"В космос - на новеньком Rolls-Royce"

Для вывода любых грузов на орбиту Земли космические агентства по всему миру используют одну и ту же технологию: капсула с тем, что нужно поднять в небо, соединяется с мощной ракетой и отправляется вверх, сквозь атмосферу. Этому принципу уже более полувека, ведь первая баллистическая ракета была разработана в Третьем Рейхе в самом конце Второй мировой войны. После ее окончания эта технология попала в руки к инженерам по обе стороны «железного занавеса» и получила очень серьезное развитие. Современные «Протоны» и «Veg'и» уже имеют мало общего с FAU-2, при помощи которых немецкая армия надеялась переломить ход войны в Европе, однако принцип работы такого двигателя остается одним и тем же. В недрах ракеты с огромной температурой и скоростью сгорает топливо, а результат горения (газы) выходят из нее в виде реактивной струи, заставляя аппарат развивать немыслимые скорости.

Однако помимо самого принципа функционирования современные космические ракеты унаследовали и «детские болезни» старых моделей. Одна из них заключается в том, что в отличие от турбореактивных двигателей, которые используются в реактивных самолетах, двигатели ракет представляют собой замкнутую герметичную систему. А это значит, что кислород, требуемый для горения, необходимо перевозить в ракете вместе с топливом, а не получать его из атмосферы. Это значительно увеличивает вес ракеты, и для того, чтобы нарастить полезную нагрузку, нужно «залить» в ракету не только лишнее топливо, но и жидкий кислород, чтобы двигатель вообще мог работать. Замкнутая система оправдана на больших высотах, где кислорода либо нет вообще, либо его настолько мало, что он просто не сможет обеспечить сгорание топлива. Однако большую часть пути ракета теоретически может «дышать» кислородом из атмосферы.

К тому же все ракеты-носители одноразовые. Выходя на орбиту, они, по сути, разваливаются, отбрасывая отработанные ступени. Производство такой ракеты занимает не один месяц и требует серьезных финансовых затрат.

И, наконец, ракеты, в отличие от самолетов, при взлете не получают помощи от воздуха, а наоборот, вынуждены преодолевать сопротивление атмосферы. В результате этого 70% ракетного топлива тратится в первые 30 километров полета, а в безвоздушном пространстве расходуется остававшаяся треть бака.

Эти факторы приводят к тому, что стоимость вывода на орбиту одного килограмма груза стоит минимум 20 тысяч долларов. Поскольку это значительно замедляет развитие космической отрасли и внеземных исследований, ученые всего мира ищут альтернативу ракетному двигателю.

Одним из самых перспективных вариантов считается использование гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ГПВРД). Он позволяет развивать высокие скорости (теоретический предел - 30 тысяч километров в час) и при этом, пока плотность атмосферы позволяет, может «дышать» атмосферным кислородом, лишь потом переходя к использованию собственного окислителя. Это делает двигатель гораздо более экономичным.

Ученые различных стран пытаются найти этой технологии разное применение. Специалисты из США, переосмыслив идеи Жюля Верна, думают о постройке гигантской электромагнитной пушки, которая могла бы разогнать аппарат для скоростей, достаточных для перехода на гиперзвук. После «выстрела» снаряд сможет задействовать собственные двигатели и достигнуть околоземной орбиты за считанные минуты.

Однако самой интересной разработкой можно назвать британский самолет Skylon (это слово можно перевести как «небесный коготь»). На данный момент этот проект больше всего напоминает космические корабли, описанные фантастами. Он взлетает, как самолет, с обычной взлетной полосы, затем выходит на орбиту, доставляет туда груз и самостоятельно спускается на аэродром, после чего Skylon снова готов к запуску.

В отличие от современных космических кораблей, он не требует ракеты-носителя для взлета, а использует собственные двигатели в течение всего полета. Стоимость перевозок на таком аппарате будет примерно в 20 раз ниже, чем на самой дешевой современной ракете.

Компания Rolls-Royce приступила к разработке ГПВРД еще в 1984 году совместно с British Aerospace и Министерством обороны Великобритании. Однако годом позже правительственная поддержка проекта была прекращена, а потом от него отказалась и сама Rolls-Royce. До конца XX века проект выживал исключительно на общественном финансировании и энтузиазме инженеров Алана Бонда (создателя британского ГПВРД) и его соратников Джона Скотта и Ричарда Уорвилла, ушедших из знаменитого британского концерна.

В середине 2000-х Европейское космическое агентство вновь обратило внимание на британский проект и возобновило финансирование, а Rolls-Royce вновь взяла Skylon «под скрыло». В результате к 2014 году компания обещает создать рабочий двигатель такого аппарата, а в 2020-м новые орбитальные самолеты уже смогут совершать рейсы на орбиту.

Орбитальные самолеты смогут радикально изменить всю космическую отрасль: больше не будут нужны космодромы в современном понимании, для запуска кораблей не потребуется сложных приготовлений, да и сам корабль не нужно будет строить перед каждым запуском. Орбитальные перевозки станут гораздо дешевле и быстрее.

Мнения.ру спрашивают экспертов, какие перспективы они видят для аппаратов, подобных Skylon?

0 Александр Бауров Мнение высказывает Александр Бауров, менеджер по координации научных проектов космического кластера Фонда "Сколково"

Во-первых, проекты по ГПРД, то есть гиперзвуковым различным прямоточным двигателям, ведутся довольно давно, в основном на военном направлении. В США и Советском Союзе они велись лет тридцать назад. Ясное дело, что какие-то наработки не могли не утечь в гражданский сектор. Если они ушли в Великобританию - слава богу. Я уверен, что здесь есть задел, вышедший из military-сегмента.

Что касается технической реализуемости, все это вопрос материалов: 20 лет назад не было нормальных композитов, в доступности не было материалов, сочетающих необходимую прочность и легкость для создания подобных аппаратов. На рынке сейчас изменилось многое, что дает новые возможности, которых не было раньше. Конкретно про Skylon сказать не могу, поскольку специально этим проектом не занимался, но многие компании декларируют исследования новых форм горения. Недавно космический кластер Сколково поддержал проект по новой камере сгорания для обычного аэродвигателя. Исследования идут в области увеличения энергоэффективности и экономии расхода топлива либо перехода на новое средство выведения. Не знаю, получится ли это у Skylon, но сам факт, что они пытаются, является показателем перспективности. Если у них есть какой-то шанс на успех, то к 2020 году можно ожидать инвесторов в плане авиационной техники и в принципе венчурных фондов, которые обратят на них внимание.

Космическое агентство обращает внимание на многие разработки, но финансируются лишь немногие. Если речь идет о НИОКР и очень большой стоимости, то такие вещи обычно финансируются промышленниками, грантами или венчурными поддержками. Ни одна компания, ни одна лаборатория не может потянуть подобную стоимость в одиночку, рассчитывая продать потом IP. Так не делается. Обычно это делается под определенного заказчика.

Видимо, британцы выходят на новый уровень, и через какое-то время, к 2014 году будет понятно, декларируют ли они это на бумаге или это будет реализовано на железе. Но пока информации недостаточно.