, что более чем вдвое меньше показателей Saturn V.

И все же появление Falcon Heavy символично: оно показало, что сверхтяжелые ракеты по-прежнему нужны. При этом самой мощной будет не Falcon Heavy и даже не вышеупомянутый дуэт Starship/Super Heavy. Таковым станет Space Launch System от Boeing. Этот «долгострой» хотели запустить еще в 2017-м, но старт постоянно переносили, как и постройку ракеты. На каком-то этапе стало казаться, что проект и вовсе может уйти в небытие, однако сейчас все изменилось. Дело в том, что SLS стала едва ли не ключевым элементом объявленной в 2019 году программы «Артемида», призванной вернуть американцев на спутник нашей планеты.


Space Launch System позволит многое. В базовой версии ракета сможет вывести на низкую опорную орбиту до 95 т, а в будущем ее модернизированная версия должна будет выводить более 130 т, что очень близко к номинальным показателям «Сатурна».

Чтобы оценить значение носителя, достаточно сказать, что все первые запуски в рамках «Артемиды» должен выполнить именно он. Иными словами, SLS действительно станет ракетой, которая изменит мир. При этом нужно понимать, что впереди у Boeing много работы и много вызовов, на которые только предстоит ответить.

Формально американцы не единственные, кто создает столь мощные ракеты. Ранее Россия объявила о старте работ над сверхтяжелым носителем «Енисей», а также его улучшенной версией «Дон», способной вывести на низкую околоземную орбиту до 140 т грузов. Однако в свете финансовых и технических проблем Роскосмоса надеяться на воплощение этих проектов «в металле» не приходится. К тому же у России нет активных программ, для которых нужны столь мощные ракеты.

Самая многоразовая

Хвалить или ругать Илона Маска – своего рода моветон. Всё всем и так давно понятно. Чтобы окончательно развеять сомнения, достаточно сказать, что сейчас его Falcon 9 – самая востребованная частная ракета-носитель на Земле: за 2019 год Falcon 9 FT летала 11 раз. Единственный, кто может с ней сравниться по номинальному числу запусков, – китайская «Чанчжэн-3B», но это ракета другого класса, имеющая меньшую грузоподъемность, чем детище SpaceX.

Успех компании не был бы столь громким, если бы не многоразовая первая ступень, которая может уменьшить цену запусков. 7 марта этого года SpaceX вернула первую ступень Falcon 9 уже в 50-й раз! Запуск, кстати, был историческим еще по одной причине: именно тогда космический корабль Dragon первого поколения отправился в космос последний раз. Теперь компания Маска будет использовать для полетов новую пилотируемую версию космического аппарата.

Фото: SpaceX / TNS, dailyrepublic.com

Бывают и неудачи. Так, 18 марта SpaceX вывела на орбиту очередную партию из 60 спутников системы Starlink. Но первую ступень Falcon 9, для которой это был уже пятый полет, не получилось вернуть. Однако подобного рода трудности не способны ни пошатнуть репутацию Falcon 9 как очень надежного носителя, ни лишить ее короны с надписью «единственная многоразовая ракета на Земле».

Фото: SpaceX sciencealert.com

Единственный, кто может нивелировать ее позиции, – сама SpaceX. Как известно, наиболее революционной ракетой будущего должен стать комплекс, который состоит из связки космического корабля Starship и ускорителя Super Heavy. Эту систему мы ранее знали под обозначением Big Falcon Rocket, а еще раньше – под наименованием Interplanetary Transport System. Изначально комплекс позиционировали как «самый-самый», способный вывести на низкую опорную орбиту до 300 т. Но время шло, и характеристики новой версии снизились до «скромных» 100 т: явно не та революция, о которой говорили изначально.

С другой стороны, SpaceX не отказывается от идеи сделать самый многоразовый носитель на планете. Как и первая ступень «Фэлкона», Super Heavy получит решетчатые рули, и после запуска она должна будет возвращаться на стартовую площадку. Корабль тоже будет многоразовый и тоже сможет возвращаться обратно.

