În pragul unei revoluții în spațiu
Salvați această fotografie, ar putea fi foarte bine istoric
La mijlocul secolului al XX-lea, omenirea era fascinată de spațiu. Lansarea primului satelit, zborul lui Gagarin, plimbare în spațiu, aterizare pe Lună (Să facem imediat o rezervă, autorul consideră că negarea vizitei americanilor pe Lună este una dintre formele severe de obscurantism, asemănătoare cu negarea HIV, vaccinări și alte prostii generate de susținătorii „Pământului plat”. ”) – părea puțin mai mult – și vom zbura spre stele, mai ales că chiar existau proiecte ambițioase de nave interplanetare. Și în ceea ce privește bazele pe Lună, zborurile către Marte - asta era ceva de la sine înțeles.
Din punct de vedere tehnic, chiar și în secolul al XX-lea, omenirea ar putea foarte bine să realizeze cea mai mare parte a ceea ce a arătat regizorul Stanley Kubrick în filmul său științifico-fantastic „2001: A Space Odyssey”
Dar prioritățile s-au schimbat. Tehnologiile secolului trecut, deși au făcut posibilă implementarea tuturor celor de mai sus, au fost extrem de costisitoare. Expansiunea în spațiu folosind tehnologiile secolului trecut ar necesita o reorientare a tuturor economiilor principalelor țări ale lumii către rezolvarea acestei probleme.
Explorarea intensivă a spațiului cosmic necesită rezolvarea a două sarcini de bază: prima este asigurarea posibilității de a lansa pe orbită încărcături voluminoase masive, a doua este reducerea costului lansării pe orbită pe kilogram de sarcină utilă (PN).
Dacă omenirea a făcut față relativ bine primei sarcini, atunci cu a doua - totul s-a dovedit a fi mult mai dificil.
Drum lung spre spațiu (și foarte scump)
De la bun început, vehiculele de lansare (LV) au fost de unică folosință. Tehnologiile secolului al XX-lea nu au permis crearea unui vehicul de lansare reutilizabil. Pare incredibil când sute de milioane sau miliarde de ruble/dolari ard în atmosferă sau se prăbușesc la suprafață.
Imaginați-vă că au fost construite nave pentru o singură ieșire în mare, iar după aceasta ar fi arse imediat. Ar veni epoca marilor descoperiri geografice în acest caz? Ar fi fost colonizat continentul nord-american?
Cu greu. Cel mai probabil, omenirea ar fi trăit ca centre izolate de civilizație.
Posibilitatea de a lansa mărfuri mari și super-grele pe o orbită joasă de referință (LEO) a fost implementată în vehiculul de lansare monstruos super-greu Saturn-5 american. Această rachetă, capabilă să transporte 141 de tone de PN către LEO, a fost cea care a permis Statelor Unite să devină lideri în cursa spațială la acel moment, livrând astronauți americani pe Lună.
Vehiculul de lansare Saturn-5 a făcut posibilă aterizarea unui om pe Lună
Uniunea Sovietică a pierdut cursa pentru Lună, deoarece nu a putut crea un vehicul de lansare super-greu comparabil cu Saturn V.
Și URSS nu a putut crea un vehicul de lansare supergreu din cauza lipsei de motoare puternice de rachetă. Din această cauză, 1 de motoare NK-30 au fost instalate simultan pe prima treaptă a vehiculului de lansare super-greu sovietic în cinci trepte N-33. Având în vedere lipsa posibilității de diagnosticare computerizată și sincronizare a funcționării motorului la acel moment, precum și faptul că din cauza lipsei de timp și de finanțare, testele dinamice la sol și pe bancul de tragere ale întregului vehicul de lansare sau a ansamblului primei etape nu au fost efectuate, toate lansările de probă ale vehiculului de lansare N-1 s-au încheiat fără succes în etapa primei etape.
Lansați vehiculul H-1
O încercare de a reduce radical costul lansării PN-urilor pe orbită a fost programul American Space Shuttle (Space Shuttle - navetă spațială).
