20. gadsimta vidū cilvēce aizrāvās ar kosmosu. Pirmā satelīta palaišana, Gagarina lidojums, iziešana kosmosā, nolaišanās uz Mēness - tas šķita nedaudz vairāk - un mēs lidosim uz zvaigznēm, jo īpaši tāpēc, ka patiešām pastāvēja vērienīgi starpplanētu kosmosa kuģu projekti. Un kā bāzes uz Mēness, lidojumi uz Marsu - tas bija kaut kas pašsaprotams.
Taču prioritātes ir mainījušās. Pagājušā gadsimta tehnoloģijas, lai gan tās ļāva īstenot visu iepriekš minēto, bija ārkārtīgi dārgas. Lai izvērstos kosmosā, pamatojoties uz pagājušā gadsimta tehnoloģijām, šīs problēmas risināšanai būtu jāpārorientē visas pasaules vadošo valstu ekonomikas.
Intensīvai kosmosa izpētei nepieciešams atrisināt divus pamatuzdevumus: pirmais ir nodrošināt iespēju palaist orbītā masīvas lielgabarīta kravas, bet otrs - samazināt izmaksas par palaišanu orbītā par vienu kilogramu kravas (PN).
Ja cilvēce ar pirmo uzdevumu tika galā salīdzinoši labi, tad ar otro - viss izrādījās daudz sarežģītāk.
Ilgs ceļojums kosmosā (un ļoti dārgs)
No paša sākuma nesējraķetes (LV) bija vienreizējas lietošanas. 20. gadsimta tehnoloģijas neļāva izveidot atkārtoti lietojamu nesējraķeti. Šķiet neticami, kad simtiem miljonu vai miljardu rubļu / dolāru sadeg atmosfērā vai avarē uz virsmas.
Iedomāsimies, ka kuģi tiktu būvēti tikai vienai izejai uz jūru, un pēc tam tie uzreiz tiktu sadedzināti. Vai šajā gadījumā pienāks lielo ģeogrāfisko atklājumu laikmets? Vai Ziemeļamerikas kontinents tiktu kolonizēts?
Maz ticams. Visticamāk, cilvēce būtu dzīvojusi kā izolēti civilizācijas centri.
Iespēja palaist lielas un īpaši smagas kravas zemas atskaites orbītā (LEO) tika ieviesta amerikāņu briesmīgajā īpaši smagajā nesējraķetē Saturn-5. Tieši šī raķete, kas spēj pārvadāt LEO 141 tonnu PN, ļāva ASV tajā laikā kļūt par līderiem kosmosa sacensībās, nogādājot amerikāņu astronautus uz Mēness.
Padomju Savienība zaudēja sacīkstes par Mēnesi, jo nespēja izveidot īpaši smagu nesējraķeti, kas būtu salīdzināma ar Saturnu-5.
Un PSRS nevarēja izveidot īpaši smagu nesējraķeti jaudīgu raķešu dzinēju trūkuma dēļ. Šī iemesla dēļ padomju supersmagā piecu pakāpju LV N-1 pirmajā posmā tika uzstādīti 30 NK-33 dzinēji. Ņemot vērā to, ka tajā laikā nebija iespēju veikt datordiagnostiku un dzinēja darbības sinhronizāciju, kā arī to, ka laika un finansējuma trūkuma dēļ tika veikti visa LV vai pirmās kārtas montāžas uz zemes veiktie dinamiskie un ugunsdzēsības stenda testi. nav izpildīts, visi LV N-1 izmēģinājuma palaišanas posmi beidzās ar neveiksmi.
Mēģinājums radikāli samazināt kosmosa kuģa palaišanas orbītā izmaksas bija Amerikas kosmosa kuģu programma.
Space Shuttle daudzkārt lietojamā transporta kosmosa kuģī (MTKK) tika atdotas divas no trim sastāvdaļām - cietā kurināmā pastiprinātāji ar izpletni tika izšļakstīti okeānā un pēc pārbaudes un degvielas uzpildīšanas tos varēja izmantot atkārtoti, bet kosmosa lidmašīna - šatls, nosēdās. uz skrejceļa saskaņā ar lidmašīnas shēmu. Atmosfērā dega tikai šķidrā ūdeņraža un skābekļa tvertne, kuras degvielu izmantoja šatla dzinēji.
Space Shuttle sistēmu nevar klasificēt kā īpaši smagu nesējraķeti - tās zemās atskaites orbītā (LEO) nodotās kravnesības maksimālais svars bija mazāks par 30 tonnām, kas ir salīdzināms ar Krievijas nesējraķetes Proton kravnesību.
Padomju Savienība atbildēja ar programmu Energy-Buran.
Neskatoties uz kosmosa kuģa un Energia-Buran sistēmas ārējo līdzību, tām bija būtiskas atšķirības. Ja kosmosa kuģī palaišanu orbītā veica divi atkārtoti lietojami cietā propelenta pastiprinātāji un pats kosmosa kuģis, tad padomju projektā Buran bija nesējraķetes pasīva slodze. Pašu nesējraķeti Energia pamatoti var attiecināt uz "īpaši smago" - tā spēja zemā atskaites orbītā nogādāt 100 tonnas, tikai par 40 tonnām mazāk nekā Saturn -5.
Pamatojoties uz nesējraķeti Energia, tika plānots izveidot nesējraķeti Vulcan ar palielinātu sānu bloku skaitu līdz 8 gabaliem, kas spēj nogādāt LEO 175-200 tonnas kravas, kas ļautu veikt lidojumus uz Mēnesi un Marsu.
Tomēr par interesantāko attīstību var saukt projektu "Enerģija II" - "Viesuļvētra", kurā visiem elementiem bija jābūt atkārtoti izmantojamiem, ieskaitot orbītas kosmosa lidmašīnu, otrā posma centrālo bloku un pirmā posma sānu blokus. PSRS sabrukums neļāva īstenot šo, bez šaubām, interesantu projektu.
Neskatoties uz visu tās episko raksturu, abas programmas tika ierobežotas: viena - PSRS sabrukuma dēļ, bet otrā - augsto "transporta" avāriju dēļ, kas nogalināja duci amerikāņu astronautu. Turklāt programma “Space Shuttle” neattaisnoja cerības attiecībā uz radikālu izmaksu samazināšanu par kravas palaišanu orbītā.
Pēc programmas Energia-Buran pabeigšanas cilvēcei vairs nav palikušas īpaši smagas nesējraķetes. Krievijai tam nebija laika, un ASV bija ievērojami zaudējušas savas ambīcijas kosmosa jomā. Lai atrisinātu pašreizējos neatliekamos uzdevumus, abām valstīm pieejamās nesējraķetes bija pilnīgi pietiekamas (izņemot ASV spēju pagaidu trūkumu patstāvīgi palaist astronautus orbītā).
Amerikāņu aviācijas un kosmosa aģentūra NASA pakāpeniski veica supersmagas nesējraķetes projektēšanu, lai atrisinātu vērienīgus uzdevumus: piemēram, lidojumu uz Marsu vai bāzes uzbūvēšanu uz Mēness. Constellation programmas ietvaros tika izstrādāta īpaši smagā nesējraķete Ares V. Tika pieņemts, ka "Ares-5" varēs nogādāt LEO 188 tonnas kravas un nogādāt 71 tonnu PN uz Mēnesi.
2010. gadā Constellation programma tika slēgta. "Ares-5" attīstība tika izmantota jaunā programmā, lai izveidotu īpaši smagu LV-SLS (Space Launch System). Īpaši smagajai SLS nesējraķetei pamata versijā vajadzētu būt spējīgai nogādāt 95 tonnas kravas uz LEO, bet versijā ar palielinātu kravu - līdz 130 tonnām kravas. SLS LV konstrukcijā izmantoti dzinēji un cietā propelenta pastiprinātāji, kas izveidoti kā daļa no kosmosa kuģa programmas.
Faktiski tā būs sava veida "Saturn-5" mūsdienu reinkarnācija, līdzīga tai gan pēc īpašībām, gan izmaksām. Neskatoties uz to, ka SLS programma, visticamāk, joprojām tiks pabeigta, tā neradīs revolūciju ne Amerikas, ne pasaules astronautikā.
Šis ir apzināti strupceļa projekts.
Tāds pats liktenis sagaida Krievijas projektu par īpaši smago nesējraķeti Jenisejs / Dona, ja tas tiek būvēts, pamatojoties uz kosmosa tehnoloģijās izmantotajiem “tradicionālajiem” risinājumiem.
Kopumā līdz noteiktam brīdim situācija ASV un Krievijā bija salīdzinoši līdzīga: ne no NASA, ne no Roskosmos mēs diez vai būtu redzējuši izrāvienu risinājumus lietderīgās kravas novietošanā orbītā. Arī citās valstīs nekas jauns nebija redzams. Kosmosa nozare ir kļuvusi ļoti konservatīva.
Privātie uzņēmumi ir mainījuši visu, un ir pilnīgi dabiski, ka tas notika ASV, kur ir radīti visērtākie apstākļi uzņēmējdarbībai.
Privāta telpa
Protams, vispirms mēs runājam par SpaceX kompāniju Elonu Musku. Tiklīdz viņu neizsauca - krāpnieks, "veiksmīgs menedžeris", "Ostapa Petrikoviča maska" un tā tālāk un tā tālāk. Autors vienā no resursiem ir lasījis pseidozinātnisku rakstu par to, kāpēc nesējraķete Falcon-9 nelidos: tā korpuss nav vienāds, pārāk plāns, un dzinēji nav vienādi, kopumā ir miljons iemeslu, kāpēc "nē". Šādus vērtējumus, starp citu, izteica ne tikai neatkarīgi analītiķi, bet arī amatpersonas, Krievijas valsts struktūru un uzņēmumu vadītāji.
Musku apsūdzēja par to, ka viņš pats neko neizstrādāja (un viņam pašam bija jāizveido visa projekta dokumentācija, un pēc tam pašam jāsamontē nesējraķete?), Un ka SpaceX saņēma daudz informācijas un materiālu par citiem projektiem no NASA (un SpaceX bija jādara viss no nulles, it kā pirms tam ASV nebūtu kosmosa programmu?).
Tā vai citādi, bet nesējraķete Falcon-9 ir notikusi, tā ar apskaužamu regularitāti lido kosmosā, ar tādu pašu regularitāti nosēžas izstrādātie pirmie posmi, no kuriem viens jau ir lidojis 10 (!) Reizes. Roskosmos ir zaudējis lielāko daļu tirgus, lai lietderīgās kravas palaistu orbītā, un pēc tam, kad SpaceX tika izveidots atkārtoti lietojams pilotējams kosmosa kuģis Crew Dragon (Dragon V2) un tirgus, lai nogādātu amerikāņu astronautus orbītā.
Bet SpaceX ir arī raķete Falcon Heavy, kas spēj nogādāt LEO vairāk nekā 63 tonnas. Pašlaik tā ir smagākā un visizdevīgākā nesējraķete pasaulē. Tās pirmā posma un sānu pastiprinātāji ir arī atkārtoti lietojami.
Vēl viens amerikāņu miljardieris Džefs Bezoss ieelpo SpaceX pakausī. Protams, lai gan viņas panākumi ir daudz pieticīgāki, taču joprojām ir sasniegumi. Pirmkārt, tas ir jauna metāna-skābekļa dzinēja BE-4 izveide, kas tiks izmantots nesējraķetē New Glenn un nesējraķetē Vulcan (kurai jāaizstāj nesējraķete Atlas-5). Ņemot vērā, ka tagad Atlas-5 lido ar Krievijas RD-180 dzinējiem, pēc BE-4 parādīšanās Roskosmos zaudēs vēl vienu pārdošanas tirgu.
Amerikas Savienotajās Valstīs un citās valstīs ir simtiem jaunuzņēmumu, kas rada nesējraķetes un cita veida lidmašīnas lietderīgo kravu palaišanai orbītā, jaunizveidotiem uzņēmumiem, lai radītu satelītus un kosmosa kuģus dažādiem mērķiem, rūpnieciskās tehnoloģijas kosmosam, orbitālais tūrisms., un tā tālāk un tā tālāk.
Kur tas viss novedīs?
Uz to, ka kosmosa tirgus strauji paplašināsies, un konkurence tirgū par lietderīgās kravas ievietošanu orbītā ievērojami samazinās izmaksas, kas saistītas ar tās izņemšanu no aprēķina par vienu kilogramu.