Несмотря на все метаморфозы последних лет, перед нами по-прежнему очень крупный комплекс. Длина ускорителя Super Heavy – 68 м, на нем будет установлено 37 двигателей Raptor. Выполняющий роль второй ступени Starship в актуальной версии должен иметь длину 50 м, его планируют оснастить шестью двигателями Raptor.

По мнению Илона Маска, теоретический предел частоты Starship будет составлять до трех раз за сутки или до 1000 полетов в год. Иными словами, пара Starship и Super Heavy может за год доставить на орбиту 150 тыс. т полезной нагрузки, что больше суммарной грузоподъемности всех доступных ракет за год на Земле.

Все это было бы невозможным без уникального опыта SpaceX по созданию многоразовых ракет. Впрочем, нужны ли сейчас такие возможности? Дискуссионный вопрос. Сейчас и Starship, и Super Heavy выглядят, скорее, как инвестиции в будущее, нежели как «рабочие лошадки» космической индустрии. Словом, сделать точный прогноз на ближайшие десять лет пока не представляется возможным: нельзя исключать как провала Starship/Super Heavy, так и феноменального успеха SpaceX.

Самая дешевая

Гендиректор Rocket Lab Питер Бэк Фото: Phil Walter cnbc.com

Рынок коммерческих запусков захватит носитель, который предоставит самое выгодное соотношение цена/качество. До недавнего времени таковым казался легкий Electron от американской частной компании Rocket Lab. Двухступенчатая ракета может выводить на НОО грузы массой примерно 250 кг: в роли таковых выступают микро- и наноспутники. Стоимость запусков составляет всего лишь $6 млн, а с учетом планов Rocket Lab сделать свое детище многоразовым она может опуститься еще ниже.

Но даже этих преимуществ может оказаться недостаточно. Недавно у Rocket Lab появился конкурент в лице никому не известной раньше американской компании Astra Space. Команда инженеров хочет сделать почти невозможное: создать носитель со стоимостью одного запуска в $2,5 млн – то есть в разы меньше, чем стоит пуск Electron. Конструктивно детище Astra Space с незамысловатым названием Rocket представляет собой 12-метровую двухступенчатую ракету с пятью двигателями. По сравнению с Electron ракета от Astra будет иметь несколько меньшую нагрузку (75–200 кг), но это не должно стать серьезным препятствием в освоении рынка.


Новой ракете только предстоит доказать свою эффективность, в отличие от Electron, которая уже давно и успешно летает. На пути Astra Space могут возникнуть непредвиденные препятствия. В марте компания выбыла из конкурса DARPA Launch Challenge, где она была единственным участником, так как не смогла подготовить запуск ракеты в срок. А позже стало известно, что перспективный носитель получил повреждения во время подготовки к первому запуску. Но трудности не кажутся критическими, и в Astra Space не намерены отказываться от своей мечты, тем более что она сулит огромные возможности.

Сверхдешевый носитель Rocket 3.0 от компании Astra Space. forum.nasaspaceflight.com 

В целом пока и Rocket Lab, и Astra Space уверенно двигаются к поставленным целям. Это напрямую связано с научно-техническим прогрессом, который ведет к уменьшению космических аппаратов, в особенности – коммерческих спутников. Возможно, в будущем для обеспечения рынка носители среднего и тяжелого классов окажутся избыточными, что даст микроракетной революции новый импульс для развития.

Самая неприхотливая

Компанию Virgin Orbit (часть международного конгломерата Virgin Group) основали в 2017 году: целью этого стало обеспечение дешевого и надежного доступа в космос методом так называемого воздушного старта – когда носитель не взлетает с земли, а запускается самолетом-носителем. Зачем это нужно? Воздушный старт позволяет практически гарантировано запустить космический аппарат без привязки к космодрому, где погода может этому помешать.

Как это часто бывает, стройная техническая концепция столкнулась с практическими противоречиями. Это и риск потерять самолет, и ограничения полезной нагрузки, связанные с грузоподъемностью носителя, и дополнительные требования к спутникам, которые оптимизированы под обычные ракеты. Строго говоря, воздушный старт нельзя назвать успешной концепцией: почти все проекты в этом направлении провалились или были Space Launch System пересмотрены. Однако Virgin Orbit полна решимости реализовать начатое.

В основе концепции лежит ракета LauncherOne, запускаемая с самолета Cosmic Girl, представляющего собой переоборудованный Boeing 747-400. Перед запуском носитель подвешивают на пилоне под левым полукрылом, после чего самолет-носитель набирает высоту 10,5 км и сбрасывает ракету. В теории LauncherOne может вывести на орбиту 500 кг полезной нагрузки за примерно $10 млн.

Так будет выглядеть запуск ракеты самолетом-носителем от компании Virgin Orbit . facebook.com/virginorbitcom
Как мы уже говорили, реализовать воздушный старт пытались не раз. Но именно Virgin Orbit подошла к реализации максимально близко. Еще в апреле компания провела первые криогенные испытания ракеты LauncherOne: тогда вместо «штатного» жидкого кислорода инженеры Virgin Orbit заправили окислительный бак жидким азотом, имеющим близкую температуру кипения. А в мае Virgin Orbit получила одобрение на запуски с острова Гуама. Во время первого запуска, который должны провести уже в обозримом будущем, на орбиту выведут экспериментальные спутники для разных учреждений.


Еще один потенциально дешевый носитель создает компания Launcher. Недавно она подписала соглашение c Космическим центром имени Джона Стенниса, предполагающее испытания двигателя, который может быть использован для перспективной Rocket-1. Главная особенность двигателя – напечатанная на 3D-принтере камера сгорания: в Launcher считают, что такой подход даст возможность удешевить производство ракет.

Подводные камни космической отрасли

Вышеперечисленные ракеты – лишь небольшая часть новых носителей, которые в будущем заявят о себе. Так, в числе важных проектов – новый тяжелый носитель New Glenn от компании Blue Origin, имеющий многоразовую первую ступень. И хотя в нем нет ничего поистине революционного, совмещение проверенных и перспективных технологий (таких как применение нового метанового двигателя BE-4) позволит Blue Origin захватить часть рынка ракетно-космических услуг. И даже, возможно, потеснить SpaceX.

Остается только пожелать «частникам» всяческих удач. Они им особенно пригодятся в свете финансовых трудностей, вызванных пандемией коронавируса. Угроза со стороны инфекции уже заставила многих разработчиков ракетно-космической техники пересмотреть или даже свернуть свои программы. Один из показательных примеров – ситуация вокруг известной частной американской компании Bigelow Aerospace, которая не так давно уволила сотрудников и приостановила свою деятельность. Еще более говорящий инцидент произошел с компанией OneWeb, имевшей наполеоновские планы по обеспечению широкополосного Интернета, однако вынужденной объявить о банкротстве в марте этого года. Это событие уже сказалось на российской космической индустрии, которая лишилась важного заказчика: запускать спутники хотели с помощью наших «Союзов».


Сколько еще компаний свернет деятельность в результате кризиса? И как это повлияет на космическую индустрию? Спрогнозировать все это очень тяжело, но очевидно, что сильнее всего трудности такого рода скажутся на небольших компаниях, чье выживание напрямую зависит от немногочисленных контрактов, которые они успели заключить до кризиса. В меньшей степени пострадают гиганты, такие как Boeing и SpaceX, однако часть их проектов может пасть жертвой новых обстоятельств. В целом, можно почти не сомневаться, что по крайней мере часть проектов новых ракет найдет свое воплощение, несмотря на все проблемы и противоречия.


Технологии

Машины и Механизмы
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен
Всего 0 комментариев
Комментарии

Рекомендуем

Актуальное
Петросити
Поэма здоровья
Биосфера
Новиков Александр Иванович, персональный сайт
OK OK OK OK OK OK OK