Sredinom 20. stoljeća čovječanstvo je bilo fascinirano svemirom. Lansiranje prvog satelita, Gagarinov let, svemirska šetnja, sletanje na Mjesec - činilo se malo više - i letjet ćemo do zvijezda, pogotovo jer su postojali ambiciozni projekti međuplanetarnih svemirskih letjelica. A kao baze na Mjesecu, letovi do Marsa - to je bilo nešto što se uzimalo zdravo za gotovo.
Ali prioriteti su se promijenili. Tehnologije prošlog stoljeća, iako su omogućile implementaciju svega navedenog, bile su izuzetno skupe. Proširenje svemira zasnovano na tehnologijama prošlog stoljeća zahtijevalo bi preusmjeravanje svih ekonomija vodećih zemalja svijeta na rješavanje ovog problema.
Intenzivno istraživanje svemira zahtijeva rješavanje dva osnovna zadatka: prvi je osigurati mogućnost lansiranja masivnog glomaznog tereta u orbitu, a drugi je smanjenje troškova lansiranja u orbitu po kilogramu korisnog tereta (PN).
Ako se čovječanstvo relativno dobro nosilo s prvim zadatkom, onda se s drugim pokazalo da je sve bilo mnogo složenije.
Dugo putovanje u svemir (i veoma skupo)
Od samog početka, lansirna vozila (LV) su bila za jednokratnu upotrebu. Tehnologija 20. stoljeća nije dopuštala stvaranje lansirnog vozila za višekratnu upotrebu. Čini se nevjerojatnim kada stotine miliona ili milijardi rubalja / dolara izgori u atmosferi ili padne na površinu.
Zamislimo da bi se brodovi gradili samo za jedan izlaz na more, a nakon toga bi odmah bili spaljeni. Da li bi u ovom slučaju nastupila era velikih geografskih otkrića? Da li bi sjevernoamerički kontinent bio koloniziran?
Malo vjerovatno. Najvjerovatnije bi čovječanstvo živjelo kao izolirana civilizacijska središta.
Mogućnost lansiranja velikih i super teških tereta u niskoreferentnu orbitu (LEO) implementirana je u američkoj monstruoznoj superteškoj raketi-nosaču Saturn-5. Upravo je ova raketa, sposobna da prenese 141 tonu PN -a u LEO, omogućila Sjedinjenim Državama da postanu lideri u svemirskoj trci u to vrijeme, isporučivši američke astronaute na Mjesec.
Sovjetski Savez izgubio je utrku za Mjesec jer nije mogao stvoriti superteško lansirno vozilo uporedivo sa Saturnom-5.
A SSSR nije mogao stvoriti superteško lansirno vozilo zbog nedostatka snažnih raketnih motora. Zbog toga je 30 motora NK-33 ugrađeno u prvu fazu sovjetskog super teškog petostupanjskog LV N-1. Uzimajući u obzir nepostojanje mogućnosti kompjuterske dijagnostike i sinhronizacije rada motora u to vrijeme, kao i činjenicu da su zbog nedostatka vremena i financijskih sredstava provedena dinamička i vatrogasna ispitivanja cijelog NN -a ili sklopa prve faze nije provedeno, sva probna lansiranja LV N-1 završila su neuspjehom u fazi prve faze.
Pokušaj radikalnog smanjenja troškova lansiranja svemirske letjelice u orbitu bio je američki program Space Shuttle.
U svemirskoj letjelici za višekratnu upotrebu (MTKK) svemirske letjelice vraćene su dvije od tri komponente - pojačivači na čvrsto gorivo padobranom su se spustili u ocean i, nakon provjere i punjenja gorivom, mogli su se ponovo koristiti, a svemirski avion - šatl, sletio je na pisti prema šemi aviona. U atmosferi je izgorio samo spremnik za tekući vodik i kisik, čije su gorivo koristili motori šatla.
Sistem spejs šatla ne može se klasifikovati kao super -teško lansirno vozilo - najveća težina korisnog tereta koji je stavio u nisku referentnu orbitu (LEO) bila je manja od 30 tona, što je uporedivo sa performansama korisnog tereta ruske rakete -nosača Proton.
Sovjetski Savez je odgovorio programom Energy-Buran.
Unatoč vanjskoj sličnosti Space Shuttle-a i sistema Energia-Buran, one su imale ključne razlike. Ako su u svemirskom šatlu lansiranje u orbitu izvršila dva pojačala za višekratnu upotrebu na čvrsto gorivo i sama svemirska letjelica, onda je u sovjetskom projektu Buran bio pasivno opterećenje rakete-nosača Energia. Sama lansirna lampa Energia s pravom se može pripisati "superteškoj" - bila je sposobna staviti 100 tona u nisku referentnu orbitu, samo 40 tona manje od Saturna -5.
