Sredinom 20. stoljeća čovječanstvo je bilo fascinirano svemirom. Lansiranje prvog satelita, Gagarin let, let u svemir, slijetanje 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 - bilo je to nešto što se podrazumijevalo.
No prioriteti su se promijenili. Tehnologije prošlog stoljeća, iako su omogućile implementaciju svega navedenog, bile su izuzetno skupe. Proširenje svemira temeljeno na tehnologijama prošlog stoljeća zahtijevalo bi preusmjeravanje svih gospodarstava vodećih zemalja svijeta na rješavanje ovog problema.
Intenzivno istraživanje svemira zahtijeva rješavanje dvaju osnovnih zadataka: 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 s drugim - sve se pokazalo mnogo složenijim.
Dugo putovanje u svemir (i vrlo skupo)
Od samog početka, lansirna vozila (LV) bila su za jednokratnu upotrebu. Tehnologija 20. stoljeća nije dopuštala stvaranje lansirnog vozila za višekratnu upotrebu. Čini se nevjerojatnim kada stotine milijuna 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. Bi li u ovom slučaju došlo doba velikih zemljopisnih otkrića? Bi li sjevernoamerički kontinent bio koloniziran?
Malo vjerojatno. Najvjerojatnije bi čovječanstvo živjelo kao izolirana središta civilizacije.
Mogućnost lansiranja velikih i super teških tereta u nisku referentnu orbitu (LEO) implementirana je u američku monstruoznu supertešku raketu-nosač Saturn-5. Upravo je ova raketa, sposobna prenijeti 141 tonu PN -a u LEO, omogućila Sjedinjenim Državama da postanu lideri u svemirskoj utrci u to vrijeme, isporučivši američke astronaute na Mjesec.
Sovjetski Savez izgubio je utrku za Mjesec jer nije mogao stvoriti superteško lansirno vozilo usporedivo sa Saturnom-5.
A SSSR nije mogao stvoriti superteško lansirno vozilo zbog nedostatka snažnih raketnih motora. Zbog toga je u prvu fazu sovjetskog super teškog petostupanjskog LV N-1 ugrađeno 30 motora NK-33. Uzimajući u obzir nepostojanje mogućnosti računalne dijagnostike i sinkronizacije rada motora u to vrijeme, kao i činjenicu da su zbog nedostatka vremena i financijskih sredstava provedena dinamička i vatrogasna ispitivanja na tlu 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 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 kruto gorivo padobranom su se spustili u ocean i nakon provjere i punjenja gorivom mogli su se ponovno upotrijebiti, a svemirski zrakoplov - šatl, sletio je na uzletno -sletnoj stazi prema shemi aviona. U atmosferi je izgorio samo spremnik za tekući vodik i kisik, čije su gorivo koristili motori šatla.
Sustav Space Shuttle ne može se klasificirati kao superteško lansirno vozilo - najveća težina korisnog tereta koji je stavio u nisku referentnu orbitu (LEO) bila je manja od 30 tona, što je usporedivo s performansama korisnog tereta ruske rakete -nosača Proton.
Sovjetski Savez odgovorio je programom Energy-Buran.
Unatoč vanjskoj sličnosti Space Shuttle-a i sustava Energia-Buran, oni su imali ključne razlike. Ako su u svemirskom šatlu lansiranje u orbitu izvršila dva pojačala s čvrstim pogonom za višekratnu uporabu i sama letjelica, onda je u sovjetskom projektu Buran bio pasivno opterećenje lansirnog vozila Energia. Sama lansirna letjelica 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 lansirnog vozila Energia planirano je stvaranje lansirnog vozila Vulcan s povećanim brojem bočnih blokova na 8 komada, sposobnog isporučiti 175-200 tona korisnog tereta LEO-u, što bi omogućilo izvođenje letova do Mjeseca i Marsa.
Međutim, najzanimljiviji razvoj može se nazvati projekt "Energy II" - "Hurricane", u kojem su se svi elementi trebali ponovno koristiti, uključujući orbitalni svemirski zrakoplov, središnji blok druge faze i bočne blokove prve faze. Raspad SSSR -a nije dopustio realizaciju ovog, nema sumnje, zanimljivog projekta.
Usprkos svom epskom karakteru, oba su programa skraćena: jedan - zbog raspada SSSR -a, a 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 SAD 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 zrakoplovna agencija NASA postupno je provodila dizajn super teške lansirne lance za rješavanje ambicioznih zadataka: poput leta na Mars ili izgradnje baze na Mjesecu. U sklopu 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. Razvoj "Ares-5" korišten je 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 program SLS, najvjerojatnije, ipak dovršiti, on neće revolucionirati ni američku ni svjetsku astronautiku.
