ОДНОПЛАНЕТНЫМ ВИДАМ НЕ ДАНО ВЫЖИТЬ

НАСА не доверяет SpaceX

   По всей видимости, о государственной монополии на космические полёты останется только добрая память. В связи с этим возникает вопрос о том, будет ли иметь успех космическая отрасль с коммерческой точки зрения, и какие условия для этого необходимы? Удастся ли частным аэрокосмическим компаниям вступить в эффективную конкуренцию с государственными, либо их уделом навсегда останутся перевозки грузов небольших объёмов на Международную космическую станцию (МКС)? По мнению сторонников последней точки зрения, намерения частной SpaceX не имеют под собой реального основания, а их оппонентами отмечается, что при помощи «частников» освоение космоса не будет таким дорогим.

Современные ракеты идеологически во многом напоминают первый летательный аппарат землян, вышедший в космос — ракету V-2.

   Копировать её было важнейшей задачей Иосифа Сталина в момент зарождения советской ракетной отрасли. В оснащении конструкций присутствуют жидкостные ракетные двигатели. Возвращение на землю произойдёт лишь небольшой одноразовой головной части. Дороговизна схемы и есть основная главная причина того, что полётов человечества на Луну насчитывается очень мало, а на Марс — не было вообще. Одноразовым космолётам не под силу было обеспечение регулярных межпланетных перевозок.

   Очевидность проблемы «ракетного» подхода наблюдалась до первого полета V-2. В 1941 году Ойгеном Зенгером в отношении немецких военных был предложен проект космолёта Silbervogel. По сути своей это многоразовая система с топливом внутри, применяющая при наборе высоты и планировании небольшие крылья.

Значительно больший прогресс наблюдался в США. Специально приехавший туда Вернер фон Браун (конструктор V-2) разработал в рамках парадигмы мощнейшую ракету Saturn, которая доставляла людей на Луну.

   Однако заокеанскому потомку V-2 суждено было остаться одноразовым, отчего стоимость лунной программы США превысила ВВП современной Белоруссии. Конгресс не изъявил желания финансировать проект в столь масштабном размере. В результате в США активизировался процесс, связанный с творческой переработкой многоразового космолёта — 2-го космического проекта Третьего рейха.

   Для этого был выбран крайне неудачный момент: космические челноки разрабатывались в момент завершения лунной программы и беспощадно урезанном бюджете НАСА. Для снижения стоимости разработки конструкция челнока упрощалась, и принимались решения, которые типичны для одноразовых ракет. Топливный бак стал несгораемым, а часть задач по выводу на орбиту было возложено на боковые ускорители, по окончании сбрасываемые в море. Необходимость их ремонта удорожала повторное использование. К тому же, ускорители из жидкотопливных превратились в твердотопливные. Благодаря подобным упрощениям, стоимость разработки снижалась, а эксплуатации — повышалась.

   Это привело к появлению шаттлов согласно задумке: дешёвых в разработке (6,75 млрд. долларов), однако дорогими в процессе полёта (18 тыс. долларов за 1 кг груза вместо 674). Это стало, своего рода, экологической катастрофой: доставлять грузы в космос стало более затратно, нежели на одноразовом «Протоне». Стремясь урезать затраты, систему эвакуации астронавтов не отработали в должной мере. Не было установлено даже катапультируемых кресел с нужной работоспособностью. Так шаттлы превратились в катастрофу в прямом смысле слова, унося огромное количество человеческих жизней по сравнению с остальными, вместе взятыми, космическими кораблями. Проблемы безопасности привели к прекращению полётов в 2011 году. После того, как произошло первое крушение шаттла, физик Ричард Фейнман, который расследовал его, справедливо отметил, что при необходимости в эффективных технологиях, реальность должна всегда стоять превыше пиара, поскольку природу невозможно одурачить.

   В словах Фейнмана есть доля истины. Проекты типа Silbervogel для многократного использования требуют совершенно иных технологий. Для их обрабатывания потребуются долгие годы и щедрое финансирование из бюджета.

   Несмотря на это, Илон Маск и SpaceX, которую он возглавляет, приступили к созданию многоразового носителя, находящегося в ладах с реальностью. Должной денежной суммы у бизнесмена не оказалось, поэтому он приступил к альтернативному решению. Стремясь не вызвать перегрева корпуса корабля, Маском предложена посадка его компонентов не при помощи торможения об атмосферу, а посредством неизрасходованной при выходе в космос сжигания части топлива обычных ракетных ступеней.

   В итоге был получен синтез одноразовой линии V-2 с многоразовым Silbervogel. Изготовление многоразового носителя производится из обычной одноразовой ракеты, минимизирующий стоимость и сроки разработки. Разумеется, это происходит посредством топлива для посадки ступеней, что приводит к снижению массы груза, выводимого на орбиту. Если учитывать многоактное применение первой и второй ступеней ракет семейства Falcon, стоимость доставки грузов, в конечном счёте, снижается.

