Вызов ракетной классике, или что из себя представляют многоразовые космические системы

Космонавтика, начиная с полета первого искусственного спутника Земли, в подавляющем большинстве случаев использует одноразовые системы запуска. Проще говоря, для каждого старта изготовляется новая ракета, представляющая собой сложнейшее и очень дорогостоящее устройство.

Затратность такого подхода очевидна, однако иных, реально работающих технологий доставки грузов в космос, до последнего времени не существовало. Программы "Буран" и Space Shuttle (многоразовые челноки, приземляющиеся, как самолеты) никак не повлияли на состояние дел. Ведь рассчитаны они были не столько на достижение экономической эффективности, сколько на возможность спуска с орбиты крупногабаритных грузов. В последние годы предприняты попытки изменить ситуацию.

ЭКОНОМИЯ: ПОЛЕ ДЛЯ СПОРОВ

Деоккупация юга страны – как украинские военные отвоевывают территории

Запрет на передвижение по стране для военнообязанных – все детали

Ракетные удары по мирным украинским городам - июль 2022

Ядерный терроризм россии

Важнейшее преимущество многоразовых ракетных систем — удешевление вывода грузов на орбиту. Как минимум не нужно для каждого запуска собирать новые двигатели. Ведь стоимость одного РД-180 (российский двигатель, который США покупают для своих ракет) — не менее $10 млн за штуку, да и сама ракета тоже не дешева. Это ведь не просто цистерна для горючего, а сложная система, состоящая из всевозможных емкостей, трубопроводов и электроники. Другой пример: по утверждению владельца компании Space X Илона Маска, их ракета Falcon 9 стоит около $60 млн, и только $200 тыс. из этой огромной суммы приходится на топливо и прочие расходные материалы. Все остальное — "железо", которое теряется в космосе и сгорает в атмосфере. Если бы удалось использовать хотя бы первую ступень и ее двигатели, то экономия получилась бы огромной.

Именно поэтому энтузиасты многоразовых систем намерены отобрать немалую долю космических заказов у "одноразовой" космонавтики. Кроме экономики, здесь вмешиваются и государственные интересы. Лидеры в этом бизнесе — США и РФ, которых нельзя назвать партнерами. А тут еще часть американских ракет летает на российских двигателях. Понятно, что такая зависимость не может устраивать американцев, которых к тому же начинают подпирать на рынке молодые конкуренты — например, Индия, предлагающая недорогие ракеты собственного производства.

Однако у противников систем многоразового использования есть важные контраргументы. Оборудование в ходе полета (а теперь еще и спуска) подвергается жесточайшим механическим и температурным нагрузкам. Поиск неисправностей, замена деталей и тому подобные процедуры могут обойтись настолько дорого, что обесценят повторное использование техники. К тому же в любом случае надежность поработавшей в таких условиях техники снижается с каждым стартом.

SPACE X: ДОРОГА К МАРСУ

Компания Space X, принадлежащая культовому персонажу современного бизнеса Илону Маску (платежная система PayPal, электромобили Tesla), с 2010 года работает над многоразовым носителем. В апреле его команда уже во второй раз успешно посадила первую ступень тяжелой ракеты Falcon 9.

Поначалу пробовали использовать парашюты и посадку на воду. Но оборудование не выдерживало нагрузок, возникающих при таком спуске, а раскаленные конструкции коробились от контакта с морской водой. Более удачным оказалось торможение ракетным двигателем и посадка на плавучую платформу или на космодром в месте старта.

ПОСАДКА. После старта на высоте 80 км первая ступень ракеты Falcon 9 отделяется. Космический аппарат поднимается дальше на двигателях второй ступени. Выполнившая свою работу первая ступень с помощью собственной системы навигации нацеливается на посадочную площадку, выравнивается вертикально и начинает спуск, подтормаживая двигателями.

Наконец, происходит последнее включение двигателей. Скорость сближения с землей уже сопоставима со скоростью приземления парашютиста (5—6 м/с). Сжатый газ выталкивает из основания ступени углепластиковые "ноги", на которые и приземляется тридцатитонная сорокаметровая "труба".

МЕЧТА. Всю эту затею с посадкой ракеты двигают не только меркантильные соображения в виде удешевления доставки груза на орбиту, завоевание рынка космических перевозок и т. д. Илон Маск одержим идеей экспедиции на Марс. Одна из ключевых задач, которую нужно решить, — как посадить многотонные корабли на Красную планету в условиях разреженной атмосферы. Парашюты там не помогут. Единственный оставшийся способ — спуск на реактивной струе и посадка на опоры-лапы, то есть так, как это изображают в научной фантастике. Похоже, что в случае с Falcon 9 Илон Маск отрабатывает посадку на Марс, удачно совмещая свои опыты с коммерческим интересом.

BLUE ORIGIN: КОСМОТУРИЗМ

Вровень с командой Маска движется компания Blue Origin, созданная владельцем крупнейшего в мире интернет-магазина Amazon Джеффри Безосом.

КОСМОПРОГУЛКА. Если у Маска планы наполеоновские — отправка корабля Dragon на Марс, то Безос продвигает идею космического туризма. Для этой цели не нужно выходить на круговую орбиту вокруг Земли. "Туристический" корабль движется по параболе и в верхней точке пересекает границу атмосферы и космоса (находится на высоте 100 км). С точки зрения техники такая задача выглядит несколько проще, но теперь нужно учитывать требования законодательства о защите прав потребителей (например, обещания, что не будет нанесен вред здоровью туриста или что все его потребности будут удовлетворены).

Творение компании Blue Origin — капсула New Shepard — имеет 15 м в высоту и 6 м в диаметре у основания. Этого объема вполне хватает, чтобы 6 человек достигли границы атмосферы и космоса, несколько минут провели в невесомости и достаточно комфортно вернулись на Землю. Поднимать космотуристов в небо должна многоразовая ракета (называется она как и корабль — New Shepard). Как и у Илона Маска, у Безоса тоже не все развивалось гладко. Год назад при запуске, хотя сам корабль и приземлился благополучно, многоразовая ракета была потеряна. Последующие запуски оказались более удачными. Наконец, в апреле этого года система New Shepard опять дотянула до высоты 103 км. Корабль вернулся домой на парашютах, а поднимавшая его ракета благополучно опустилась на стартовую площадку. Этот полет стал первым случаем, когда удалось трижды использовать один космический корабль и выводящую его в космос ракету.

ВОПРОС ОТ ПРОФЕССИОНАЛОВ: А ЕСТЬ ЛИ СМЫСЛ?

Благодаря грамотным пиар-кампаниям проекты Space X и Blue Origin воспринимаются общественностью как технологические прорывы. Однако профессионалы смотрят на них более критично.

Многие обращают внимание на то, что многоразовые ракеты еще долго не смогут тягаться по грузоподъемности с традиционными одноразовыми. Хотя бы потому, что часть веса ракеты нужно отвести на топливо, которое тратится не на подъем полезного груза, а для спуска ступени. Для всевозможных микроспутников или прогулочных полетов это не так важно, но в случае более серьезных начинаний экономии уже не получится.

Идем дальше: на Землю возвращается только главная ступень с двигателем. Да, это самые дорогие части системы, но до сих пор неясно, в каком состоянии они вернутся, сколько усилий и денег нужно положить на то, чтобы снова привести их в рабочее состояние. Особенно это актуально для такого сложнейшего устройства, как двигатель. А в случае жесткой посадки (пока что такое наблюдается сплошь и рядом) восстанавливать систему уже не имеет смысла. Получается, что в обозримом будущем одноразовые ракеты, производимые по выверенным технологиям, требуют меньших затрат при хорошей надежности.