И повторить!

Есть ли будущее у многоразовой космонавтики

Иллюстрация: sdecoret/shutterstock

В последнее время в новостях все чаще сообщают, что та или иная компания собирается освоить искусство повторно использовать уже побывавший в космосе космический корабль или части ракеты-носителя. Действительно ли это будущее космонавтики и так ли уж велика выгода, «Чердаку» объяснили эксперты в космической отрасли.

Ракеты и космические корабли сегодня используются только один раз. Например, российский аппарат «Прогресс» — главная «рабочая лошадка» для доставки грузов на Международную космическую станцию — на обратном пути от МКС сгорает в атмосфере вместе с отходами, которые он забирает со станции. Несгоревшие обломки попадают на так называемое «кладбище космических кораблей» — район в южной части Тихого океана. Отработавшие ступени ракет-носителей также падают на землю или в океан — в зависимости от того, откуда они были запущены. Повторному использованию не подлежат и используемые сейчас пилотируемые корабли (хотя некоторые детали используются по нескольку раз).

Запуск ракеты-носителя «Союз-У» с космическим грузовым кораблем «Прогресс М-12М» со стартового комплекса космодрома Байконур. Фото: Олег Урусов/ТАСС


Однако идея создания ракеты-носителя и космического корабля, которые можно использовать неоднократно, существует не только в фантастической литературе, но и в практической космонавтике с самого начала полетов в космос. Теоретически такой подход должен значительно (примерно на порядок) удешевить полеты, хотя за 60 лет космонавтики сэкономить таким образом еще никому не удавалось.

Космические челноки

Впервые реализовать идею многократного использования удалось американцам с программой Space Shuttle: повторно в космос запускались твердотопливные ускорители первой ступени (по плану до 10 раз), а также сами космические корабли (каждый корабль рассчитывался на 100 полетов, но по факту пять построенных кораблей в сумме совершили 135 полетов).

«В то время считалось, что желающих отправить полезную нагрузку в космос будет так много, что космические корабли будут летать как самолеты, туда-обратно. Еще считалось, что им понадобится огромная грузоподъемность: шаттлы могли вывести на орбиту 20 тонн (у космического корабля «Прогресс» — 2,5 тонны)», — рассказал Юрий Караш, член-корреспондент Российской академии космонавтики имени Циолковского.

Но оказалось, что желающие воспользоваться услугами шаттлов не спешат выстраиваться в очередь, и вместо еженедельных полетов шаттлы отправлялись в космос лишь несколько раз в год.

«Самая главная проблема многоразовости не в ракетных технологиях, а в том, что сегодня нет такого космического грузопотока, который бы окупал эксплуатацию многоразовой ракеты», — считает Андрей Ионин, кандидат технических наук, член-корреспондент Российской академии космонавтики им. Циолковского.

Кроме того, у программы шаттлов оказался еще один изъян. Несмотря на то что в целом надежность этой очень сложной ракетно-космической системы была выдающейся, последствия любой аварии были катастрофическими: терялся космический корабль стоимостью в миллиарды долларов, и, главное, погибали астронавты. 28 января 1986 года на второй минуте полета взорвался космический челнок «Челленджер», а 1 февраля 2003 года при входе в атмосферу разрушился шаттл «Колумбия». В обоих случаях не выжил ни один член экипажа, в общей сложности погибли 14 человек.

Катастрофа шаттла «Челенджер». Фото: NASA


«Выяснилось, что шаттл повреждается при возвращении из космоса в атмосфере гораздо сильнее, чем планировалось. Соответственно, использовать его подобно самолету, который прилетел, заправился, полетел снова, не получалось. Шаттл приходилось после каждого полета разбирать чуть ли не до винтиков и проводить обследование», — пояснил Александр Шаенко, руководитель образовательной программы «Современная космонавтика» в Университете машиностроения.

Это удлинило сроки подготовки шаттлов к запускам, а главное, стоимость запусков многоразового шаттла стала намного превышать расходы на пуски одноразовых ракет. В результате в условиях конечности даже американского космического бюджета NASA пришлось закрыть или минимизировать другие национальные космические программы. Так, практически заброшенной оказалась разработка «обычных» ракет или американской космической станции.

Последнее во многом обессмысливало большой экипаж шаттла: семь человек летали в космос на одну-две недели, в то время как советская космонавтика с одноразовыми «Союзами» и «Прогрессами» активно развивала проекты долговременных орбитальных станций.

«Американцы положили все яйца в одну корзину, а корзина оказалась ненадежной. Вот тогда они вновь стали развивать ракеты одноразового использования типа Delta или Atlas. Они сейчас успешно летают», — сказал Караш.

В Советском Союзе ответом на программу Space Shuttle был проект «Энергия—Буран», который также предполагал многократное использование четырех боковых ускорителей и самого дорогостоящего элемента — космического корабля. Ракета-носитель «Энергия» совершила два успешных полета, а космический корабль «Буран» — один полет в 1988 году, причем в беспилотном режиме. Однако в силу внешних для советской космонавтики обстоятельств в 1990-м работы по этой программе были приостановлены, а в 1993-м вовсе прекращены.

«Сейчас в связи с развитием технологий, повышением надежности космических систем происходит возвращение к идее многоразовости, но уже на более высоком уровне», — рассказывает Караш.

Более того, теперь на рынок выходят ракеты, созданные не только в рамках государственных программ, но и по частной инициативе.

Частный космос

Наиболее впечатляющих успехов в этой области добился Илон Маск, глава компании Space X. Он создал многоразовый космический корабль Dragon, который уже несколько раз долетал и пристыковывался к МКС, и работает над созданием полностью многоразовой же ракеты-носителя. До недавних пор ему удавались лишь запуски одноразовых ракет, однако в декабре 2015 года Space X впервые смогла мягко посадить на Землю первую ступень ракеты Falcon 9, чтобы затем использовать ее повторно.

Falcon 9 на старте. Фото: Kim Shiflett/NASA


Но, отметил Шаенко, «пока непонятно, насколько сильно первая ступень повреждается при возвращении, какого уровня ей требуется ремонт и будет ли она пригодна для повторного использования вообще».

Экономическая выгода

Если технические трудности будут преодолены, поток грузов для многоразовых ракет, по мнению Караша, обеспечат компании, выводящие в космос различные спутники — связи, телекоммуникационные и для наблюдения за Землей.

Правда, многие эксперты отмечают, что потребность в большом количестве запусков со времен шаттлов так и не появилось. Однако речь идет не об увеличении потока грузов в космос, а о переделе рынка, считает Шаенко. Та компания, которая предложит более низкую цену, получит большую его долю.

Ионин считает выгоду многоразовых запусков Falcon неочевидной. «Маск, возвращая первую ступень, экономит 30—40% стоимости ракеты, но при этом, за счет утяжеления конструкции ступени системами посадки и наличия дополнительных запасов топлива, выводимый груз у него при той же стартовой массе ракеты также снижается на 30—40%. Условно ракета на рынке запусков становится на класс ниже: «Протон» превращается в «Зенит». Таким образом, экономика проекта на лезвии ножа, и это без неясных пока затрат на подготовку к повторному использованию», — пояснил эксперт. В чем же тогда выгода Маска?

Космический корабль Dragon X Фото: NASA


Ионин полагает, что реальная экономическая выгода, которую получают «космические» бизнесмены от таких медийных проектов, — это «дешевая» глобальная рекламная кампания в пользу личного и корпоративного брендов, что очень упрощает привлечение новых частных инвестиций и государственных заказов в уже существующие и перспективные проекты, а также способствует капитализации всех принадлежащих им компаний. Основу 12-миллиардного состояния Илона Маска составляет не Space X, а инновационная автомобильная компания Tesla, а 35-миллиардного состояния Джеффри Безоса, который тоже работает над многоразовыми космическими аппаратами, вовсе не компания Blue Origin, а интернет-компания Amazon.

В случае Маска, похоже, замысел еще более отдаленный. Ионин полагает, что бизнесмен и не планирует получать финансовую отдачу от своих многоразовых технологий на Земле, а готовится к отправке людей на другие небесные тела. «Маск крайне увлечен идеей полета на Марс, причем на первом этапе в «один конец». А для этого ему нужно решать задачу посадки марсианских кораблей с людьми и грузами массой в десятки тонн в условиях очень низкой плотности атмосферы, что не позволяет использовать ни парашюты, ни любые аэродинамические схемы. Де факто единственный подходящий для этого способ посадки — на реактивной струе и боковых опорах. То есть это именно та технология, которую Маск использует для возвращения первой ступени своей Falcon 9. Кстати, эта ступень весит около 30 тонн — очень подходящая масса для марсианского корабля», — сказал эксперт.

Космический туризм

Другие компании, разрабатывающие многоразовые космические корабли, — та же Blue Origin или Virgin Galactic — занимаются суборбитальным туризмом. Суборбитальный полет — это не настоящий полет в космос: аппарат лишь формально оказывается в космосе, пересекая условную границу в 100 километров от поверхности Земли, однако не выходит на орбиту, а сразу возвращается. Состояние невесомости в полете длится 4-5 минут.

Стоит это удовольствие недешево. Например, билеты на полет в условный космос от Virgin Galactic предварительно продавались за 200 тысяч долларов. Однако около года назад при очередных испытаниях суборбитального корабля SpaceShipTwo погиб один из пилотов Virgin Galactic, а второй тяжело пострадал. Будет ли у Virgin Galactic достаточно клиентов после этой катастрофы, неизвестно.

Туристический космический корабль SpaceShipTwo компании Virgin Galactic на международном аэрокосмическом салоне «Фарнборо-2012». Фото:Марина Лысцева/ТАСС


«Как только речь идет о запуске в космос не профессиональных космонавтов, а обычных людей, возникают трудности, которые уже практически поставили под сомнение весь проект компании Virgin Galactic. Ведь в области туризма действуют законы о защите прав, жизни и здоровья потребителей, а в них требования к безопасности совсем другие, нежели в профессиональной космонавтике», — считает Ионин.

Альтернативы многоразовой космонавтики

Шаенко видит возможной альтернативой развитию многоразовой космической техники удешевление одноразовой. «В этой области тоже есть некоторый прогресс: на производстве все шире внедряется автоматизация, что позволяет снизить стоимость ракет. А если и запуск производить автоматически, это позволит сэкономить еще сильнее», — считает он.

Однако Караш уверен, что развитие технологий многоразовых запусков будет продолжаться, а одноразовые запуски будут проводиться с помощью небольших ракет для совсем легких грузов, например наноспутников.

«Когда в 1903 году впервые полетели братья Райт, вряд ли кто-то стал бы использовать их самолет для пассажирских перевозок — уж слишком он был ненадежен. Но никто же не отказался от самой идеи полетов на самолетах. То же самое с космическими системами многоразового использования: я уверен, что это направление космонавтики будет развиваться по мере совершенствования технологий, которые сделают многоразовую космическую технику более надежной и экономичной», — полагает эксперт.
Теги:

Читать еще на Чердаке: