Текст уведомления здесь

Сверхтяжелая госзакупка

Какой будет новая российская сверхтяжелая ракета и от чего зависит ее судьба

Опубликованное на сайте госзакупок приложение к контракту на эскизное проектирование российской сверхтяжелой ракеты частично подтвердило уже известную информацию, а частично — принесло новую. «Чердак» изучил документ, чтобы разобраться, каким будет новый российский сверхтяж и что в связи с этим можно сказать о его предполагаемой миссии.
Добавить в закладки
Комментарии

Как ясно из документа, проектируемая российская сверхтяжелая ракета не станет многоразовой. А значит — ее можно использовать только в государственных проектах, где не нужна коммерческая конкурентоспособность. Ракета, первый запуск которой может случиться в 2028 году, кажется хорошо подходящей для обслуживания окололунной станции, курс на создание которой взяли Соединенные Штаты при Трампе.

С одной стороны, это хорошо — явно «некоммерческая» ракета не будет испытывать давления со стороны SpaceX. С другой — получается, что наличие или отсутствие реальных задач для отечественного сверхтяжа зависит лишь от желания США вкладываться в окололунную станцию. История учит, что NASA со времен лунной программы почти никогда не доводило до конца свои пилотируемые проекты. Соответственно, новая российская ракета рискует остаться без работы, если американцы опять передумают.

Почему наш сверхтяж не может быть даже частично многоразовым

Из приложения к контракту видно, что сверхтяжелая ракета будет создаваться из блоков средней ракеты «Союз-5», проработку которой недавно начала РКК «Энергия». Первый полет «Союза-5» намечен на 2022 год. Технически эта ракета, выводящая на орбиту 18 тонн, будет упрощенным вариантом советского «Зенита».

Ракета-носитель «Зенит-3 SL БФ». Фото: Олег Трусов / ИТАР-ТАСС

Ракета-носитель «Зенит-3 SL БФ». Фото: Олег Трусов / ИТАР-ТАСС

В частности, двигатель ее первой ступени, РД-171МВ, — это, по сути, упрощенный РД-171 первой ступени «Зенита», нет только дросселей пуска окислителя (кислорода). За счет этого становится меньше возможностей управлять тягой, но зато на пять процентов повышается мощность, проще, легче и надежнее становится конструкция двигателя. Производитель, соответственно, надеется благодаря этому снизить цену двигателя на 15—20 процентов относительно «зенитовского» РД-171. Пуск «Союза-5», по планам, будет стоить 35 миллионов долларов (правда, за счет чего именно, пока никто не знает). Это значит, что запуск сверхтяжа из «пакета» союзовских ступеней будет стоить несколько сотен миллионов долларов — стоимость сверхтяжа нельзя свести к простой сумме стоимости его элементов, их сборка потребует множества уникальных работ по сопряжению, которые поднимают удельную стоимость на десятки процентов.

И вроде бы все хорошо, ведь прямо сейчас у нас нет сверхтяжа, а тут он у нас появится. И не на базе «Ангары», которая по 100 миллионов долларов за штуку, а на базе предположительно более дешевого «Союза-5». Но есть одно «но». Как известно, сегодня российские ракеты-носители на коммерческом рынке присутствуют в незначительных количествах — их вытеснили более дешевые ракеты Falcon 9. Одна из сильных сторон этой американской ракеты — возможность повторного использования самой дорогой ее части — первой ступени. Пока она экономит SpaceX около 10 процентов стоимости каждого пуска, однако после внедрения последней модификации Falcon 9 — Block 5 — будет экономить уже до 30 процентов.

А «Союз-5» и создаваемый на его основе сверхтяж по этому пути пойти не смогут. Причина довольно проста — кислород-нафтиловый двигатель РД-171МВ (нафтил, С

12,79

H

24,52

— углеводородное топливо, внедряемое

из-за снижения добычи нефти, подходящей для изготовления ракетного керосина) в первой ступени «Союза-5» всего один, а у Falcon 9 в первой ступени — сразу девять более слабых двигателей. Для посадки ракеты на хвост лучше подходит несколько двигателей меньшей мощности, чем один более мощный.
Первая ступень Falcon 9 садится на морскую платформу после запуска. Фото: SpaceX

Первая ступень Falcon 9 садится на морскую платформу после запуска. Фото: SpaceX

Дело в том, что современные ракетные двигатели могут варьировать тягу очень умеренно. От них легко получить полную мощность, но трудно добиться совсем малой. Пока ракеты летали по одному разу, все было нормально: даже вес самой ракеты с топливом таков, что там пять процентов мощности не нужны, с ними ничего в космос не вывести.