   В данный момент, для Falcon 9 она находится на отметке 4,5 тысяч долларов за 1 кг при доставке на низкую орбиту. Для тяжёлого Falcon Heavy стоимость составляет приблизительно 2,5 тысяч долларов. Многоразовым версиям каждой из ракет-носителей должна соответствовать многократно сниженная цена, несмотря на снижение грузоподъёмности на 30 %.

   Отношение к программе Маска слишком скептическое. Согласно распространённому мнению, НАСА предпочитает сотрудничество с частными космическими компаниями. С их помощью она рассчитывает разрешить данную проблему по удешевлению космических полётов. Но на деле планы Маска в НАСА не вызывают энтузиазма. Частным космическим компаниям традиционно отводилась роль доставки грузов на МКС. В способность создавать корабли из многоступенчатых ракет многоразового типа в агентстве не верят вообще.

   В 2014 году произошло предостережение SpaceX от имени Дэна Дамбакера, заместителя первого помощника главы НАСА: попытки создания многоразовой системы приводят к тому, что стоимость её превышает одноразовую. Дамбакером лично производилась разработка многоразовых двигателей шаттла (RS-25). Во многом это удалось ему в теории, однако почти после каждого из полётов происходило обнаружение дефектов, которое приводило к смене тех или иных компонентов. Процедура сборки и разборки была очень долгой и сложной. В итоге двигатели челноков НАСА планируется применять для нового носителя Space Launch System. Это может происходить только однократно, поскольку сжигание их в атмосфере окажется дешевле по сравнению с повторным использованием.

   Выход SpaceX из данной ситуации окажется делом непростым. С одной стороны, специалистов НАСА, разрабатывавших двигатель шаттла, следует отнести к разряду профессионалов, и задача по созданию многоразовых двигателей выглядит весьма затруднительно. С другой стороны, решить проблему можно без долгого и трудного диагностирования и ремонта каждой из ступеней. Просто в НАСА в процессе выдачи технического задания на RS-25 следовало получить наиболее высокоэффективные в отношении удельного импульса ракетные двигатели на планете. Для этого рабочее давление в них сделали более 190 атмосфер, что повысило эффективность, а также нагрузки на двигатель. Это привело к постоянной потребности в осмотре и ремонте.

   Двигатели Merlin, применяемые SpaceX, не должны были достигать рекордной эффективности в силу более низкого рабочего давления. Поэтому сравнивать их ресурс с RS-25 напрямую, как в НАСА, не следует.

   Критика Роскосмоса в адрес Маска звучит нечасто. Но в ходе неофициальных бесед специалистами из России высказывается не меньше сомнений по сравнению с коллегами из США. Основные претензии к проекту связаны с планированием SpaceX перехода от спасения первой ступени к сложному процессу возвращения второй ступени. Даже при положительном исходе животрепещущим останется вопрос о переходе к многоразовым полётам. Производство космических аппаратов в данный момент относится к разряду малосерийных, а запуск, каким бы дорогим он не был, составляет меньшую часть стоимости.

   Помимо того, что SpaceX занимается разработкой многоразового корабля Dragon, имеются и другие соображения. Пока не начались массовые полёты в космос, производство космических аппаратов в крупносерийном формате, если речь не про большие серии крохотных спутников, затруднительно даже представить. Пока нами не будут получены многоразовые носители, особого смысла в указании на высокую стоимость выводимых аппаратов не будет.

   Разумеется, многоразовые ступени и космические корабли типа Dragon V2 выглядят логично, однако насколько это осуществимо? Посадка ракеты хвостом вниз на Землю на тяге ракетных двигателей до Маска было предложено в научной фантастике. В ходе проведения первых испытаний сделать это и не разбить ракету, не получилось. Поэтому возникает вопрос относительно реальности задачи, поставленной эксцентричным американцем.

   В принципе, идея с посадкой на хвост с применением ракетных двигателей далеко не нова. Впервые её применили в 1969 году на Луне, а затем в разные годы в СССР и США. Вопрос заключается не в допустимости посадки на хвост, а в стоимости.

   Если концепция многоразовости, с адептом в виде Маска, будет иметь успех, в мировой космической индустрии последуют перемены. Сказать о более значительной величине потерь Роскосмоса или коллег Маска из-за океана в млрд. долларов будет достаточно затруднительно.

   НАСА скептически относится к возможной удаче SpaceX. При этом полностью игнорируется тот факт, что при проектировании ракет и двигателей Маск сумел избежать ошибок, подобных НАСА с шаттлами. Поэтому агентством и развивается собственная ракетная программа SLS (Space Launch System) с официальной стоимостью 18 млрд. долларов, а неофициальной — в 41 млрд. Ставка государственного учреждения на провал относительно многоразовых решений SpaceX достигает нескольких десятков млрд. долларов. Стоимость вывода 1 кг груза для SLS составляет 18 тысяч долларов, что в 4 раза дороже по сравнению с одноразовым Falcon 9. В сравнении затрат с будущими многоразовыми проектами от SpaceX не имеется никакого смысла.

