Почему сегодня не нужны многоразовые ракеты

zelenyikot — 01.08.2018

Американская частная космическая компания SpaceX активно осваивает рынок коммерческих запусков в космос. При этом она преуспела в развитии технологии многоразовых ракет и в этом находит поддержку как государства, так и клиентов. Создается впечатление, что коммерческие успехи компании являются прямым следствием многоразовости. Поэтому кажется, что единственным спасением конкурентов, в том числе «Роскосмоса», будет немедленная возможность повторного использования ракет или их частей, однако есть сомнения, что здесь есть прямая связь.


«Роскосмос» не разрабатывает многоразовых ракет! Это утверждение кажется недостоверным, если просмотреть заголовки отечественных СМИ за последние годы. Можно услышать про МРКС (многоразовую ракетно-космическую систему), про «Корону», периодически вспоминают о МАКСе, недавно заговорили о реинкарнации «Байкала» под видом сверхлегкой многоразовой ракеты. Во всех этих новостях стоит обратить внимание, что эти проекты хоть и ведутся на предприятиях российской государственной космической отрасли, но не имеют заказчика, то есть проводятся в инициативном порядке, или, как в последнем случае, заказчик не «Роскосмос», либо «Роскосмос» финансирует предварительные «бумажные» проекты.

Точно так же Европа сейчас делает ставку и миллиардные инвестиции в современную одноразовую ракету Ariane 6, а многоразовые проекты рассматривает лишь как небольшой эксперимент. Американский производитель United Launch Alliance — главный конкурент SpaceX на внутреннем американском рынке, выполняющий заказы от NASA и Пентагона — проектирует новую ракету Vulcan, которая допускает многократное использование двигателей, но рассматривается и как одноразовый носитель.

Многоразовые технологии

Технически задача частично или полностью многоразового средства запуска в космос вполне решаема. Это определили еще в 1970–1980-е годы, когда разрабатывали первые многоразовые космические системы Space Shuttle и «Буран-Энергия». Позже стало ясно, что цена многоразовости слишком высока — средства возврата ракетных систем отнимают массу полезной нагрузки, а сложность технических решений повышает стоимость. К примеру Space Shuttle хоть и обладал только частичной многоразовостью, но на систему возвращения отводилось примерно 75% массы полезной нагрузки: на орбите оказывался почти 100-тонный корабль, который мог доставить только 25 т груза на низкую околоземную орбиту. Цена такого запуска начиналась от $0,5 млрд и могла превышать $1 млрд. Для сравнения: в то же время российская одноразовая ракета «Протон» совершала ту же работу за цену $90–100 млн.

Кажется, именно шаттлы и вызвали стойкий иммунитет государственных космических агентств к многоразовым системам. Европа, Индия, Китай ведут свои разработки, но они не отличаются высоким приоритетом и ведутся скорее для получения опыта, а не прикладного применения.

Еще в 1990-е в США компания McDonnell Douglas попыталась разработать ракету вертикальной посадки Delta Clipper. Ракета рассматривалась в перспективной концепции single-stage-to-orbit, то есть без отделяющихся ступеней. Проект реализовывался на деньги Пентагона и NASA и потребовал около $60 млн. Разработчики сумели освоить только вертикальную посадку ракеты на инженерном макете, но на космические запуски не хватило средств, а государство к таким экспериментам утратило интерес.



В 2001 году российский Центр Хруничева предложил мировому космическому рынку свою разработку — МРКС «Байкал». Предполагалось использовать крылатую ракету в качестве бокового ускорителя будущей ракеты «Ангара». После нескольких показов макета на выставках и нескольких оптимистичных заявлений дело заглохло. Проект не нашел стороннего инвестора или заказчика и был спрятан «в стол». Отсутствие интереса к такому проекту отчасти связано с тем, что изготовление «Ангары» постоянно затягивалось, а отчасти потому, что потенциальные заказчики не хотели оплачивать летные испытания экспериментального летательного средства: никто не мог сказать наверняка, какую экономию оно даст. Позже Центр Хруничева неоднократно возвращался к разработке, например, рассматривал вариант с жестким нераскладным крылом, но все осталось на чертежных досках и продувочных макетах для аэродинамической трубы.

Ракета «Корона», предлагаемая ГРЦ Макеева, вообще не вышла из «бумажного» варианта. Внешне она напоминает Delta Clipper и точно так же соответствует принципу single-stage-to-orbit, но пока не созданы двигатели, потенциально способные на такой запуск, не стоит всерьез рассматривать этот проект. К тому же «Корона» не заинтересовала «Роскосмос» как заказчика, несмотря на многочисленные заявления в прессе.

Инициативная разработка МАКС (Многоцелевой авиационно-космической системы) от НПО «Молния» ведет свою родословную от проекта «Буран», в котором «Молния» занималась планером космического самолета. «Мини-Буран» МАКС предлагалось запускать со спины сверхтяжелого самолета «Мрия», используя дополнительный топливный бак. Сегодня некоторые наработки этого проекта можно увидеть в павильоне «Космос» на ВДНХ в Москве.



Сейчас на пути к реализации этого проекта встали еще и политические препятствия — «Мрия» не наша, а украинская. Но отсутствие господдержки МАКСа стало очевидным еще в 2007 году, до российско-украинского обострения. Разработчики даже пытались предложить свое детище частному бизнесу и презентовали его на форуме частной космонавтики InSpace Forum в 2017 году в Москве, но также не нашли поддержки.