În naveta spațială de transport reutilizabilă (MTKK), două dintre cele trei componente au fost returnate - propulsoare cu combustibil solid pe o parașută împroșcate în ocean și, după verificare și alimentare, au putut fi refolosite, iar naveta spațială, a aterizat pe pistă. conform schemei aeronavei. În atmosferă a ars doar rezervorul pentru hidrogen lichid și oxigen, combustibilul din care era folosit de motoarele navetei.
Space Shuttle
Sistemul navetei spațiale nu poate fi atribuit vehiculelor de lansare super-grele - greutatea maximă a încărcăturii pe care a pus-o pe orbită joasă de referință (LEO) a fost mai mică de 30 de tone, ceea ce este comparabil cu sarcina utilă a vehiculului de lansare rusesc Proton.
Uniunea Sovietică a răspuns cu programul Energia-Buran.
În ciuda similitudinii externe a navetei spațiale și a sistemului Energia-Buran, acestea au avut diferențe cheie. Dacă în naveta spațială lansarea pe orbită a fost efectuată de două propulsoare reutilizabile cu combustibil solid și nava spațială în sine, atunci în proiectul sovietic Buran a fost încărcătura pasivă a vehiculului de lansare Energia. Vehiculul de lansare Energia în sine poate fi clasificat pe bună dreptate drept unul „supergreu” - a fost capabil să pună 100 de tone pe o orbită de referință joasă, cu doar 40 de tone mai puțin decât Saturn-5.
„Energie-Buran”
Pe baza vehiculului de lansare Energia, s-a planificat crearea vehiculului de lansare Vulkan cu numărul de blocuri laterale crescut la 8, capabil să livreze 175–200 de tone de sarcină utilă către LEO, ceea ce ar permite zboruri către Lună și Marte.
Cu toate acestea, cea mai interesantă dezvoltare poate fi numită proiectul „Energia II” - „Uraganul”, în care toate elementele trebuiau să fie reutilizabile, inclusiv avionul spațial orbital, blocul central al celei de-a doua etape și blocurile laterale ale primei etape. . Prăbușirea URSS nu a permis, fără îndoială, să se realizeze acest proiect interesant.
Cu toată epicitatea lor, ambele programe au fost reduse: unul - din cauza prăbușirii URSS, iar al doilea - din cauza ratei mari de accidente a „navetelor” care au ucis o duzină și jumătate de astronauți americani. În plus, programul navetei spațiale nu a fost la înălțimea așteptărilor în ceea ce privește o reducere radicală a costului lansării unei sarcini utile pe orbită.
După finalizarea programului Energia-Buran, omenirii nu mai aveau vehicule de lansare super-grele. Rusia nu a fost la înălțime, iar Statele Unite și-au pierdut semnificativ ambițiile spațiale. Pentru a rezolva problemele stringente actuale, vehiculele de lansare disponibile ambelor țări au fost destul de suficiente (cu excepția lipsei temporare a capacității Statelor Unite de a lansa independent astronauții pe orbită).
Agenția aerospațială americană NASA a realizat treptat proiectarea unui vehicul de lansare super-greu pentru rezolvarea unor sarcini ambițioase: precum zborul spre Marte sau construirea unei baze pe Lună. Ca parte a programului Constellation, a fost dezvoltat vehiculul de lansare super-greu Ares-5 (Ares V). S-a presupus că Ares-5 va fi capabil să lanseze 188 de tone de sarcină utilă către LEO și să livreze 71 de tone de sarcină utilă pe Lună.
Ares V
În 2010, programul Constellation a fost închis. Evoluțiile de pe Ares-5 au fost folosite în noul program de creare a unui vehicul de lansare supergreu - SLS (Space Launch System - sistem de lansare în spațiu). Vehiculul de lansare supergreu SLS în versiunea de bază ar trebui să transporte 95 de tone de sarcină utilă la LEO, iar în versiunea cu capacitate de sarcină utilă crescută, până la 130 de tone de sarcină utilă. Designul vehiculului de lansare SLS folosește motoare și propulsoare cu propulsie solidă create ca parte a programului navetei spațiale.
Vehicul de lansare supergreu SLS
De fapt, va fi un fel de reîncarnare modernă a lui Saturn-5, asemănătoare acestuia atât din punct de vedere al caracteristicilor, cât și al costului. În ciuda faptului că programul SLS, cel mai probabil, va fi încă adus la capăt, nu va face o revoluție nici în astronautica americană, nici în cea mondială.
Acesta este, evident, un proiect fără fund.
Aceeași soartă o așteaptă și proiectul rusesc al vehiculului de lansare super-greu Yenisei/Don, dacă este construit pe baza soluțiilor „tradiționale” folosite în tehnologia spațială.
Concepte ale unui vehicul de lansare super-greu rus promițător
În general, până la un anumit punct, situația în Statele Unite și în Rusia a fost relativ similară: nici de la NASA, nici de la Roskosmos, cu greu am fi văzut soluții inovatoare în ceea ce privește lansarea unei sarcini utile pe orbită. Și nu s-a văzut nimic nou în alte țări. Industria spațială a devenit foarte conservatoare.
Totul a fost schimbat de companiile private și este destul de firesc că acest lucru s-a întâmplat în Statele Unite, unde s-au creat cele mai confortabile condiții pentru afaceri.
spatiu privat
Desigur, în primul rând vorbim despre compania SpaceX a lui Elon Musk. De îndată ce nu a fost chemat - un escroc, „manager de succes”, „Mască Ostap Petrikovici” și așa mai departe și așa mai departe. Autorul a citit pe una dintre resurse un articol științific despre motivul pentru care vehiculul de lansare Falcon-9 nu va zbura: corpul său nu este același, este prea subțire, iar motoarele nu sunt la fel, în general, există o milioane de motive pentru care „nu”. Apropo, astfel de evaluări au fost exprimate nu numai de analiști independenți, ci și de oficiali, șefi ai structurilor și întreprinderilor de stat ruse.
Musk a fost acuzat că nu a dezvoltat nimic el însuși (și a trebuit să facă el însuși toată documentația de proiectare și apoi să asambleze singur vehiculul de lansare?), și că SpaceX a primit o mulțime de informații și materiale despre alte proiecte de la NASA (și SpaceX). trebuia să facă totul de la zero, de parcă programele spațiale nu existau în Statele Unite înainte de el?).
Într-un fel sau altul, vehiculul de lansare Falcon-9 a avut loc, zboară în spațiu cu o regularitate de invidiat, primele etape petrecute aterizează cu aceeași regularitate, dintre care una a zburat deja de 10 (!) ori. Roskosmos a pierdut o mare parte din piața de lansare a încărcăturii utile și, după crearea navei spațiale cu echipaj reutilizabil Crew Dragon (Dragon V2) de către SpaceX, piața pentru livrarea cosmonauților americani pe orbită.
Decolarea vehiculului de lansare Falcon-9, aterizarea primei etape reutilizabile și a navei spațiale reutilizabile cu echipaj Crew Dragon
Dar SpaceX are și o rachetă grea Falcon Heavy, capabilă să transporte peste 63 de tone către LEO. În acest moment, este cel mai greu și mai ridicat vehicul de lansare disponibil în lume. Prima etapă și amplificatoarele laterale sunt, de asemenea, reutilizabile.
Decolarea vehiculului de lansare Falcon Heavy și aterizarea sincronă a propulsoarelor laterale
Compania Blue Origin a unui alt miliardar american Jeff Bezos respiră în spatele capului SpaceX. Desigur, în timp ce succesele sale sunt mult mai modeste, dar există încă realizări. În primul rând, aceasta este crearea unui nou motor metan-oxigen BE-4, care va fi utilizat în vehiculul de lansare New Glenn și în vehiculul de lansare Vulcan (care ar trebui să înlocuiască vehiculul de lansare Atlas-5). Având în vedere că Atlas-5 zboară acum pe motoarele rusești RD-180, după apariția BE-4, Roscosmos va pierde o altă piață de vânzare.
În SUA și în alte țări, există sute de start-up-uri pentru crearea de vehicule de lansare și alte tipuri de aeronave pentru lansarea sarcinilor utile pe orbită, start-up-uri pentru crearea de sateliți și nave spațiale în diverse scopuri, tehnologii industriale pentru spațiu, turismul orbital și așa mai departe și așa mai departe.
La ce vor duce toate acestea?
Faptul că piața spațială se va extinde rapid, iar concurența pe piața pentru lansarea încărcăturilor utile pe orbită va duce la o reducere semnificativă a costului lansării sale din calculul pe kilogram.
Costul lansării a 1 kg de sarcină utilă către LEO cu sistemul de navetă spațială sau racheta Delta-4 este de aproximativ 20 USD. Lansatoarele rusești de protoni pot livra o sarcină utilă către LEO pentru mai puțin de 000 de dolari pe kilogram, dar aceste rachete funcționează cu dimetilhidrazină asimetrică extrem de toxică și sunt acum scoase din producție. Ieftine, dezvoltate în URSS, „Zeniții” ruso-ucraineni sunt și ei un lucru din trecut.
Costul estimat al lansării unei sarcini utile de către diferite vehicule de lansare (datele pot diferi în diferite surse, dar ordinea prețurilor rămâne aceeași)
Vehiculul de lansare Falcon-9, atunci când este utilizat cu o primă etapă de întoarcere, poate lansa o sarcină utilă pe o orbită de referință joasă la un cost de mai puțin de 2 USD per kilogram. Potrivit lui Elon Musk, Falcon-000 poate reduce costul lansării unei încărcături utile la 9-500 USD per kilogram.
S-ar putea întreba, de ce este mult mai scump pentru clienți să scoată încărcături utile acum?
În primul rând, costul este determinat nu numai de costul lansării, ci și de condițiile pieței - prețurile concurenților. Ce capitalist ar refuza profitul suplimentar? Este benefic să fii puțin mai jos decât concurenții, captând treptat piața, mai degrabă decât să faci dumping, fără a câștiga nimic, mai ales că într-o industrie critică atât de specifică precum piața de lansare în spațiu, structurile de control vor suporta în orice caz mai mulți furnizori, chiar dacă un singur preț. va fi de câteva ori mai mare decât concurentul.
Se poate presupune că doar apariția concurenților în fața Blue Origin cu vehiculul său de lansare New Glenn sau alte companii și țări care vor crea mijloace pentru lansarea încărcăturilor utile cu un cost de lansare scăzut va împinge prețurile SpaceX în jos.
Cu toate acestea, majoritatea startup-urilor și proiectelor promițătoare se referă la lansarea pe orbită a unei sarcini utile care cântăresc sute, maximum o mie de kilograme. Nu va revoluționa spațiul – pentru a construi ceva mare va necesita vehicule de lansare reutilizabile grele și super grele, cu un cost scăzut pentru a pune o sarcină utilă pe orbită. Și aici, așa cum am văzut mai sus, totul este trist.
Totul, cu excepția proiectului emblematic al SpaceX, nava spațială Starship complet reutilizabilă, care are și o primă etapă Super Heavy complet reutilizabilă.
Reutilizabil super greu
Diferența dintre Starship (denumită în continuare Starship ca o combinație de Starship + Super Heavy) de toate celelalte vehicule de lansare este că ambele etape sunt reutilizabile. În același timp, capacitatea de transport a navei pe o orbită joasă de referință ar trebui să fie de 100 de tone, adică este o rachetă super-grea cu drepturi depline. Pentru Starship, SpaceX a dezvoltat noi motoare unice Raptor metan-oxigen, un ciclu închis, cu gazeificare completă a componentelor.
Starship în comparație cu alte vehicule de lansare super-grele
SpaceX intenționează să înlocuiască toate vehiculele sale de lansare, inclusiv super-succesul Falcon-9, cu vehiculul de lansare Starship. De obicei, lansarea unei rachete super-grele este extrem de costisitoare - aproximativ un miliard de dolari. Pentru a reduce costul lansării, SpaceX intenționează să folosească ambele etape de mai multe ori - 100 de lansări și, eventual, mai multe. În acest caz, costul va scădea cu aproape două ordine de mărime - până la zece milioane de dolari per lansare. Ținând cont de încărcătura maximă de 100 de tone, obținem costul lansării încărcăturii utile către LEO la nivelul de aproximativ 100 (!) dolari pe kilogram.