Na temelju lansirne lance Energia planirano je stvaranje lansirnog vozila Vulcan sa povećanim brojem bočnih blokova na 8 komada, sposobnih isporučiti 175-200 tona korisnog tereta LEO-u, što bi omogućilo obavljanje letova do Mjeseca i Marsa.
Međutim, najzanimljiviji razvoj može se nazvati projekt "Energy II" - "Hurricane", u kojem su svi elementi trebali biti za višekratnu upotrebu, uključujući orbitalni svemirski avion, središnji blok druge faze i bočne blokove prve faze. Raspad SSSR -a nije dopustio realizaciju ovog, bez sumnje, zanimljivog projekta.
Uprkos svom epskom karakteru, oba programa su skraćena: jedan - zbog raspada SSSR -a, i drugi - zbog velike stope nesreća "šatlova" u kojima je poginulo desetak američkih astronauta. Osim toga, program Space Shuttle nije ispunio očekivanja u smislu radikalnog smanjenja troškova lansiranja korisnog tereta u orbitu.
Nakon završetka programa Energia-Buran, čovječanstvu nisu preostala superteška lansirna vozila. Rusija za to nije imala vremena, a Sjedinjene Države su značajno izgubile svemirske ambicije. Za rješavanje trenutnih hitnih zadataka, lansirna vozila dostupna objema državama bila su sasvim dovoljna (osim privremenog nedostatka sposobnosti Sjedinjenih Država da samostalno lansiraju astronaute u orbitu).
Američka svemirska agencija NASA postupno je izradila dizajn super teškog lansirnog vozila za rješavanje ambicioznih zadataka: poput leta do Marsa ili izgradnje baze na Mjesecu. Kao dio programa Constellation, razvijena je superteška lansirna naprava Ares V. Pretpostavljalo se da će "Ares-5" moći donijeti 188 tona korisnog tereta u LEO, te isporučiti 71 tonu PN na Mjesec.
Godine 2010. program Constellation je zatvoren. Događaji na "Ares-5" su korišteni u novom programu za stvaranje super teškog LV-SLS (Space Launch System). Superteško lansirno vozilo SLS u osnovnoj verziji trebalo bi biti sposobno isporučiti 95 tona korisnog tereta LEO -u, a u verziji s povećanim korisnim teretom - do 130 tona korisnog tereta. Dizajn SLS LV koristi motore i pojačivače na čvrsto gorivo stvorene u sklopu programa Space Shuttle.
Zapravo, to će biti neka vrsta moderne reinkarnacije "Saturna-5", slične mu i po karakteristikama i po cijeni. Unatoč činjenici da će se SLS program, najvjerojatnije, ipak dovršiti, on neće revolucionirati ni američku ni svjetsku astronautiku.
Ovo je namjerno slijepi projekt.
Ista sudbina čeka i ruski projekat superteške lansera Yenisei / Don, ako je izgrađen na osnovu „tradicionalnih“rješenja koja se koriste u svemirskoj tehnologiji.
Općenito, do određenog trenutka situacija u Sjedinjenim Državama i Rusiji bila je relativno slična: ni iz NASA -e, ni iz Roskosmosa teško da bismo mogli vidjeti neka revolucionarna rješenja u smislu postavljanja korisnog tereta u orbitu. Ništa novo nije viđeno ni u drugim zemljama. Svemirska industrija postala je vrlo konzervativna.
Privatne kompanije su promijenile sve, i sasvim je prirodno da se to dogodilo u Sjedinjenim Državama, gdje su stvoreni najudobniji uslovi za poslovanje.
Privatni prostor
Naravno, prije svega govorimo o kompaniji SpaceX Elonu Musku. Čim ga nisu pozvali - prevarant, "uspješan menadžer", "Ostap Petrikovich Mask" i tako dalje, i tako dalje. Autor je na jednom od izvora pročitao pseudonaučni članak o tome zašto lansirna raketa Falcon-9 neće letjeti: njeno tijelo nije isto, previše je tanko, a motori nisu isti, općenito postoje milion razloga zašto "ne". Takve ocjene, inače, nisu iznijeli samo nezavisni analitičari, već i zvaničnici, čelnici ruskih državnih struktura i preduzeća.
Musk je optužen za činjenicu da on sam nije ništa razvio (i morao je sam izraditi svu projektnu dokumentaciju, a zatim sam sastaviti lansirno vozilo?), Te da je SpaceX dobio mnogo informacija i materijala o drugim projektima iz NASA -e (i SpaceX je morao sve raditi od nule, kao da svemirski programi prije toga nisu postojali u Sjedinjenim Državama?).
Na ovaj ili onaj način, ali lansirno vozilo Falcon-9 se dogodilo, leti u svemir sa zavidnom pravilnošću, razrađene prve etape slijeću istom pravilnošću, od kojih je jedna već letela 10 (!) Puta. Roskosmos je izgubio veći dio tržišta za lansiranje korisnog tereta u orbitu, a nakon stvaranja SpaceX -a svemirske letjelice Crew Dragon za višekratnu upotrebu (Dragon V2) s ljudskom posadom i tržišta za isporuku američkih astronauta u orbitu.
Ali SpaceX takođe ima raketu Falcon Heavy koja može isporučiti LEO preko 63 tone. To je trenutno najteže i nosivo nosivo vozilo na svijetu. Njegovi prvi stupanj i bočni pojačivači su također za višekratnu upotrebu.
Još jedan američki milijarder, Jeff Bezos, diše u potiljak SpaceX -u. Naravno, iako su njeni uspjesi mnogo skromniji, ali postignuća još uvijek ima. Prije svega, ovo je stvaranje novog motora s metanom i kisikom BE-4, koji će se koristiti u lansirnom vozilu New Glenn i u lansirnom vozilu Vulcan (koje će zamijeniti lansirno vozilo Atlas-5). S obzirom da Atlas-5 sada leti na ruskim motorima RD-180, nakon pojavljivanja BE-4, Roskosmos će izgubiti još jedno prodajno tržište.
U Sjedinjenim Državama i u drugim zemljama postoji stotine start-upova za stvaranje lansirnih vozila i drugih tipova aviona za lansiranje korisnog tereta u orbitu, start-up za stvaranje satelita i svemirskih letjelica za različite namjene, industrijske tehnologije za svemir, orbitalni turizam, i tako dalje i tako dalje.
Kuda će sve ovo odvesti?
Činjenica da će se svemirsko tržište brzo širiti, a konkurencija na tržištu za postavljanje korisnog tereta u orbitu dovest će do značajnog smanjenja troškova njegovog uklanjanja iz izračuna za jedan kilogram.
Cijena lansiranja 1 kg korisnog tereta u LEO sistemom Space Shuttle ili raketom Delta-4 iznosi oko 20.000 USD. Ruska lansirna vozila Proton mogu isporučiti LEO -u korisni teret za manje od 3.000 dolara po kilogramu, ali ove rakete rade na visoko otrovnom asimetričnom dimetilhidrazinu i trenutno su van proizvodnje. Jeftini, razvijeni u SSSR-u, rusko-ukrajinski Zeniti su također prošlost.
Nosač Falcon-9, pod uvjetom da se koristi prva faza povratka, može lansirati korisni teret u nisku referentnu orbitu po cijeni manjoj od 2.000 USD po kilogramu. Prema Elonu Musku, Falcon-9 potencijalno može smanjiti troškove lansiranja korisnog tereta na 500-1100 dolara po kilogramu.
Moglo bi se pitati, zašto je sada toliko skuplje za kupce da preuzimaju teret?
Prvo, trošak ne određuju samo troškovi lansiranja, već i tržišni uvjeti - cijene konkurenata. Koji bi se kapitalist odrekao ekstraprofita? Isplativo je biti nešto niži od konkurenata, postupno osvajajući tržište, a ne damping bez ikakve zarade, pogotovo jer će u tako specifičnoj kritičnoj industriji kao što je tržište lansiranja svemira, kontrolne strukture u svakom slučaju podržavati nekoliko dobavljača, čak i ako jedan ima cijene nekoliko puta veće od konkurenata.
Može se pretpostaviti da će smanjenje cijena SpaceX -a biti potaknuto samo pojavom konkurenata u odnosu na Blue Origin sa svojim lansirnim vozilom New Glenn ili druge kompanije i zemlje koje će stvoriti sredstva za lansiranje korisnog tereta s niskim troškovima lansiranja.
Međutim, većina pokretanja i obećavajućih projekata vezani su za lansiranje korisnog tereta teškog stotine, najviše hiljadu kilograma, u orbitu. Ovo neće revolucionirati svemir - izgradnja nečeg velikog zahtijevat će teška i super teška lansirna vozila za višekratnu upotrebu s niskim troškovima lansiranja korisnog tereta u orbitu. I ovdje je, kao što smo već vidjeli gore, sve tužno.
Sve osim najvažnijeg projekta SpaceX -a, svemirske letjelice Starship za višekratnu upotrebu sa prvom fazom Super Heavy za višekratnu upotrebu
Super težak za višekratnu upotrebu
Razlika između Starship -a (u daljnjem tekstu Starship kao kombinacija Starship + Super Heavy) od svih ostalih lansirnih vozila je u tome što se obje faze mogu ponovo koristiti. Istovremeno, korisno opterećenje Zvjezdanog broda na niskoj referentnoj orbiti trebalo bi biti 100 tona, odnosno to je punopravna superteška raketa. Za Starship, SpaceX je razvio nove, jedinstvene Raptor motore sa metanom i kisikom zatvorenog ciklusa sa potpuno komponentnim rasplinjavanjem.
SpaceX planira zamijeniti sva svoja lansirna vozila sa Starship -om, uključujući vrlo uspješan Falcon 9. Obično je lansiranje superteške rakete izuzetno skupo - oko milijardu dolara. Kako bi troškovi lansiranja bili niski, SpaceX planira koristiti obje faze više puta - po 100 lansiranja, a možda i više. U ovom slučaju, cijena će pasti za gotovo dva reda veličine - do deset miliona dolara po lansiranju. Uzimajući u obzir maksimalno opterećenje od 100 tona, dobit ćemo troškove dovođenja korisnog tereta u LEO na nivou od oko 100 (!) Dolara po kilogramu.
Naravno, za povratne etape bit će potrebno održavanje, zamjena motora nakon 50 pokretanja, dolijevanje goriva, usluge na kopnu morat će se platiti, ali sam Starship će najvjerojatnije koštati manje od milijardu dolara, a njegove tehnologije proizvodnje i održavanja stalno će se poboljšavati. iskustvo stječe SpaceX.
U stvari, Elon Musk navodi da Starship potencijalno može postići troškove lansiranja korisnog tereta od oko 10 USD po kilogramu sa ukupnim troškom lansiranja od 1,5 miliona USD, a troškovi isporuke tereta na Mjesec bit će oko 20-30 USD po kilogramu. ali ovo zahtijeva da se Starship lansira na sedmičnoj osnovi.
Gdje nabaviti takve količine?
Čak ni vojska jednostavno nema toliki teret, da već postoji civilni prostor - razvoj tržišta trajat će desetljećima.
Kolonizacija Marsa?
Teško je o ovome ozbiljno govoriti.
Kolonizacija Mjeseca?
Bliže, Starship bi mogao potopiti SLS i poslati Amerikance po drugi put na Mjesec. Ali ovo su desetine lansiranja, a ne stotine ili hiljade.
Međutim, SpaceX ima poslovni plan daleko stvarniji od slanja kolonista na Mars - koristeći Starship za prijevoz putnika na međukontinentalnom planu. Kada letite iz New Yorka u Tokio kroz Zemljinu orbitu, vrijeme leta bit će oko 90 minuta. U isto vrijeme, SpaceX planira osigurati operativnu pouzdanost na nivou modernih velikih aviona, a cijenu leta - na nivou cijene transkontinentalnog leta u poslovnoj klasi.
Teret se može isporučiti na isti način. Na primjer, američka vojska se već zainteresirala za ovu priliku. Planirano je isporučiti 80 tona tereta u jednom letu, što je uporedivo sa sposobnostima transportnog aviona C-17 Globemaster III.
Sve u svemu: prijevoz putnika i tereta, isporuka američkih astronauta na Mjesec, a možda i na udaljenije objekte Sunčevog sistema, povlačenje komercijalnih svemirskih letjelica, svemirski turizam i tako dalje, i slično, i slično - SpaceX bi mogao osigurati smanjenje troškova povlačenja korisnog tereta, iako bi to bilo do nivoa od 100 USD po kilogramu.
U ovom slučaju, Starship će otvoriti novu eru u istraživanju svemira i šire.
Izgledi i implikacije
Zvjezdani brod se trenutno gleda s određenom sumnjom. Čini se da je sve lijepo na papiru, a iskustvo SpaceX -a govori samo za sebe, ali nekako je sve previše ružičasto?
Ponekad postoji osjećaj da se potencijal ovog sistema jednostavno ne uklapa u misli rukovodstva oružanih snaga SAD -a, uprave NASA -e, vlasnika i menadžera preduzeća u raznim industrijama. Predugo je lansiranje čak i malog tereta u svemir značilo višemilionske troškove.
Pitanje je, šta se dešava kada 100 dolara po kilogramu postane stvarnost?
Kad će obrazovani ljudi u američkom Ministarstvu obrane shvatiti da je bacanje konvencionalnog tenka u orbitu brže i jeftinije od transporta vojnim transportnim zrakoplovom s američkog kontinenta u Europu, do kojih će zaključaka doći?