Иная история со спасением ступени. Когда она садится, топлива в ней остается мало — почти все ушло на вывод полезной нагрузки. Сама ступень очень легкая. Если «пережать» тягу двигателя, ракета просто не сядет, а когда топливо кончится — упадет камнем. Хорошо, когда, как у Falcon 9, двигателей девять — отключил часть и садись. Если один, как у советского «Зенита» и его потомка «Союза-5», это сделать будет заметно сложнее.

Двигатели «РД-180» (слева) и «РД-171» в цехе НПО «Энергомаш». Фото: Борис Кавашкин / ИТАР-ТАСС

Двигатели «РД-180» (слева) и «РД-171» в цехе НПО «Энергомаш». Фото: Борис Кавашкин / ИТАР-ТАСС

Кроме того, у РД-171 с самого начала упрощенная система управления соплами, что дополнительно усложняет посадку на хвост. Нет в конструкции «Союз-5» места и для «ног» — опор, без которых ракету на хвост не посадить.

Сверхтяж будет собираться на базе первых ступеней «Союза-5» — точно так же, как Falcon Heavy собирается на основе трех первых ступеней Falcon 9. Если «кирпичики» одноразовые, то и дом из них будет одноразовый.

Отсутствие многоразовости в проекте видно и из того, что приложение к контракту детально описывает требования по обеспечению безопасности падения ступеней сверхтяжелой ракеты, но не детализирует вопросы их пригодности к спасению.

Falcon Heavy. Фото: Official SpaceX Photos

Falcon Heavy. Фото: Official SpaceX Photos

Что отсутствие многоразовости говорит нам о целях проекта

Отечественная сверхтяжелая ракета, согласно имеющимся документам, полетит не ранее 2028 года. Это могло бы создать для нее риски конкуренции с Falcon Heavy — многоразовой и потенциально более дешевой. Однако на самом деле они малы. К тому времени SpaceX предполагает заменить Falcon Heavy, в связи с ее моральным устареванием, на более мощную и дешевую (на килограмм нагрузки) ракету BFR.

Из этого очевидно, что на коммерческий рынок российский сверхтяж вряд ли кто нацелит. Если авиалайнеры одной компании летают один раз, а другой — много, то билеты первой компании будут слишком дорогими для коммерческих перевозок. Ракеты SpaceX вытеснили российские «Протоны» с рынка даже в одноразовом варианте, и пока нет оснований считать, что при конкуренции с их многоразовыми сверхтяжелыми потомками что-то изменится.

Однако есть отрасль, которая «имунна» к дорогим пускам — государственные космические проекты. В прошлом году NASA очень сильно напирало на проект окололунной станции. Причина такого интереса к этой программе у NASA проста: агентство к началу 2020-х достроит свою ракету SLS, которая станет самой мощной в мире. На полеты к Луне NASA достаточно денег не дают, а летать на SLS к МКС не получится — SLS в 10 с лишним раз дороже, чем Falcon Heavy. Будет невозможно объяснить налогоплательщику, зачем летать за такие деньги, если есть способ дешевле.

Конечно, Falcon Heavy способна доставить модули и к окололунной станции, и это тоже будет дешевле. Но здесь NASA в выгодном положении: налогоплательщик не в курсе тонкостей о возможностях Falcon Heavy, поэтому заместитель главы NASA Уильям Герстенмайер уже ведет дезинформационную кампанию, публично утверждая, что SLS может доставить модули для новой станции, а ракета SpaceX — нет. Его, конечно, уже уличали в искажении фактов, но это не так важно, поскольку голосовать за финансирование SLS будут в Конгрессе, а там все равно газет не читают.

Художественное изображение полета ракеты SLS. Изображение: NASA/MSFC
Художественное изображение полета ракеты SLS. Изображение: NASA/MSFC

Роскосмос очень быстро подключился к этому крайне полезному для него проекту. С советского времени собственных пилотируемых космических программ у нас нет, поскольку они требует серьезного финансирования. Поэтому для нашей страны единственный реальный шанс на заметную пилотируемую активность в космосе — это участие в международном проекте. Уже прошлой осенью глава Роскосмоса Игорь Комаров подписал с представителем NASA заявление о намерении сотрудничать по окололунной станции.

