XX amžiaus viduryje žmonija buvo sužavėta kosmoso. Pirmojo palydovo paleidimas, Gagarino skrydis, kosminis takas, nusileidimas Mėnulyje - atrodė šiek tiek daugiau - ir mes skrisime į žvaigždes, juolab kad ambicingi tarpplanetinių erdvėlaivių projektai iš tikrųjų egzistavo. Ir kaip bazės Mėnulyje, skrydžiai į Marsą - tai buvo kažkas savaime suprantamo.
Tačiau prioritetai pasikeitė. Praėjusio šimtmečio technologijos, nors ir leido įgyvendinti visa tai, kas išdėstyta aukščiau, buvo itin brangios. Norint išplėsti erdvę, remiantis praėjusio šimtmečio technologijomis, reiktų perorientuoti visų pirmaujančių pasaulio šalių ekonomiką, kad būtų išspręsta ši problema.
Intensyviai tyrinėjant kosmosą reikia išspręsti dvi pagrindines užduotis: pirmoji - užtikrinti galimybę paleisti į orbitą didžiulius didelių gabaritų krovinius, o antroji - sumažinti paleidimo į orbitą išlaidas vienam kilogramui naudingos apkrovos (PN).
Jei žmonija gana gerai susidorojo su pirmąja užduotimi, tai su antrąja - viskas pasirodė daug sudėtingiau.
Ilga kelionė į kosmosą (ir labai brangu)
Nuo pat pradžių raketos (LV) buvo vienkartinės. XX amžiaus technologijos neleido sukurti daugkartinio naudojimo raketos. Atrodo neįtikėtina, kai šimtai milijonų ar milijardų rublių / dolerių sudegina atmosferoje arba sudužo ant paviršiaus.
Įsivaizduokime, kad laivai būtų statomi tik vienam išėjimui į jūrą, o po to jie iškart būtų sudeginti. Ar šiuo atveju ateitų didžiųjų geografinių atradimų era? Ar Šiaurės Amerikos žemynas būtų kolonizuotas?
Mažai tikėtina. Greičiausiai žmonija būtų gyvenusi kaip izoliuoti civilizacijos centrai.
Galimybė paleisti didelius ir itin sunkius krovinius į žemos atskaitos orbitą (LEO) buvo įgyvendinta amerikietiškoje monstriškoje itin sunkiojoje raketoje „Saturn-5“. Būtent ši raketa, galinti į LEO gabenti 141 toną PN, leido Jungtinėms Valstijoms tapti tuo metu kosminių lenktynių lyderėmis, pristatančiomis Amerikos astronautus į Mėnulį.
Sovietų Sąjunga pralaimėjo lenktynes dėl mėnulio, nes negalėjo sukurti itin sunkios raketos, prilygstančios Saturnui-5.
O SSRS negalėjo sukurti itin sunkios raketos, nes trūko galingų raketų variklių. Dėl šios priežasties pirmame sovietų itin sunkaus penkių pakopų LV N-1 etape buvo sumontuota 30 NK-33 variklių. Atsižvelgiant į tai, kad tuo metu nebuvo kompiuterinės diagnostikos ir variklio veikimo sinchronizavimo galimybės, taip pat į tai, kad dėl laiko ir finansavimo stokos buvo atlikti viso LV arba pirmojo etapo surinkimo antžeminiai dinaminiai ir priešgaisriniai bandymai. nebuvo atliktas, visi bandomieji LV N-1 paleidimai baigėsi nesėkmingai pirmojo etapo etape.
Bandymas radikaliai sumažinti erdvėlaivio paleidimo į orbitą išlaidas buvo Amerikos kosminio laivo programa.
„Space Shuttle“daugkartinio naudojimo erdvėlaivyje (MTKK) buvo grąžinti du iš trijų komponentų - kietojo kuro stiprintuvai parašiutu pateko į vandenyną ir, patikrinę bei papildę degalus, galėjo būti panaudoti pakartotinai, o kosminis lėktuvas - šaudyklė, nusileido ant kilimo ir tūpimo tako pagal lėktuvo schemą. Atmosferoje degė tik skysto vandenilio ir deguonies bakas, kurio degalus naudojo šaudyklės varikliai.
„Space Shuttle“sistemos negalima klasifikuoti kaip itin sunkiosios raketos - didžiausia naudingosios apkrovos masė, kurią ji pateko į žemą atskaitos orbitą (LEO), buvo mažesnė nei 30 tonų, o tai prilygsta Rusijos nešančiosios raketos „Proton“naudingosios apkrovos rodikliams.
Sovietų Sąjunga į tai atsakė programa „Energy-Buran“.
Nepaisant išorinio kosminio šaudyklės ir „Energia-Buran“sistemos panašumo, jie turėjo esminių skirtumų. Jei kosminėje erdvėlaivyje paleidimą į orbitą atliko du daugkartinio naudojimo kietojo kuro kuro stiprintuvai ir pats erdvėlaivis, tai sovietiniame projekte „Buran“buvo pasyvi „Energia“nešančiosios mašinos apkrova. Pati „Energia“raketinė mašina pagrįstai gali būti priskirta „itin sunkiai“- ji sugebėjo į žemą atskaitos orbitą iškelti 100 tonų, tik 40 tonų mažiau nei Saturnas -5.
Remiantis raketu „Energia“, buvo numatyta sukurti „Vulcan“raketą su padidintu šoninių blokų skaičiumi iki 8 vienetų, galinčios LEO pristatyti 175–200 tonų naudingąją apkrovą, kuri leistų vykdyti skrydžius. į Mėnulį ir Marsą.
Tačiau įdomiausią įvykį galima pavadinti „Energy II“- „Hurricane“projektu, kuriame visi elementai turėjo būti pakartotinai naudojami, įskaitant orbitinį erdvėlaivį, antrojo etapo centrinį bloką ir pirmojo etapo šoninius blokus. SSRS žlugimas neleido įgyvendinti šio, be abejo, įdomaus projekto.
Nepaisant viso epinio pobūdžio, abi programos buvo sutrumpintos: viena - dėl SSRS žlugimo, o antroji - dėl didelio „pervežimo“nelaimingų atsitikimų, dėl kurių žuvo keliolika amerikiečių astronautų. Be to, „Space Shuttle“programa nepateisino lūkesčių, nes radikaliai sumažėjo naudingo krovinio paleidimo į orbitą kaina.
Užbaigus programą „Energia-Buran“, žmonijai nebeliko itin sunkių raketų. Rusija neturėjo tam laiko, o JAV gerokai prarado savo ambicijas kosminėje erdvėje. Norint išspręsti dabartines neatidėliotinas užduotis, abiejų šalių turimų paleidimo raketų visiškai pakako (išskyrus tai, kad laikinai trūksta Jungtinių Valstijų galimybės savarankiškai paleisti astronautus į orbitą).
Amerikos aviacijos ir kosmoso agentūra NASA palaipsniui suprojektavo itin sunkiąją raketą, kad išspręstų ambicingas užduotis: pavyzdžiui, skrydį į Marsą ar bazės Mėnulyje statybą. Vykdant „Constellation“programą, buvo sukurta itin sunki nešančioji raketa „Ares V“. Buvo manoma, kad „Ares-5“sugebės į LEO atnešti 188 tonų naudingos apkrovos ir į Mėnulį pristatys 71 toną PN.
2010 metais „Constellation“programa buvo uždaryta. „Ares-5“įvykiai buvo panaudoti naujoje programoje, skirtoje sukurti ypač sunkų LV-SLS (Space Launch System). Bazinės versijos itin sunki nešančioji raketa SLS turėtų sugebėti pristatyti 95 tonų naudingąjį krovinį LEO, o versijoje su padidinta naudingąja apkrova - iki 130 tonų. SLS LV konstrukcijoje naudojami varikliai ir kietojo kuro kuro stiprintuvai, sukurti kaip „Space Shuttle“programos dalis.
Tiesą sakant, tai bus kažkoks modernus „Saturn-5“persikūnijimas, panašus į jį tiek savybėmis, tiek kainomis. Nepaisant to, kad SLS programa greičiausiai bus baigta, ji nepadarys revoliucijos nei Amerikos, nei pasaulio astronautikai.
Tai sąmoningai aklavietės projektas.
Tokio pat likimo laukia ir Rusijos projektas „Yenisei / Don“super sunkioji raketa, jei jis bus pastatytas remiantis „tradiciniais“sprendimais, naudojamais kosminėse technologijose.
Apskritai, iki tam tikro momento situacija JAV ir Rusijoje buvo santykinai panaši: nei iš NASA, nei iš „Roskosmos“vargu ar būtume matę proveržio sprendimų dėl naudingosios apkrovos pateikimo į orbitą. Nieko naujo nepamatyta ir kitose šalyse. Kosmoso pramonė tapo labai konservatyvi.
Privačios įmonės viską pakeitė, ir visiškai natūralu, kad tai įvyko JAV, kur buvo sukurtos patogiausios sąlygos verslui.
Privati erdvė
Žinoma, pirmiausia kalbame apie „SpaceX“kompaniją Eloną Muską. Kai tik jo nepaskambino - sukčius, „sėkmingas vadybininkas“, „Ostapo Petrikovičiaus kaukė“ir pan., Ir taip toliau. Autorius viename iš šaltinių perskaitė pseudomokslinį straipsnį apie tai, kodėl „Falcon-9“neskraidys: jo kėbulas nėra tas pats, per plonas, o varikliai nėra vienodi, apskritai yra milijonas priežasčių, kodėl „ne“. Tokius vertinimus, beje, išreiškė ne tik nepriklausomi analitikai, bet ir pareigūnai, Rusijos valstybinių struktūrų ir įmonių vadovai.
Muskas buvo apkaltintas tuo, kad pats nieko nesukūrė (ir turėjo pats parengti visus projektinius dokumentus, o paskui pats surinkti nešančiąją transporto priemonę?), O „SpaceX“gavo daug informacijos ir medžiagos apie kitus projektus iš NASA (o „SpaceX“turėjo viską daryti nuo nulio, tarsi JAV kosminių programų prieš tai nebūtų buvę?).
Vienaip ar kitaip, bet raketos „Falcon-9“įvyko, ji pavydėtinai reguliariai skrenda į kosmosą, išdirbti pirmieji etapai nusileidžia tokiu pat reguliarumu, iš kurių vienas jau skrido 10 (!) Kartų. „Roskosmos“prarado didžiąją dalį rinkos, išleisdama naudingus krovinius į orbitą, o sukūrus daugkartinio naudojimo pilotuojamą erdvėlaivį „Crew Dragon“(„Dragon V2“) „SpaceX“ir Amerikos astronautų pristatymo į orbitą rinką.
Tačiau „SpaceX“taip pat turi „Falcon Heavy“raketą, galinčią LEO pristatyti daugiau nei 63 tonas. Šiuo metu tai yra sunkiausia ir naudingiausia nešančioji raketa pasaulyje. Pirmasis jo etapas ir šoniniai stiprintuvai taip pat yra daugkartinio naudojimo.
Kitas Amerikos milijardierius Jeffas Bezosas įkvepia „SpaceX“pakaušį. Žinoma, nors jos sėkmė yra daug kuklesnė, tačiau vis tiek yra pasiekimų. Visų pirma, tai yra naujo metano-deguonies variklio BE-4 sukūrimas, kuris bus naudojamas nešioklėje „New Glenn“ir raketoje „Vulcan“(kuri pakeis nešančiąją „Atlas-5“). Atsižvelgiant į tai, kad „Atlas-5“dabar skraido rusiškais RD-180 varikliais, pasirodžius BE-4, „Roskosmos“praras dar vieną pardavimo rinką.
Jungtinėse Amerikos Valstijose ir kitose šalyse yra šimtai naujų įmonių, kurios sukuria raketas ir kitus orlaivių tipus, kad galėtų paleisti naudingus krovinius į orbitą, pradedantiesiems kurti palydovus ir erdvėlaivius įvairiems tikslams, pramonines technologijas kosmosui, orbitinį turizmą., ir taip toliau.
Kur visa tai nuves?
Tai, kad kosmoso rinka sparčiai plėsis, o konkurencija dėl naudingo krovinio išleidimo į orbitą rinkoje žymiai sumažins jo pašalinimo iš skaičiavimo kainą vienam kilogramui.