   Другие компании из США наподобие United Launch Alliance (ULA), как и НАСА считают идеи Маска малореальными. Однако ULA уже сейчас испытывает огромное давление цен со стороны SpaceX, осуществляя частичную разработку многоразовой ракеты-носителя Vulcan. Многоразовая часть первой ступени, в которой содержатся двигатели, будет падать после выработки топлива. Произойдёт выпуск парашютов, а затем часть по мере замедления поймается вертолётом непосредственно в воздухе, облегчая мягкую посадку. Несмотря на внешнюю авантюрность данной схемы, она является отработанной: именно так ещё в 1960–1970-х гг. именно собирались плёнки со спутников-шпионов.

   Дешёвые ракеты SpaceX оказывают давление не только на конкурентов в США. В июне 2015 года от Европейской Airbus поступило заявление, что планируется спасение двигателей первой ступени в будущей ракете Ariane 6. Они будут размещены в двигательный многоразовый отсек Adeline в первой ступени. Оснащение в виде 2 небольших крыльев и 2 складных пропеллеров поможет долететь до аэродрома после того, как возвратится в атмосферу. Европейцами, в отличие от ULA, воздушной акробатики с вертолётной ловлей двигателя, не планируется.

   Готовность Vulcan и Adeline планируется не ранее 2020 года. Отказ спасать топливный бак первой ступени и полное отсутствие идей относительно спасения второй ступени, как обязательное условие по удешевлению пусков в SpaceX, позволит снизить стоимость всего до 30%.

   Если говорить о России, то по сравнению с самыми высокими рисками западных конкурентов Маска, она рискует больше. В 2014 году произошёл запуск 32 ракет-носителей, что больше по сравнению с США и ЕС вместе взятыми. Россия — лидер по запускам в мире в данный момент. Но, как известно, по мере увеличения высоты, больнее и падать. Работ даже по частичному созданию многоразовых носителей в России не происходит. Причины данной «скромности в желаниях» лежат на поверхности. Вывод чужих коммерческих спутников с нашими «Протонами» дешевле, нежели Falcon 9, заведомо перекрывая предложения конкурентов. Реальность «многоразовой революции» вызывает у руководства космической отрасли России не меньшие сомнения, чем НАСА.

Невооружённым взглядом видны расхождения во взглядах: у всех крупных игроков космической отрасли (исключая SpaceX) отсутствует доверие к полностью многоразовым ракетам. И это несмотря на то, что конкуренция и вынудила многих из них сделать шаг к частичной многоразовости. Выступление Маска в роли первопроходца связано отнюдь не с бизнес-интересами. Всё, что делается SpaceX, является промежуточным этапом на пути к более амбициозным целям. В первую очередь, создание полностью многоразовых носителей Mars Colonial Transporter сверхтяжёлой категории на метановых двигателях Raptor.

    Поскольку нужной суммы для самостоятельной доводки у «марсианских» кораблей не имеется, Маском отрабатывается многоразовая технология на пусках «одноразовых» Falcon 9, финансируемых США. Шаги к 100% многоразовости, оцениваются конкурентами и НАСА в виде рискованных и нереалистичных.

   Нет ничего удивительно в том, что созданием полностью многоразовых кораблей вслед за ним заниматься не спешат. Конкуренты пришли в космос из бизнес-сферы в целях прибыли, а не колонизации Марса. Государственным конкурентам из НАСА жаль средств, поскольку они не верят в успех SpaceX. В агентстве полёт на Марс следует произвести по старинке: на одноразовых, дорогих, но знакомых и полностью понятных кораблях. Полностью в стороне от всего этого отстоит российская космическая отрасль. Полётов на Луну или Марс нами не планируется, поскольку это воспринимается не в виде научных исследований или колонизации, а для осуществления пропагандистской миссии. По мнению Дмитрия Рогозина, эти полёты не имеют никакой цели и никуда не ведут.

   Именно поэтому в России даже частично не разрабатываются многоразовые носители. Для тех, кто планирует ракету Mars Colonial Transporter, смысл рогозинского вопроса «Что делать на Марсе?» полностью теряется. Даже масштабные задачи, связанные с поисками жизни на планете красного цвета, представляют собой для иностранцев сопутствующий бонус. Некоммерческие идеи стремления SpaceX к Марсу выражены в 2013 году сотрудником НАСА Джоном Грансфельдом. Он считает, что однопланетным видам не дано выжить. Достаточно взглянуть на судьбу динозавров.

   В силу отсутствия мотивации, у нас не имеется аналогичных целей. Единственным фактором влияния на российскую отрасль космоса в случае развёртывании многоразовых Falcon Heavy Маском, является скромность размеров производственных мощностей. Вытеснение российских, американских и европейских рыночных конкурентов у него не получится. Жертвами № 1 непременно станут дорогие ракеты Airbus и ULA. Появляется надежда на время Роскосмоса для рывка к многоразовости, запланированного разработчиками РД-170 в глубоко советские времена. Разумеется, в этом случае произойдёт новая гонка «Бурана» за шаттлом. Однако в жизни иногда бежать за паровозом лучше, нежели стоять на месте.

p. s.  Не знаю на сколько новая статья но взгляд на многоразовость любопытная.