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

Вызов ракетной классике, или что из себя представляют многоразовые космические системы (фото)
Очередная попытка удешевить космические путешествия.


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
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.
Вызов ракетной классике, или что из себя представляют многоразовые космические системы (фото)

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.