Пока не революция: в чем проблема многоразовой ракеты SpaceX
Частная американская компания SpaceX впервые сумела повторно запустить ступень ракеты Falcon 9 в космос и успешно посадить возвращаемый элемент носителя на платформу в Атлантическом океане. По прогнозу экспертов, технология многоразового использования аппаратов должна значительно удешевить полеты в космос, а сам Илон Маск, исполнительный директор компании, назвал это событие революцией в космической отрасли. Однако можно ли говорить о революции?
Опыт «Спейс шаттл»
Освоение космоса изначально было чисто военной задачей, о гражданских же целях речи не шло вообще. Эта отрасль и сегодня остается под колоссальным влиянием министерств обороны, а каждое государство хочет иметь собственные ракеты-носители. Среди лидеров по количеству запусков — Россия, США и Китай, у них в среднем более 20 запусков в год. Более пяти запусков — у европейцев и Индии (у Индии при этом в последние годы наблюдается очень сильный рост). Менее пяти запусков у Японии, Израиля, КНДР и Ирана. Последние пару десятилетий начинает расти доля коммерческих запусков. А с появлением нового игрока — SpaceX Илона Маска, слету заявившего, что цены на запуски будут снижены, в мире началось соревнование за самую низкую стоимость космических полетов.
Космические войны: как успех Илона Маска ударит по «Роскосмосу»
Американцы на этом пути сделали ставку на многоразовое использование космических аппаратов. Изначально этот подход применялся при проектировании космических шаттлов. В американской системе «Спейс шаттл» многоразовыми были космический «челнок», а также два твердотопливных ускорителя. Однако гибель «Челленджера» и «Колумбии» со своими экипажами стала серьезным ударом по космической репутации США и на некоторое время приостановила изыскания в области создания многоразовых космических аппаратов. Наработки в этой области тем не менее остались и были применены к проектированию многоразовых ракетных ступеней, посадка которых не несет риска гибели пассажиров. Так что повторный запуск Falcon 9 — это, безусловно, первая реализация идеи, над которой в США работают уже не первое десятилетие.
Несмотря на очевидную важность этого события, назвать его однозначно прорывным все же нельзя. Идея многоразового использования космических аппаратов неизбежно упирается в необходимость диагностики и ремонта, при этом наталкиваясь на то, что в науке называется «теорией разрушений». В современной механике до сих пор полностью не сформулирована целостная теория, описывающая процессы разрушения материалов, поэтому точно рассчитать, как поведет себя та или иная деталь после полета в космос, фактически нельзя. Это может привести к непредвиденным последствиям, которые, к сожалению, будут обнаружены только при запуске. Кроме того, полная проверка всех узлов и агрегатов аппарата, а тем более их замена, пусть и частичная, может вылиться в немалые траты. Сама SpaceX свои расходы на эти цели не раскрывает. Сейчас официальные лица SpaceX говорят о 10-процентной скидке партнерам, которые согласятся на повторное использование первых ступеней.
Производство большинства деталей автоматизировано, а значит, изготовить их с нуля может оказаться гораздо дешевле, чем механическое вмешательство и изготовление отдельных деталей «в индивидуальном порядке». Ситуация примерно та же, что с автомобилями и, по сути, вообще всей современной техникой: изготовление устройства часто гораздо дешевле и выгоднее, чем его ремонт.
Китайский вариант
Если проектируемые аппараты все же будут настолько надежными, что необходимость в диагностике и дорогостоящем ремонте действительно отпадет, это станет по-настоящему серьезным успехом. Если одна и та же ступень сможет летать в космос хотя бы дважды, это значительно сократит стоимость полета. Однако как этого добиться? Повысить надежность аппарата можно за счет увеличения запаса прочности, отчего естественным образом возрастает и масса всего аппарата, что автоматически влечет за собой уменьшение массы полезной нагрузки, доставляемой на орбиту. К тому же для возвращения ступеней требуется возить с собой дополнительные агрегаты, которые также немало весят. Так, масса полезной нагрузки, доставляемой на низкую орбиту на ракете Falcon 9 с возвращаемой ступенью, составляет 13 т, тогда как без возвращаемой ступени — 22. Таким образом, необходимый для многоразового использования запас прочности убивает саму идею низкой стоимости доставки грузов на орбиту, так как масса полезной нагрузки становится слишком низкой.
Словом, идея многоразового использования космических аппаратов, несмотря на ажиотаж, вызванный запуском Falcon 9, несет определенные перспективы, но таит в себе массу нерешенных современной наукой вопросов. Альтернативой этому пути является удешевление самого производства ракет за счет повышения автоматизации сборки. Нашим конкурентом в этом являются не столько Америка и Илон Маск, которые идут по своему, особому пути, сколько Китай, который избрал ту же «традиционную» дорожку, что и мы. Стоимость запуска их ракеты-носителя «Чанчжэн 5» сопоставима по стоимости и с нашими «Протоном-М», и с американской Falcon 9. И кто в этой гонке окажется первым, покажет лишь время. В целом же возможности по удешевлению запуска многоступенчатых ракет-носителей весьма ограничены и добиться действительно серьезной экономии вряд ли получится: речь скорее не более чем о процентах. Для радикального удешевления доставки грузов на орбиту Земли нужны другие решения.