Это отличный шаг, благо других оснований для финансирования пилотируемых программ у нас пока не предвидится. Но такое сотрудничество требует, чтобы у России была ракета, способная долететь до окололунной орбиты с перспективным космическим кораблем «Федерация» (более 15 тонн). Согласно приложению к контракту на проектирование нового российского сверхтяжа, примерно в этой весовой категории — до 20 тонн к окололунной орбите — и запланированы возможности будущего российского сверхтяжа.

Макеты «Федерации» на выставке МАКС-2013. Фото: Федеральное космическое агентство / wikimedia commons / CC BY 4.0
Макеты «Федерации» на выставке МАКС-2013. Фото: Федеральное космическое агентство / wikimedia commons / CC BY 4.0

Итак, как мы видим, наша сверхтяжелая ракета не просто так задумана одноразовой. Ведь к окололунной станции часто летать никакого смысла нет. Во-первых, невесомость там практически ничем не отличается от невесомости на МКС, то есть новых экспериментов много не поставишь. Во-вторых, цена доставки груза и людей за 400 000 километров (окололунная орбита) заметно выше, чем за 400 километров (орбита МКС).

В третьих, — и это важнее всего — Луна находится за пределами магнитного поля Земли. Радиация вне этого поля — 0,66 зиверта в год. Предельная доза для космонавта по нормам как NASA, так и Роскосмоса — всего 0,5 зиверта в год. На поверхности Луны уровень радиации ниже в два раза, а на Марсе — в три. То есть окололунная станция — самое смертоносное место из когда-либо предложенных людям в истории освоения космоса.

Художественное изображение станции Deep Space Gateway из презентации 2007 года. Иллюстрация: NASA

Художественное изображение станции Deep Space Gateway из презентации 2007 года. Иллюстрация: NASA

Поэтому представители государственных космических агентств уже не раз поясняли, что станция, скорее всего, будет периодически посещаемой, а не постоянно обитаемой. То есть летать туда надо редко и надолго не задерживаться. А для редких полетов многоразовые ракеты не нужны. Если они будут летать по многу раз, то новые ракеты будут делать так редко, что возникнет реальный шанс утраты навыков по их производству.

Таким образом, следует признать: проект российского сверхтяжа выглядит во всех отношениях продуманным и хорошо отвечает поставленной задаче. Он сможет демонстрировать российский флаг в космосе на рубежах, которые взялись покорять американцы. Это отличный проект, за который Роскосмос заслуживает наивысших похвал.

Особенно отличным его делает то, что у нас в стране нет своих задач для сверхтяжа, кроме одной — иметь его, если он будет у США. Так уж исторически сложилось, что у руководства отрасли, а вслед за ним — и страны в целом — нет понимания того, зачем может быть нужен сверхтяж вне престижных международных проектов. Соответственно, поскольку единственный просматривающийся заказчик нашего сверхтяжа — это NASA, участие в их проекте окололунной станции пока наш единственный реальный шанс вообще получить сверхтяжелую ракету.

Почему это рискованно

При всех плюсах ориентации отечественного сверхтяжа на участие в американском проекте Deep Space Gateway у нее есть и серьезный минус. Дело в том, что космическое агентство в США зависит от электорального цикла в этой стране. В последние десятилетия каждый новый президент хочет заработать имиджевых очков, объявив новый, «невиданный» космический проект.

Это может быть что угодно: СОИ Рейгана, возвращение на Луну Буша-младшего, план захвата астероида Обамы или вот, например, создание окололунной станции в эпоху Трампа. Выполнять все это не только не обязательно, но и не нужно. Больше восьми лет никакой президент в США у власти не пробудет, а реализовать без сверхусилий действительно большой космический проект за восемь лет все равно не выйдет.

Проект Deep Space Gateway в связи с этим может постигнуть та же печальная участь, что и более ранние проекты NASA, такие как закрытая при Обаме программа Constellation, в которую были вложены миллиарды долларов и годы труда. До того ровно так же был закрыт целый ряд других программ. Фактически Штаты после полетов на Луну довели до конца только одну пилотируемую программу — МКС.

Взлет тяжелой ракеты-носителя «Дельта IV» с кораблем «Орион» на борту. «Орион» входил в программу Constellation и продолжает разрабатываться после ее свертывания. NASA / Sandra Joseph and Kevin O’Connell
Взлет тяжелой ракеты-носителя «Дельта IV» с кораблем «Орион» на борту. «Орион» входил в программу Constellation и продолжает разрабатываться после ее свертывания. NASA / Sandra Joseph and Kevin O’Connell

Особенно большой риск для проекта DSG создает то, что идея окололунной станции вызывает сильное раздражение у американского общества. Известный американский публицист Роберт Зубрин, специализирующийся на космосе, уже отметил: «Там нельзя сделать ничего такого, что нельзя сделать на МКС, за исключением подставления людей под большие дозы радиации — форма медицинского исследования, за которую ряд нацистских врачей вздернули в Нюрнберге».

Может получиться так, что следующий президент США не захочет, чтобы его имя в истории фигурировало рядом с фамилиями Гиммлера и Мергеле. В этом случае российской сверхтяжелой ракете придется менять коней на середине переправы — у нас нет и не планируется никаких самостоятельных национальных космических проектов, для которых была бы нужна сверхтяжелая ракета. В этом случае она рискует остаться без каких-либо определенных целей.

Сверхтяжелое повторение истории с «Ангарой»?

Подобный случай в постсоветской истории нашей космонавтики уже был. Не так давно без большой доли заказов осталась «Ангара», ракета, на создание которой потрачено в ~6,5 раза больше, чем на создание Falcon 9 (разработка которого стоила примерно 400 миллионов долларов).

Макет ракеты-носителя тяжелого класса «Ангара» на VII Международной выставке военной техники, технологий и вооружения cухопутных войск «ВТТВ-Омск-2007». Фото: Валерий Гашеев / ИТАР-ТАСС

Макет ракеты-носителя тяжелого класса «Ангара» на VII Международной выставке военной техники, технологий и вооружения cухопутных войск «ВТТВ-Омск-2007». Фото: Валерий Гашеев / ИТАР-ТАСС

Как отмечал Игорь Комаров еще в прошлом году, планы по производству «Ангары» уменьшились в несколько раз — из-за сокращения финансирования. Снижение числа заказов приводит к простою, а тот, в свою очередь, вызывает рост стоимости производства и пусков. Как мы сейчас знаем, регулярные полеты «Ангары» — спустя 20 лет после запуска программы — так и не начались. Грозит ли та же судьба новому сверхтяжу?

Стоит признать, что NASA, с каждым новым президентом резко меняющая свои планы в космосе, — партнер для российской космонавтики менее надежный, чем российское Министерство обороны. Да, МО всегда может сократить запуски своих спутников, но не может вовсе от них отказаться — без этого оно будет слепым в случае большой войны. А вот Штаты вполне могут отказаться от окололунной станции вовсе — им не впервой. Поэтому призрак «Ангары» еще долго будет бродить где-то рядом с проектом российского сверхтяжа.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Крылья, ноги, хвост… Главное — многоразовость!

Почему Россия наконец повернулась к многоразовым ракетам лицом и что из этого выйдет

Илон Маск считает, что многоразовые ракеты должны садиться на хвост, опираясь при этом на «ноги». Часть российских ракетчиков — что первым ступеням лучше планировать на крыльях и садиться на шасси. Другая их часть — что выгоднее всего парашют. Кто прав и кто на самом деле выиграет гонку за многоразовость?
Добавить в закладки
Комментарии

Несколько лет назад в нашей космической отрасли было трудно найти более «однозначную» тему, чем многоразовые ракеты. Практически все отечественные специалисты, чья позиция освещалась СМИ, говорили одно и то же: опыт шаттлов показал, что многоразовые носители дороже одноразовых. Поэтому смысла идти в русле решений SpaceX, создавая многоразовые первые ступени для ракет и многоразовые же космические корабли, особо нет.

За этим последовали 2016—2017 годы, когда SpaceX впервые запустила «бэушную» ракету — и все быстро изменилось. Фонд перспективных исследований объявил о том, что в России создается сверхлегкий носитель с многоразовой первой ступенью, оснащенной крыльями. Однако при внимательном рассмотрении выясняется, что новый проект — это уменьшенный «Байкал», концепция которого была представлена еще в 2001 году. Есть ли у проекта, возникшего 17 лет назад, шансы догнать уходящий поезд многоразовости?

Какие плюсы у возврата ступени на крыльях

Любая первая ступень ракеты взлетает на десятки километров, то есть имеет очень большую «даровую» энергию, которую можно использовать для возврата к космодрому. Она может просто спланировать от точки разделения со второй ступенью до посадочной полосы. Но у обычной ступени очень плохая аэродинамика — это просто цилиндрический бак от горючего и окислителя, он далеко не спланирует. Поэтому еще в 2001 году родился проект «Байкал». Его первая ступень должна была оснащаться большим прямоугольным крылом, которое на старте оставалось сложенным, а после отделения второй ступени и полезной нагрузки разворачивалось и позволяло первой ступени нормально планировать. [ ... ]

Читать полностью

Как разминировать космос

Проекты, способные предотвратить развитие синдрома Кесслера

Количество космического мусора в околоземном пространстве в последние годы стало расти лавинообразно. И этот рост не остановится, даже если прекратить дальнейшие запуски. Чтобы не потерять космос, надо принимать активные меры по удалению опасных неуправляемых объектов. Однако эта проблема обсуждается в основном в кругу специалистов и еще не вполне осознана на уровне лиц, принимающих политические решения.
Добавить в закладки
Комментарии

С начала века в околоземном пространстве стал развиваться синдром Кесслера. Так называют рост числа мусорных объектов в космосе из-за их взаимных столкновений и дробления. Космический мусор — это заброшенные спутники, отработанные ступени ракет и просто разные детали и обломки, которые продолжают обращаться по орбитам, создавая угрозу работающим космическим аппаратам.

Наибольшие неприятности связаны с объектами на орбитах высотой от 700 по 1200 км. Там почти нет сопротивления атмосферы, и мусорные объекты могут сотни и тысячи лет носиться вокруг Земли. Каждый из них обладает разрушительной силой гранаты и может вывести из строя рабочий спутник или космический корабль. Даже прекращение запуска новых спутников уже не остановит рост числа «орбитальных мин».

Между тем спутников на опасных высотах в ближайшее время может стать значительно больше. Компания OneWeb планирует создать группировку из 720 спутников на высоте 1200 км для обеспечения глобального скоростного доступа к интернету. Причем пропускная способность этой группировки раскуплена еще до запуска, и уже ведутся переговоры о дополнительных 1972 спутниках на разных высотах. У OneWeb с самого начала наметился конкурент — система Starlink, разрабатываемая корпорацией SpaceX, в которой будет 4425 спутников на высоте около 1200 км и еще 7518 аппаратов на высоте около 340 км. OneWeb и SpaceX уже получили лицензии Федеральной комиссии по связи США (FCC), а на рассмотрении находится еще несколько других подобных заявок.

Изображение: nmedia / Фотодом / Shutterstock

Изображение: nmedia / Фотодом / Shutterstock

[ ... ]
Читать полностью

Парный полет

Как Россия и Соединенные Штаты вместе осваивают космос

Сотрудничество в космической сфере противоборствующих в «холодной войне» сверхдержав началось задолго до окончания этой войны. А с приходом 90-х годов ученые и инженеры России и США смогли наконец свободно обмениваться опытом, проводить совместные исследования и открывать космос друг для друга и для всего человечества. Сегодня совместная работа продолжается, хотя и есть поводы переживать о ее будущем. О том, как развивалось и устроено сотрудничество стран — пионеров космонавтики, рассказывает Виталий «zelenyikot» Егоров.
Добавить в закладки
Комментарии

Одним из самых ярких примеров советско-американского сотрудничества была программа «Союз — Аполлон», которая завершилась в 1975 году стыковкой космического корабля «Союз-19» и Apollo. После стыковки и возвращения с орбиты совместная работа в пилотируемой космонавтике оказалось свернута почти на 20 лет, но технические результаты легли в основу дальнейшего сближения уже в 90-е.

Стыковка «Союза» и «Аполлона». Видео: NASA Video / youtube

Менее известны примеры сотрудничества ученых США и СССР в исследовании дальнего космоса. Так, в 1964 году советскому астрофизику Аркадию Кузьмину потребовалось провести эксперимент по определению степени поляризации радиоизлучения Венеры, чтобы установить температуру поверхности ближайшей к Земле планеты. Предыдущие данные по собственному радиоизлучению Венеры давали противоречивые результаты о высокой и умеренной температуре на поверхности, и уточнить данные можно было только при помощи американского радиоинтерферометра «Оуенс-Велли». Кузьмин отправился в США, провел наблюдения совместно с американскими коллегами и подтвердил, что Венера — действительно горячее место. Это позволило улучшить конструкции автоматических зондов и совершить успешную посадку «Венеры-7» в 1970 году. (Подробнее можно прочесть в книге Павла Шубина «Венера. Неукротимая планета».) [ ... ]

Читать полностью