„Space Shuttle“sistemos arba „Delta-4“raketos paleidimo į LEO 1 kg naudingo krovinio kaina yra apie 20 000 USD. Rusijos nešančiosios raketos „Proton“gali pristatyti naudingąją apkrovą LEO už mažiau nei 3 000 USD už kilogramą, tačiau šios raketos veikia su labai toksišku asimetrišku dimetilhidrazinu ir šiuo metu yra nebegaminamos. Pigūs, sukurti SSRS, Rusijos ir Ukrainos zenitai taip pat yra praeitis.
Raketa „Falcon-9“, jei naudojama pirmoji grąžinimo pakopa, gali paleisti naudingą krovinį į žemą atskaitos orbitą, kainuojančią mažiau nei 2 000 USD už kilogramą. Elono Musko teigimu, „Falcon-9“gali sumažinti naudingo krovinio paleidimo išlaidas iki 500–1100 USD už kilogramą.
Galima paklausti, kodėl dabar klientams yra daug brangiau išvežti naudingus krovinius?
Pirma, išlaidas lemia ne tik paleidimo kaina, bet ir rinkos sąlygos - konkurentų kainos. Koks kapitalistas atsisakytų papildomo pelno? Pelninga būti šiek tiek žemesnei už konkurentus, palaipsniui užkariauti rinką, o ne dempinguoti nieko neuždirbant, juolab kad tokioje konkrečioje kritinėje pramonėje, kaip kosmoso paleidimo rinka, kontroliuojančios struktūros bet kuriuo atveju palaikys kelis tiekėjus, net jei kainos kelis kartus didesnės nei konkurentų.
Galima daryti prielaidą, kad „SpaceX“kainų mažinimą paskatins tik konkurentai, atsirandantys susidūrus su „Blue Origin“su „New Glenn“raketu, arba kitos įmonės ir šalys, kurios sukurs priemones paleisti naudingus krovinius su mažomis paleidimo išlaidomis.
Tačiau dauguma pradedančiųjų ir perspektyvių projektų yra susiję su šimtus, daugiausia tūkstantį kilogramų sveriančio naudingo krovinio paleidimu į orbitą. Tai nepadarys revoliucijos erdvėje - norint sukurti ką nors didelio, reikės sunkių ir ypač sunkių daugkartinio naudojimo nešančiųjų raketų, o jų kaina bus maža. Ir čia, kaip jau matėme aukščiau, viskas liūdna.
Viskas, išskyrus svarbiausią „SpaceX“projektą, visiškai pakartotinai naudojamą „Starship“erdvėlaivį su visiškai pakartotinai naudojamu „Super Heavy“pirmuoju etapu
Daugkartinio naudojimo itin sunkus
Skirtumas tarp „Starship“(toliau - „Starship“kaip „Starship + Super Heavy“derinys) nuo visų kitų raketų yra tas, kad abi pakopos yra daugkartinio naudojimo. Tuo pačiu metu „Starship“naudingoji apkrova iki žemos atskaitos orbitos turėtų būti 100 tonų, tai yra, tai yra visavertė itin sunki raketa. „Starship“kompanijai „SpaceX“sukūrė naujus, unikalius uždarojo ciklo „Raptor“metano-deguonies variklius su visomis sudedamosiomis dalimis.
„SpaceX“planuoja visas savo raketas pakeisti „Starship“, įskaitant labai sėkmingą „Falcon 9“. Paprastai nepaprastai sunkios raketos paleidimas yra labai brangus - apie milijardą dolerių. Siekdama, kad paleidimo kaina būtų maža, „SpaceX“planuoja daug kartų naudoti abu etapus - po 100 paleidimų ir galbūt daugiau. Šiuo atveju kaina sumažės beveik dviem dydžiais - iki dešimties milijonų dolerių už paleidimą. Atsižvelgdami į maksimalią 100 tonų apkrovą, mes atnešime naudingos apkrovos į LEO kainą maždaug 100 (!) Dolerių už kilogramą.
Žinoma, grąžinamiems etapams reikės priežiūros, variklių keitimas po 50 paleidimų, degalų papildymas, antžeminės paslaugos turės būti mokamos, tačiau pats „Starship“greičiausiai kainuos mažiau nei milijardą dolerių, o jo gamybos ir priežiūros technologijos bus nuolat tobulinamos. patirtį įgyja „SpaceX“.
Tiesą sakant, Elonas Muskas teigia, kad „Starship“gali pasiekti maždaug 10 USD kilogramo naudingosios apkrovos paleidimo kainą, o bendra paleidimo kaina-1,5 mln. USD, o krovinio pristatymo į Mėnulį kaina bus apie 20–30 USD už kilogramą. tačiau tam reikia „Starship“paleisti kas savaitę.
Kur gauti tokių tomų?
Net kariuomenė tiesiog neturi tokio naudingo krūvio, kad jau yra civilinė erdvė - rinkos plėtra užtruks dešimtmečius.
Marso kolonizacija?
Vargu ar įmanoma apie tai rimtai kalbėti.
Mėnulio kolonizacija?
Arčiau „Starship“gali nuskandinti SLS ir antrą kartą nusiųsti amerikiečius į mėnulį. Bet tai yra dešimtys paleidimų, o ne šimtai ar tūkstančiai.
Tačiau „SpaceX“verslo planas yra kur kas realesnis nei kolonistų siuntimas į Marsą - naudojant „Starship“keleivių pervežimui tarp žemynų. Skrendant iš Niujorko į Tokiją per Žemės orbitą, skrydžio laikas bus apie 90 minučių. Tuo pačiu metu „SpaceX“planuoja užtikrinti eksploatacinį patikimumą šiuolaikinių didelių lėktuvų lygiu, o skrydžio kainą - tarpžemyninio verslo klasės skrydžio kainos lygiu.
Kroviniai gali būti pristatomi tuo pačiu būdu. Pavyzdžiui, JAV kariuomenė jau susidomėjo šia galimybe. Vienu skrydžiu planuojama pristatyti 80 tonų krovinių, o tai prilygsta transportinio lėktuvo „C-17 Globemaster III“galimybėms.
Apskritai: keleivių ir krovinių gabenimas, amerikiečių astronautų pristatymas į mėnulį ir galbūt į tolimesnius Saulės sistemos objektus, komercinių erdvėlaivių pašalinimas, kosminis turizmas ir kt., Ir pan. - „SpaceX“gali sumažinti naudingo krovinio pašalinimo išlaidas, nors tai būtų iki 100 USD už kilogramą.
Šiuo atveju „Starship“pradės naują erą kosmoso tyrinėjimuose ir už jos ribų.
Perspektyvos ir pasekmės
Į žvaigždžių laivą šiuo metu žiūrima šiek tiek įtariai. Atrodo, kad viskas yra gražu ant popieriaus, o „SpaceX“patirtis kalba pati už save, bet kažkaip viskas per daug rožinė?
Kartais kyla jausmas, kad šios sistemos potencialas tiesiog netelpa į JAV ginkluotųjų pajėgų vadovybės, NASA vadovybės, įvairių pramonės šakų įmonių savininkų ir vadovų mintis. Per ilgai net nedidelio naudingo krovinio paleidimas į kosmosą reiškė kelių milijonų dolerių išlaidas.
Kyla klausimas, kas atsitiks, kai 100 USD už kilogramą taps realybe?
Kai išsilavinę JAV gynybos departamento žmonės supras, kad įprasto tanko metimas į orbitą yra greitesnis ir pigesnis nei gabenimas kariniu transportiniu lėktuvu iš Amerikos žemyno į Europą, kokias išvadas jie padarys?
Ne, mes nematysime Abramų Mėnulyje, tačiau tankas nėra taikinys, tai tik būdas pristatyti sviedinį priešui. Ką daryti, jei lengviau gauti šį sviedinį tiesiai iš orbitos? Kaip greitai Jungtinės Valstijos pasitrauks iš Taikos kosmoso sutarties, jei jos (erdvėje) įgis strateginį pranašumą? Kaip greitai JAV kariuomenė pradės migruoti į orbitą?
Be to, net esamos galimybės į orbitą iškelti naudingus krovinius „Falcon-9“ir „Falcon Heavy“, kartu su masinio palydovų kūrimo technologijomis, pakaks, kad LEO būtų užstrigęs žvalgybos, vadovavimo ir ryšių palydovais, todėl kad JAV 24/365 stebės planetos paviršių. Pamirškite dideles sausumos pajėgas, karines grupuotes, mobiliąsias antžemines raketų sistemas - visa tai bus tik tolimojo ginklo taikiniai su skrydžio trajektorijos korekcija.
„Starship“sėkmė prie šio rinkinio pridės smūgio į kosmosą ešeloną, kuriame taikinys bus pasiektas iš kosmoso per kelias dešimtis minučių nuo užklausos gavimo. Nė vienas pasaulio politinis lyderis negali jaustis užtikrintai, žinodamas, kad neišvengiamas volframo lietus bet kada gali nukristi iš kosmoso.
Už 100 USD už kilogramą kainą visi netingi - farmacijos, metalurgijos, kalnakasybos kompanijos - lips į kosmosą. Daugiau apie kosmoso ekonomiką kalbėsime vėliau. Jei įmanoma, pigiai paleidžiant ir išimant krovinius iš orbitos, kosmosas taps naujuoju „Klondike“. Ką galime pasakyti apie 10 dolerių už kilogramą …
Visiškai įmanoma, kad šiuo metu mes esame istorinio įvykio, kuris gali tapti lūžiu žmonijos raidoje, liudininkai
Ar šis procesas gali sustoti?
Galbūt istorija yra nenuspėjama. Žmogiškas godumas, kvailumas ar tiesiog nelaimingas atsitikimas - nesėkmių grandinė gali palaidoti bet kokias sėkmingiausias įmones. Pakanka kelių didelių avarijų „Starship“, mirus šimtams žmonių, ir kosminių tyrimų procesas vėl gali būti labai sulėtintas, kaip tai buvo XX amžiuje.
Tuo atveju, jei kosmosas įgis vienašališką pranašumą, JAV pradės vykdyti daug agresyvesnę politiką nei dabar. Neturėdami galimybės užtikrinti pariteto erdvėje, mes galime nusileisti iki Šiaurės Korėjos lygio, sėdėdami ant „branduolinio lagamino“ir grasindami pakenkti sau, kaimynams ir visiems kitiems bet kokiu atveju (kas, matyt, dėl keistų priežasčių net kai kuriems patinka).
Šiuo atžvilgiu būtina skirti didesnį dėmesį kosmoso pramonei, kurios būklė šiuo metu nesukelia jokio optimizmo.
Paimkime, pavyzdžiui, itin sunkios raketos „Jenisejus“/ „Donas“projektą - pakanka pažvelgti į visus vienas kitą paneigiančius įvairių lyderių ir departamentų pareiškimus apie šį projektą, ir tampa aišku, kad niekas, iš esmės žino, kodėl ji kuriama, nei kas tai turėtų būti. Jei tai yra kita „Angara“, tuomet projektą galima uždaryti dabar - nėra prasmės tam leisti žmonių pinigų.
Tuo pačiu metu Kinija nesėdi be darbo.
Be tradicinių raketų kūrimo, jie aktyviai studijuoja ir perima amerikiečių patirtį, nedvejodami tiesiogiai kopijuoja. Viskas teisinga nacionalinio saugumo klausimais.
Nacionalinę kosmoso dieną Kinijos raketų tyrimų institutas prabilo apie suborbitinės raketų sistemos projektą, kuris turėtų pristatyti keleivius iš vieno planetos taško į kitą greičiau nei per valandą.
Galime sakyti, kad kol kas tai tik piešiniai, tačiau Kinija pastaruoju metu ne kartą įrodė savo sugebėjimą pasivyti įvairių mokslo ir pramonės šakų lyderius.
Taip pat atėjo laikas Rusijai atsisakyti painiavos ir svyravimų kosmoso pramonėje, aiškiai suformuluoti tikslus ir bet kokiomis priemonėmis užtikrinti jų įgyvendinimą.
Jei Kinija ir Rusija kosmose gali konkuruoti su JAV nauju technologiniu lygiu, tai žemos orbitos bus tik pradžia, ir žmonija iš tiesų žengs į naują erą, kuri iki šiol egzistuoja tik mokslinės fantastikos romanų puslapiuose.