Izmaksas par 1 kg derīgās kravas palaišanu LEO ar kosmosa kuģa sistēmu vai raķeti Delta-4 ir aptuveni 20 000 USD. Krievijas nesējraķetes Proton spēj nogādāt LEO kravas par mazāk nekā 3000 ASV dolāriem par kilogramu, taču šīs raķetes darbojas ar ļoti toksisko asimetrisko dimetilhidrazīnu, un to ražošana pašlaik ir beigusies. Lēti, izstrādāti PSRS, krievu-ukraiņu zenīti arī ir pagātne.
Nesējraķete Falcon-9 ar nosacījumu, ka tiek izmantots atgriešanās pirmais posms, var palaist lietderīgo kravu zemas atsauces orbītā par cenu, kas ir mazāka par 2000 USD par kilogramu. Pēc Elona Muska domām, Falcon-9 potenciāli var samazināt kravas palaišanas izmaksas līdz 500-1100 USD par kilogramu.
Varētu jautāt, kāpēc tagad klientiem ir daudz dārgāk izvest kravu?
Pirmkārt, izmaksas nosaka ne tikai palaišanas izmaksas, bet arī tirgus apstākļi - konkurentu cenas. Kurš kapitālists atsakās no papildu peļņas? Ir izdevīgi būt nedaudz zemākam par konkurentiem, pakāpeniski iekarot tirgu, nevis dempingot, neko nenopelnot, jo īpaši tāpēc, ka tik specifiskā kritiskā nozarē kā kosmosa palaišanas tirgus kontroles struktūras jebkurā gadījumā atbalstīs vairākus piegādātājus, pat ja viens cenas ir vairākas reizes augstākas nekā konkurentiem.
Var pieņemt, ka SpaceX cenu samazinājumu veicinās tikai konkurentu parādīšanās, saskaroties ar Blue Origin ar nesējraķeti New Glenn, vai citi uzņēmumi un valstis, kas radīs līdzekļus lietderīgu kravu palaišanai ar zemām palaišanas izmaksām.
Tomēr lielākā daļa jaunizveidoto un daudzsološo projektu ir saistīti ar simtiem, maksimāli tūkstoš kilogramu smagas kravas palaišanu orbītā. Tas neizraisīs revolūciju kosmosā - lai izveidotu kaut ko lielu, būs vajadzīgas smagas un īpaši smagas atkārtoti lietojamas nesējraķetes ar zemām izmaksām, lai lietderīgo kravu palaistu orbītā. Un šeit, kā jau iepriekš redzējām, viss ir skumji.
Viss, izņemot SpaceX vissvarīgāko projektu, pilnībā atkārtoti lietojams kosmosa kuģis Starship ar pilnībā atkārtoti lietojamu Super Heavy pirmo posmu
Atkārtoti lietojams super smags
Atšķirība starp Starship (turpmāk - Starship kā Starship + Super Heavy kombinācija) no visām pārējām nesējraķetēm ir tā, ka abi posmi ir atkārtoti izmantojami. Tajā pašā laikā Starship kravnesībai uz zemas atskaites orbītas vajadzētu būt 100 tonnām, tas ir, tā ir pilnvērtīga īpaši smaga raķete. Starship, SpaceX ir izstrādājis jaunus, unikālus slēgta cikla Raptor metāna-skābekļa dzinējus ar pilnu komponentu gazifikāciju.
SpaceX plāno nomainīt visas nesējraķetes ar Starship, ieskaitot ļoti veiksmīgo Falcon 9. Parasti īpaši smagas raķetes palaišana ir ārkārtīgi dārga - aptuveni viena miljarda dolāru apmērā. Lai saglabātu zemas palaišanas izmaksas, SpaceX plāno daudzas reizes izmantot abus posmus - 100 palaišanas reizes un, iespējams, vairāk. Šajā gadījumā izmaksas samazināsies gandrīz par diviem lielumiem - līdz desmit miljoniem dolāru par palaišanu. Ņemot vērā maksimālo slodzi 100 tonnas, mēs iegūsim izmaksas par kravas nogādāšanu LEO aptuveni 100 (!) Dolāru līmenī.
Protams, atgrieztie posmi prasīs apkopi, dzinēju nomaiņa pēc 50 startiem, degvielas uzpildīšana, zemes pakalpojumi būs jāmaksā, taču pats Starship, visticamāk, maksās nepilnu miljardu dolāru, un tā ražošanas un apkopes tehnoloģijas tiks nepārtraukti uzlabotas. pieredzi gūst SpaceX.
Faktiski Elons Musks norāda, ka Starship potenciāli var sasniegt aptuveni 10 ASV dolāru kilogramu palaišanas izmaksas ar kopējām palaišanas izmaksām 1,5 miljonu ASV dolāru apmērā, un kravas nogādāšanas uz Mēnesi izmaksas būs aptuveni 20-30 ASV dolāri par kilogramu. bet tas prasa, lai Starship tiktu palaists katru nedēļu.
Kur iegūt šādus apjomus?
Pat militārpersonām vienkārši nav tik daudz lietderīgās slodzes, ka jau pastāv civilā telpa - tirgus attīstība prasīs gadu desmitus.
Marsa kolonizācija?
Diez vai par to ir iespējams nopietni runāt.
Mēness kolonizācija?
Tuvāk, Starship var labi nogremdēt SLS un nosūtīt amerikāņus uz Mēnesi otro reizi. Bet tie ir desmitiem palaišanas, nevis simtiem vai tūkstošiem.
Tomēr SpaceX biznesa plāns ir daudz reālāks nekā kolonistu nosūtīšana uz Marsu - izmantojot Starship, lai pārvadātu pasažierus starpkontinentāli. Lidojot no Ņujorkas uz Tokiju caur Zemes orbītu, lidojuma laiks būs aptuveni 90 minūtes. Tajā pašā laikā SpaceX plāno nodrošināt ekspluatācijas uzticamību moderno lielo lidmašīnu līmenī, bet lidojuma izmaksas - starpkontinentālā lidojuma izmaksu līmenī biznesa klasē.
Kravas var piegādāt tādā pašā veidā. Piemēram, ASV armija par šo iespēju jau ir sākusi interesēties. Vienā lidojumā plānots piegādāt 80 tonnas kravas, kas ir salīdzināms ar transporta lidmašīnas C-17 Globemaster III iespējām.
Kopumā: pasažieru un kravu pārvadāšana, amerikāņu astronautu nogādāšana uz Mēness un, iespējams, uz tālākiem Saules sistēmas objektiem, komerciālo kosmosa kuģu aizvešana, kosmosa tūrisms un tā tālāk, un tā tālāk - SpaceX var arī samazināt kravas izņemšanas izmaksas, lai gan tas būtu līdz USD 100 par kilogramu.
Šajā gadījumā Starship ievadīs jaunu ēru kosmosa izpētē un ārpus tās.
Izredzes un sekas
Uz zvaigžņu kuģi šobrīd skatās ar zināmām aizdomām. Šķiet, ka uz papīra viss ir skaisti, un SpaceX pieredze runā pati par sevi, bet kaut kā viss ir pārāk rožains?
Dažreiz ir sajūta, ka šīs sistēmas potenciāls vienkārši neiederas ASV bruņoto spēku vadības, NASA vadības, uzņēmumu īpašnieku un vadītāju prātos dažādās nozarēs. Pārāk ilgi pat nelielas kravas palaišana kosmosā nozīmēja vairāku miljonu dolāru izmaksas.
Jautājums ir, kas notiek, kad 100 USD par kilogramu kļūst par realitāti?
Kad izglītoti cilvēki ASV Aizsardzības departamentā saprot, ka parastā tanka izmešana orbītā ir ātrāka un lētāka nekā to nogādāt ar militāro transporta lidmašīnu no Amerikas kontinenta uz Eiropu, pie kādiem secinājumiem viņi nonāks?
Nē, mēs neredzēsim Ābramu uz Mēness, bet tanks nav mērķis, tas ir tikai veids, kā nogādāt šāviņu ienaidniekam. Ko darīt, ja ir vieglāk iegūt šo šāviņu tieši no orbītas? Cik ātri ASV izstāsies no Miera miera kosmosa līguma, ja tajā (kosmosā) iegūs stratēģiskas priekšrocības? Cik ātri ASV armija sāks migrēt orbītā?
Turklāt pat ar esošajām iespējām izvietot kravas orbītā Falcon-9 un Falcon Heavy veidā, apvienojumā ar tehnoloģijām masveida satelītu būvei, pietiks, lai LEO tiktu iestrēdzis izlūkošanas, komandēšanas un sakaru satelītos. ka ASV 24/365 uzraudzīs planētas virsmu. Aizmirstiet par lieliem virszemes spēkiem, militārajiem grupējumiem, mobilajām sauszemes raķešu sistēmām - tas viss būs tikai tālsatiksmes ieroču mērķis ar lidojuma trajektorijas korekciju.