Ovo je namjerno slijepi projekt.
Ista sudbina čeka i ruski projekt superteške lansera Yenisei / Don, ako je izgrađen na temelju „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 bismo vidjeli probojna rješenja u smislu postavljanja korisnog tereta u orbitu. Ništa novo nije viđeno ni u drugim zemljama. Svemirska industrija postala je vrlo konzervativna.
Privatne tvrtke promijenile su sve, a sasvim je prirodno da se to dogodilo u Sjedinjenim Državama, gdje su stvoreni najugodniji uvjeti za poslovanje.
Privatni prostor
Naravno, prije svega govorimo o tvrtki SpaceX Elonu Musku. Čim ga nisu nazvali - prevarant, "uspješan menadžer", "Ostap Petrikovich Maska" i tako dalje i tako dalje. Autor je na jednom od izvora pročitao pseudoznanstveni članak o tome zašto lansirna raketa Falcon-9 neće letjeti: tijelo joj nije isto, previše tanko, a motori nisu isti, općenito postoje milijun razloga zašto "ne". Takve su ocjene, inače, izrazili ne samo nezavisni analitičari, već i dužnosnici, čelnici ruskih državnih struktura i poduzeća.
Musk je bio 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 (a SpaceX je morao sve raditi od nule, kao da svemirski programi prije njega 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 letjela 10 (!) Puta. Roskosmos je izgubio većinu tržišta za lansiranje korisnih 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.
No SpaceX također ima raketu Falcon Heavy sposobnu isporučiti LEO preko 63 tone. To je trenutno najteže i nosivo nosivo vozilo na svijetu. Njegovi prvi stupanj i bočni pojačivači također su za višekratnu upotrebu.
Još jedan američki milijarder, Jeff Bezos, diše u potiljak SpaceX -u. Naravno, iako su njezini 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 na to da Atlas-5 sada leti na ruskim motorima RD-180, nakon pojave 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 zrakoplova 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.
Kamo 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 njegova uklanjanja iz izračuna za jedan kilogram.
Cijena lansiranja 1 kg korisnog tereta u LEO sustavom 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 ti projektili rade na visoko otrovnom asimetričnom dimetilhidrazinu i trenutno su izvan proizvodnje. Jeftini, razvijeni u SSSR-u, rusko-ukrajinski Zeniti također su prošlost.
Nosač Falcon-9, pod uvjetom da se koristi prva faza povratka, može lansirati korisni teret u nisku referentnu orbitu po cijeni manjoj od 2000 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 kupcima sada toliko skupo izvaditi 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 tvrtke 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 tisuću kilograma, u orbitu. To neće revolucionirati svemir - izgradnja nečeg velikog zahtijevat će teška i super teška lansirna vozila za višekratnu uporabu 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 koja se može ponovno upotrijebiti s prvom višestupanjskom Super Heavy prvom fazom
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 ponovno koristiti. Istodobno, korisno opterećenje Zvjezdanog broda na nisku referentnu orbitu trebalo bi biti 100 tona, odnosno radi se o punopravnoj superteškoj raketi. Za Starship, SpaceX je razvio nove, jedinstvene Raptor motore s metanom i kisikom zatvorenog ciklusa s 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 tom će slučaju cijena pasti za gotovo dva reda veličine - do deset milijuna dolara po lansiranju. Uzimajući u obzir maksimalno opterećenje od 100 tona, dobit ćemo troškove dovođenja korisnog tereta u LEO na razini od oko 100 (!) Dolara po kilogramu.
Naravno, za vraćene etape bit će potrebno održavanje, zamjena motora nakon 50 pokretanja, dolijevanje goriva, usluge na zemlji morat će se platiti, no sam Starship najvjerojatnije će koštati manje od milijardu dolara, a njegove tehnologije proizvodnje i održavanja stalno će se poboljšavati kao iskustvo stječe SpaceX.
Zapravo, Elon Musk navodi da Starship potencijalno može postići troškove lansiranja korisnog tereta od oko 10 USD po kilogramu s ukupnim troškom lansiranja od 1,5 milijuna USD, a troškovi isporuke tereta na Mjesec bit će oko 20-30 USD po kilogramu. ali to zahtijeva da se Starship lansira tjedno.
Gdje nabaviti takve količine?
Čak ni vojska jednostavno nema toliku nosivost, da već postoji civilni prostor - razvoj tržišta trajat će desetljećima.
Kolonizacija Marsa?
Teško je o tome ozbiljno govoriti.
Kolonizacija Mjeseca?
Bliže, Starship bi mogao potonuti SLS i poslati Amerikance po drugi put na Mjesec. Ali to su deseci lansiranja, a ne stotine ili tisuće.