Desigur, etapele de întoarcere vor necesita întreținere, înlocuirea motorului după 50 de lansări, realimentarea, serviciile la sol vor trebui plătite, dar Starship în sine va costa cel mai probabil mai puțin de un miliard de dolari, iar tehnologiile sale de producție și întreținere se vor îmbunătăți continuu pe măsură ce experiența este acumulată.de către SpaceX.
Instalarea unui prototip reutilizabil Super Heavy prima etapă
De fapt, Elon Musk susține că Starship poate atinge un cost de lansare a încărcăturii utile de aproximativ 10 USD per 1 kilogram, cu un cost total de lansare de 1,5 milioane USD, iar costul livrării mărfurilor pe Lună va fi de aproximativ 20-30 USD per 1 kilogram. dar pentru aceasta este necesar să se asigure lansarea săptămânală a Starship.
De unde să obțineți astfel de volume?
Chiar și armata pur și simplu nu are încă un număr atât de mare de încărcături utile, cu atât mai puțin spațiu civil - dezvoltarea pieței va dura zeci de ani.
Colonizarea lui Marte?
Cu greu este posibil să vorbim serios despre asta.
Colonizarea lunii?
Deja mai aproape, Starship poate „scufunda” SLS-ul și trimite americanii pe Lună a doua oară. Dar acestea sunt zeci de lansări, nu sute sau mii.
Instalarea navei spațiale reutilizabile Starship pe prima etapă a Super Heavy
Cu toate acestea, SpaceX are un plan de afaceri care este mult mai realist decât trimiterea de coloniști pe Marte este utilizarea Starship pentru transportul intercontinental de pasageri. Când zburați de la New York la Tokyo pe orbita Pământului, timpul de zbor va fi de aproximativ 90 de minute. În același timp, SpaceX intenționează să asigure fiabilitatea operațiunii la nivelul avioanelor mari moderne, iar costul zborului - la nivelul costului unui zbor transcontinental la clasa business.
În același mod, mărfurile pot fi livrate. De exemplu, armata americană a devenit deja interesată de această posibilitate. Pentru un zbor, este planificat să livreze 80 de tone de marfă, ceea ce este comparabil cu capacitățile aeronavei de transport C-17 Globemaster III.
Luate împreună: transportul de pasageri și mărfuri, livrarea astronauților americani pe Lună și, eventual, la obiecte mai îndepărtate ale sistemului solar, lansarea de nave spațiale comerciale, turismul spațial și așa mai departe - SpaceX poate oferi foarte bine o reducere a costului de lansare a unei încărcături utile, deși la nivelul de 100 de dolari pe kilogram.
În acest caz, Starship va deschide o nouă eră în explorarea spațiului și nu numai.
Perspective și consecințe
În acest moment, Starship este privită cu oarecare suspiciune. Se pare că totul este frumos pe hârtie, iar experiența SpaceX vorbește de la sine, dar cumva totul este prea roz?
Uneori există sentimentul că capacitățile potențiale ale acestui sistem pur și simplu nu se potrivesc în șeful conducerii forțelor armate americane, conducerea NASA, proprietarii și managerii întreprinderilor din diverse industrii. Prea mult timp, introducerea în spațiu chiar și a unei sarcini utile mici a însemnat costuri de milioane de dolari.
Întrebarea este, ce se va întâmpla când 100 de dolari pe kilogram va deveni realitate?
Când oamenii alfabetizați din Departamentul Apărării al SUA își dau seama că aruncarea unui tanc condiționat pe orbită este mai rapidă și mai ieftină decât transportul cu o aeronave de transport militar aviaţie de pe continentul american până în Europa, la ce concluzii vor ajunge?
Nu, nu vom vedea Abrams pe Lună, dar tancul nu este o țintă, este doar o modalitate de a livra un proiectil inamicului. Și dacă ar fi mai ușor să livrezi acest proiectil direct de pe orbită? Cât de repede se vor retrage Statele Unite din tratatul privind spațiul cosmic pașnic dacă vor obține un avantaj strategic în el (în spațiu)? Cât de repede va începe armata SUA să migreze pe orbită?
Mai mult, chiar și capacitățile existente de încărcare utilă pe orbită Falcon-9 și Falcon Heavy, combinate cu tehnologiile prin satelit de construcție în masă, vor fi suficiente pentru a bloca LEO cu sateliți de informații, comandă și comunicații, ceea ce duce la faptul că Statele Unite vor monitoriza suprafața planetei 24/365. Uitați de forțele mari de suprafață, grupurile militare, sistemele mobile de rachete terestre - toate acestea vor fi doar ținte pentru arme distanță lungă cu corectare a traiectoriei de zbor.
Succesul Starship va face posibilă adăugarea unui eșalon spațial de lovitură la acest set, când ținta va fi lovită din spațiu în câteva zeci de minute de la primirea unei cereri. Niciun lider politic din lume nu se poate simți încrezător știind că un inevitabil duș de tungsten ar putea cădea din spațiu în orice secundă.
La un preț de 100 de dolari kilogramul, toată lumea și alții vor urca în spațiu - companii farmaceutice, metalurgice, mineritului. Mai târziu vom vorbi mai multe despre economia spațiului. Cu posibilitatea de a lansa și dezorbit marfă ieftin, spațiul va deveni noul Klondike. Ce putem spune despre 10 dolari pe kilogram...
Este probabil ca chiar acum, sub ochii noștri, să aibă loc un eveniment istoric care ar putea deveni un punct de cotitură în dezvoltarea omenirii.
Se poate opri acest proces?
Poate că istoria este imprevizibilă. Lăcomia umană, prostia sau doar un accident - un lanț de eșecuri care poate îngropa orice, cele mai de succes întreprinderi. Câteva accidente majore de nave stelare cu moartea a sute de oameni sunt suficiente, iar procesul de explorare a spațiului poate încetini din nou foarte mult, așa cum sa întâmplat deja în secolul al XX-lea.
În cazul obținerii unui avantaj unilateral în spațiu, Statele Unite vor începe să urmeze o politică mult mai agresivă decât este acum. În absența capacității de a asigura paritatea în spațiu, s-ar putea foarte bine să alunecăm până la nivelul Coreei de Nord, stând pe o „valiză nucleară” și amenințând să ne subminăm pe noi înșine, pe vecinii noștri și pe toți ceilalți dacă se întâmplă ceva (ceea ce, aparent, chiar îi impresionează pe unii din motive ciudate).
În acest sens, este necesar să se acorde o atenție sporită industriei spațiale, a cărei stare în acest moment nu provoacă niciun optimism.
Luați, de exemplu, proiectul de lansare super-grea Yenisei / Don - doar uitați-vă la toate declarațiile care se exclud reciproc ale diverșilor lideri și departamente cu privire la acest proiect și devine clar că nimeni, în principiu, nu știe de ce este creat. , nici cum este ar trebui să devină în cele din urmă. Dacă aceasta este o altă Angara, atunci proiectul poate fi închis chiar acum - nu are sens să cheltuiți banii oamenilor pe asta.
În același timp, China nu stă cu mâinile în brațe.
Pe lângă dezvoltarea vehiculelor de lansare convenționale, aceștia studiază și adoptă în mod activ experiența americană, fără a fi stânjeniți de copierea directă. În probleme de securitate națională, toate mijloacele sunt bune.
De Ziua Națională a Spațiului, Institutul de Cercetare a Rachetelor din China a dezvăluit un proiect pentru un sistem de rachete suborbitale care ar duce pasagerii dintr-un punct al planetei în altul în mai puțin de o oră.
Sistemul de transport suborbital chinez îți amintește de ceva?
Prezentarea sistemului de transport suborbital chinezesc
Putem spune că până acum acestea sunt doar desene, dar China și-a dovedit în mod repetat capacitatea de a ajunge din urmă lideri din diverse domenii ale științei și industriei.
De asemenea, este timpul ca Rusia să lase deoparte confuzia și șovăiala din industria spațială, să formuleze clar obiective și să asigure implementarea lor prin orice mijloace.
Dacă China și Rusia pot concura cu Statele Unite în spațiu la un nou nivel tehnologic, atunci orbitele joase vor fi doar începutul, iar omenirea va intra cu adevărat într-o nouă eră care până acum există doar în paginile romanelor științifico-fantastice.
informații