Ne, Abrams nećemo vidjeti na Mjesecu, ali tenk nije meta, to je samo način isporuke projektila neprijatelju. Šta ako je lakše izvaditi ovaj projektil iz orbite? Koliko brzo će se SAD povući iz Ugovora o mirnom svemiru ako steknu stratešku prednost u njemu (u svemiru)? Koliko brzo će američka vojska početi migrirati u orbitu?
Štoviše, čak i postojeće mogućnosti za postavljanje korisnog tereta u orbitu u obliku Falcon-9 i Falcon Heavy, u kombinaciji s tehnologijama za masovnu izgradnju satelita, bit će dovoljne da LEO bude zakrčen izviđačkim, komandnim i komunikacijskim satelitima, što dovodi do činjenice da će Sjedinjene Države 24/365 nadzirati površinu planete. Zaboravite na velike površinske snage, vojne grupe, mobilne kopnene raketne sisteme - sve će to biti samo mete za oružje dugog dometa s korekcijom putanje leta.
Uspjeh Starship -a će ovom skupu dodati ešalon svemirskih udara, gdje će meta biti pogođena iz svemira u roku od nekoliko desetina minuta nakon prijema zahtjeva. Nijedan politički lider na svijetu ne može se osjećati samouvjereno znajući da bi neizbježan tufram mogao pljusnuti iz svemira u svakoj sekundi.
Po cijeni od 100 dolara po kilogramu, svi koji nisu previše lijeni - farmaceutske kompanije, metalurške, rudarske kompanije - popeće se u svemir. Kasnije ćemo više govoriti o ekonomiji svemira. Ako je moguće, jeftino lansiranje i uklanjanje tereta iz orbite, svemir će postati novi Klondike. Šta reći o 10 dolara po kilogramu …
Sasvim je moguće da upravo sada svjedočimo povijesnom događaju koji bi mogao postati prekretnica u razvoju čovječanstva
Može li se ovaj proces zaustaviti?
Možda je priča nepredvidiva. Ljudska pohlepa, glupost ili samo nesreća - lanac neuspjeha, može pokopati bilo koji, najuspješniji poduhvat. Nekoliko velikih nesreća Starship sa smrću stotina ljudi je dovoljno, a proces istraživanja svemira može se opet ozbiljno usporiti, kao što je to bilo već u XX vijeku.
U slučaju da steknu unilateralnu prednost u svemiru, Sjedinjene Države će početi provoditi mnogo agresivniju politiku nego što je to sada slučaj. U nedostatku mogućnosti za osiguranje pariteta u svemiru, mogli bismo se spustiti na nivo Sjeverne Koreje, sjesti na „nuklearni kofer“i prijetiti da ćemo potkopati sebe, susjede i sve ostale u slučaju bilo čega (što je, očito, iz čudnih razloga, čak se i dopada nekima).
S tim u vezi potrebno je posvetiti povećanu pažnju svemirskoj industriji čije stanje u ovom trenutku ne izaziva optimizam.
Uzmimo, na primjer, projekt superteške lansirne rakete "Yenisei" / "Don" - dovoljno je pogledati sve međusobno isključive izjave različitih vođa i odjela o ovom projektu, i postaje jasno da nitko, u principu, zna zašto se stvara, niti šta je to što bi na kraju trebalo postati. Ako je ovo sljedeća "Angara", onda se projekt sada može zatvoriti - nema smisla trošiti novac ljudi na njega.
Istovremeno, Kina ne sjedi skrštenih ruku.
Osim što razvijaju tradicionalna lansirna vozila, oni aktivno proučavaju i usvajaju američko iskustvo, ne ustručavajući se izravno kopirati. Sve je pošteno u pitanjima nacionalne sigurnosti.
Na Nacionalni dan svemira, Kineski institut za raketna istraživanja govorio je o projektu suborbitalnog raketnog sistema koji bi trebao isporučiti putnike s jedne tačke planete na drugu za manje od jednog sata.
Možemo reći da su to dosad samo crteži, ali Kina je nedavno više puta dokazala svoju sposobnost da sustigne lidere u različitim granama znanosti i industrije.
Vrijeme je i za Rusiju da ostavi po strani zabunu i kolebanje u svemirskoj industriji, jasno formulira ciljeve i osigura njihovo provođenje na bilo koji način.
Ako se Kina i Rusija mogu natjecati sa Sjedinjenim Državama u svemiru na novom tehnološkom nivou, tada će niske orbite biti tek početak, a čovječanstvo će zaista ući u novu eru, koja do sada postoji samo na stranicama znanstveno -fantastičnih romana.