Starship panākumi pievienos šim komplektam kosmosa trieciena ešelonu, kurā mērķis tiks trāpīts no kosmosa dažu desmitu minūšu laikā pēc pieprasījuma saņemšanas. Neviens pasaules politiskais līderis nevar justies pārliecināts, zinot, ka neizbēgama volframa duša jebkurā brīdī var nokrist no kosmosa.
Par cenu 100 USD par kilogramu visi, kas nav pārāk slinki - farmācijas uzņēmumi, metalurģijas, kalnrūpniecības uzņēmumi - kāps kosmosā. Vēlāk mēs runāsim par kosmosa ekonomiku. Ja iespējams, lēti palaižot un izņemot kravas no orbītas, kosmoss kļūs par jauno Klondaiku. Ko mēs varam teikt par 10 dolāriem par kilogramu …
Pilnīgi iespējams, ka šobrīd mēs esam liecinieki kādam vēsturiskam notikumam, kas varētu kļūt par pagrieziena punktu cilvēces attīstībā
Vai šis process var apstāties?
Varbūt stāsts ir neparedzams. Cilvēku alkatība, stulbums vai vienkārši nelaimes gadījums - neveiksmju ķēde, var aprakt jebkuru veiksmīgāko uzņēmumu. Pietiek ar pāris lielām avārijām Starship ar simtiem cilvēku nāvi, un kosmosa izpētes procesu atkal var ievērojami palēnināt, kā tas bija jau XX gadsimtā.
Gadījumā, ja kosmosā tiks gūtas vienpusējas priekšrocības, ASV sāks īstenot daudz agresīvāku politiku nekā šobrīd. Ja nav iespējas nodrošināt paritāti telpā, mēs varam noslīdēt uz leju līdz Ziemeļkorejas līmenim, sēžot uz "kodolenerģijas čemodāna" un draudot jebkāda gadījuma apdraudēt sevi, kaimiņus un visus pārējos (kas, acīmredzot, dīvainu iemeslu dēļ pat dažus uzrunā).
Šajā sakarā jāpievērš pastiprināta uzmanība kosmosa nozarei, kuras stāvoklis šobrīd nerada optimismu.
Ņemsim, piemēram, supersmagās nesējraķetes "Jeņisejs" / "Dons" projektu - pietiek ar to, lai apskatītu visus dažādu vadītāju un departamentu savstarpēji izslēdzošos paziņojumus par šo projektu, un kļūst skaidrs, ka neviens, principā zina, kāpēc tas tiek radīts, ne arī tam, par ko tam vajadzētu kļūt. Ja šī ir nākamā "Angara", tad projektu var slēgt tagad - nav jēgas tērēt cilvēku naudu tam.
Tajā pašā laikā Ķīna nesēž dīkā.
Papildus tradicionālo nesējraķešu izstrādei viņi aktīvi pēta un pārņem amerikāņu pieredzi, nevilcinoties tieši kopēt. Valsts drošības jautājumos viss ir godīgi.
Nacionālajā kosmosa dienā Ķīnas raķešu izpētes institūts runāja par suborbitālās raķešu sistēmas projektu, kam vajadzētu nogādāt pasažierus no viena planētas punkta uz otru mazāk nekā vienas stundas laikā.
Varam teikt, ka līdz šim tie ir tikai zīmējumi, taču Ķīna pēdējā laikā vairākkārt ir pierādījusi savu spēju panākt līderus dažādās zinātnes un rūpniecības nozarēs.
Tāpat Krievijai ir pienācis laiks atstāt malā neskaidrības un svārstības kosmosa industrijā, skaidri formulēt mērķus un ar jebkādiem līdzekļiem nodrošināt to īstenošanu.
Ja Ķīna un Krievija kosmosā varēs konkurēt ar ASV jaunā tehnoloģiskā līmenī, tad zemas orbītas būs tikai sākums, un cilvēce patiešām ieies jaunā laikmetā, kas līdz šim pastāv tikai zinātniskās fantastikas romānu lappusēs.