Međutim, SpaceX ima poslovni plan daleko stvarniji od slanja kolonista na Mars - koristeći Starship za međukontinentalni prijevoz putnika. Kad letite iz New Yorka u Tokio kroz Zemljinu orbitu, vrijeme leta bit će oko 90 minuta. Istodobno, SpaceX planira osigurati operativnu pouzdanost na razini modernih velikih zrakoplova, a cijenu leta - na razini cijene transkontinentalnog leta u poslovnoj klasi.
Teret se može isporučiti na isti način. Na primjer, američka vojska već se zainteresirala za ovu priliku. Planirano je isporučiti 80 tona tereta u jednom letu, što je usporedivo s mogućnostima transportnog zrakoplova C-17 Globemaster III.
Sve u svemu: prijevoz putnika i tereta, isporuka američkih astronauta na Mjesec, a moguće i na udaljenije objekte Sunčevog sustava, povlačenje komercijalnih letjelica, svemirski turizam i tako dalje, i slično, i slično - SpaceX bi mogao osigurati smanjenje troškova povlačenja korisnog tereta, iako bi to bilo do razine 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 promatra s određenom sumnjom. Čini se da je na papiru sve lijepo, a iskustvo SpaceX -a govori samo za sebe, ali nekako je sve previše ružičasto?
Ponekad postoji osjećaj da se potencijal ovog sustava jednostavno ne uklapa u umove vodstva oružanih snaga SAD -a, uprave NASA -e, vlasnika i menadžera poduzeća u raznim industrijama. Predugo je lansiranje čak i malog tereta u svemir značilo višemilijunske troškove.
Pitanje je, što se dogodi 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. Što ako je lakše izvaditi ovaj projektil izravno 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 će i postojeće mogućnosti za postavljanje korisnog tereta u orbitu u obliku Falcon-9 i Falcon Heavy, u kombinaciji s tehnologijama za masovnu izgradnju satelita, biti dovoljne da LEO bude zakrčen satelitima za izviđanje, zapovijedanje i komunikaciju, što dovodi do činjenice da će Sjedinjene Države 24/365 nadzirati površinu planeta. Zaboravite na velike površinske snage, vojne skupine, mobilne kopnene raketne sustave - sve će to biti samo mete za oružje velikog dometa s korekcijom putanje leta.
Uspjeh Starship -a će ovom skupu dodati ešalon svemirskih udara, gdje će cilj biti pogođen iz svemira u roku od nekoliko desetaka minuta nakon primitka zahtjeva. Nijedan politički lider na svijetu ne može se osjećati samouvjereno znajući da bi neizbježni tufram mogao pljusnuti u bilo kojoj sekundi.
Po cijeni od 100 dolara po kilogramu, u svemir će se popeti svi koji nisu previše lijeni - farmaceutske tvrtke, metalurške, rudarske tvrtke. Kasnije ćemo više govoriti o ekonomiji svemira. Ako je moguće, jeftino lansiranje i uklanjanje tereta iz orbite, svemir će postati novi Klondike. Što 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 pothvat. 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. Stoljeću.
U slučaju stjecanja jednostrane prednosti u svemiru, Sjedinjene Države će početi provoditi mnogo agresivniju politiku nego što je to sada slučaj. U nedostatku prilike za osiguravanje pariteta u svemiru, mogli bismo se spustiti na razinu Sjeverne Koreje, sjesti na "nuklearni kovčeg" i zaprijetiti 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 pozornost svemirskoj industriji čije stanje u ovom trenutku ne izaziva nikakav optimizam.
Uzmimo, na primjer, projekt superteške rakete -nosača "Yenisei" / "Don" - dovoljno je pogledati sve međusobno isključive izjave različitih čelnika i odjela o ovom projektu, i postaje jasno da nitko, u načelu, zna zašto se stvara, niti što je. na kraju bi trebalo postati. Ako je ovo sljedeća "Angara", onda se projekt sada može zatvoriti - nema smisla trošiti novac ljudi na to.
Istodobno, 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 sustava koji bi trebao isporučiti putnike s jedne točke planeta na drugu za manje od jednog sata.
Možemo reći da su to zasad samo crteži, ali Kina je nedavno u više navrata dokazala svoju sposobnost da sustigne lidere u raznim granama znanosti i industrije.
Vrijeme je i za Rusiju da ostavi po strani zbrku i kolebanje u svemirskoj industriji, jasno formulira ciljeve i na bilo koji način osigura njihovu provedbu.
Ako se Kina i Rusija mogu natjecati sa Sjedinjenim Državama u svemiru na novoj tehnološkoj razini, tada će niske orbite biti tek početak, a čovječanstvo će doista ući u novu eru, koja zasad postoji samo na stranicama znanstveno -fantastičnih romana.