О многоразовом использовании частей обычных ракет задумывались и в США, в том числе и United Launch Alliance (ULA), который запускает ракеты Atlas V с российскими двигателями РД-180. В ULA рассматривали возможность возвращения и многократного иcпользования двигателей первой ступени еще в 2008 году, когда до первого пуска пока одноразового Falcon 9 компании SpaceX оставалось еще два года. Способ возврата в Atlas V предлагался довольно оригинальный: блок двигателей предлагалось отделять от ступени и спускать с надувным тормозным щитом и на парашютах, финальный этап торможения обеспечивался вертолетом, который должен был зацепить парашют крюком и мягко опустить двигатели на землю или плавучую платформу.




Сейчас подобную схему предполагают применять для будущих ракет ULA Vulcan, но в 2008 году эта идея компанию не заинтересовала. Расчеты показали, что возврат обеспечивает трехкратное снижение стоимости двигателя первой ступени уже после третьего возвращения, то есть на каждом пуске стоимостью $170 млн возвращение двигателя обеспечивало экономию всего $5-7 млн при полной стоимости двигателя $10 млн.



Кажется, что против многоразовости действует какой-то заговор, вроде мифического «заговора нефтяников против электромобилей». В действительности условия диктует экономика. Лучше всего ситуацию выразил глава Ariane Group Ален Шармо в интервью немецкому изданию Spiegel Online:

Предположим, у нас будет ракета, которую можно использовать повторно десять раз, тогда мы будем строить ровно одну ракету в год. Это не имеет смысла. Я не могу сказать моим командам: «Всем пока, продолжим работу в следующем году!

То есть главное препятствие на пути многоразовости — ограниченность грузопотока на орбиту. После завершения холодной войны количество ракетных пусков в мире сократилось практически вдвое и все последующие годы не превышало 100 штук. Существенная часть этих пусков обеспечивала государственные пилотируемые, военные, научные программы, которые не выходят на внешний рынок, хотя определенную долю государственные контракты занимают и на международном рынке.



С надеждой на будущее

Потребности же коммерческого рынка за последние 30 лет лишь в 1997–1999 годах превышали 30 ракет в год, а в последние годы не превышали и 20 пусков. При такой динамике рассчитывать на кратное увеличение спроса не приходится. Во многом поэтому SpaceX реализует проект глобального спутникового интернета с тысячами спутников, которые должны поднять спрос на ракеты, в том числе и многоразовые. Те же цели преследуют идеи Илона Маска возить туристов к Луне на Falcon Heavy и осуществлять межконтинентальные пассажирские перевозки на будущей ракете BFR. То есть между гигантами ULA, Arian Space и «Роскосмосом», которые обладают мощным производственным потенциалом и богатым опытом, и «неопытным» основателем SpaceX Илоном Маском разница в том, что прежние лидеры рассчитывают свою стратегию исходя из текущего состояния рынка и рыночных прогнозов. Маск же не оглядывается на сегодняшнее и прошлое, он на ходу выдумывает новые применения, а значит, новые рынки для своих ракет. Подобный авантюризм немыслим для прежних лидеров.

Сегодня Илон Маск уже не одинок, по пятам следует еще один миллиардер — Джефф Безос, самый богатый человек на Земле, который готов ежегодно вкладывать по миллиарду в свои многоразовые ракеты. Он точно так же не смотрит на текущее состояние рынка и уже получает предзаказы на свои еще несуществующие ракеты на выведение десятков спутников проекта OneWeb — конкурента похожей системы от SpaceX. Где-то рядом еще Пол Аллен, сооснователь Microsoft, финансирующий создание «летающего космодрома» в проекте Stratolaunch, который также не имеет экономических перспектив при существующем уровне спроса.

В июне 2018 года российская частная космическая компания S7 Space заявила, что готова воскресить советские двигатели НК-33 для создания собственной многоразовой ракеты. Компания владеет пусковой платформой морского базирования SeaLaunch, и для реализации многоразовости первой ступени понадобится еще и посадочная платформа. Можно только представить картину, как с одной морской платформы стартует ракета, и пролетев несколько десятков километров вверх и несколько сотен вперед, первая ступень возвращается к Земле и мягко садится на посадочную морскую платформу. Пока это только мечта, но технически осуществимая.



Решив технические и организационные вопросы, S7 Space должна решать и экономические. Ранее сообщалось, что для выхода на рентабельность S7 Space достаточно четырех пусков в год. Это вполне достижимый показатель с учетом выбранной бизнес-модели и сегодняшнем спросе на внутреннем и внешнем рынках. Впрочем, это было до инвестиций в ракетное производство. После вхождения в ракетостроительный бизнес компании придется нести гораздо больше расходов и либо становиться на путь ArianeSpace и ULA и опираться на госконтракты, либо становиться авантюристом, как Маск и Безос, и надеяться на расцвет новой космонавтики.

zelenyikot

Подготовлено для Forbes.ru

Поддержать мою деятельность можно через сервис Patreon: patreon.com/zelenyikot (Кнопка Become a Patron).
Другие способы оказать поддержку.

Чтобы не пропускать новые посты, подпишитесь на мои страницы:
в ЖЖ, Facebook, Вконтакте, Twitter.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив