På midten av 1900 -tallet ble menneskeheten fascinert av verdensrommet. Lanseringen av den første satellitten, Gagarins flytur, romvandring, landing på månen - det virket litt mer - og vi vil fly til stjernene, spesielt siden ambisiøse interplanetære romfartøyprosjekter eksisterte. Og som baser på månen, flyreiser til Mars - det var noe som ble tatt for gitt.
Men prioriteringene har endret seg. Teknologiene fra forrige århundre, selv om de gjorde det mulig å implementere alt ovenfor, var ekstremt dyre. Utvidelse til verdensrommet basert på teknologier fra forrige århundre vil kreve en omorientering av alle økonomier i de ledende landene i verden for å løse dette problemet.
Intensiv romutforskning krever løsning av to grunnleggende oppgaver: den første er å sikre muligheten for å lansere massiv last i bane, og den andre er å redusere kostnadene for å lansere i bane per kilo nyttelast (PN).
Hvis menneskeheten klarte den første oppgaven relativt godt, så med den andre - alt viste seg å være mye mer komplisert.
Lang reise ut i verdensrommet (og veldig dyrt)
Helt fra begynnelsen var lanseringskjøretøy (LV) engangsbruk. 1900 -tallets teknologi tillot ikke opprettelse av et gjenbrukbart oppskytningsbil. Det virker utrolig når hundrevis av millioner eller milliarder av rubler / dollar brenner opp i atmosfæren eller krasjer på overflaten.
La oss forestille oss at skipene bare skulle bygges for en utgang til sjøen, og etter det ville de bli brent umiddelbart. I dette tilfellet ville tiden med store geografiske funn komme? Ville det nordamerikanske kontinentet bli kolonisert?
Usannsynlig. Mest sannsynlig ville menneskeheten ha levd som isolerte sivilisasjonssentre.
Muligheten for å lansere store og supertunge laster i lavreferansebane (LEO) ble implementert i den amerikanske monstrøse supertunge lanseringsbilen Saturn-5. Det var denne raketten, som var i stand til å frakte 141 tonn PN til LEO, som tillot USA å bli ledere i romløpet på den tiden og levere amerikanske astronauter til månen.
Sovjetunionen tapte løpet for månen fordi det ikke kunne lage et supertungt oppskytningsbil som kan sammenlignes med Saturn-5.
Og Sovjetunionen kunne ikke lage et supertungt oppskytningsbil på grunn av mangelen på kraftige rakettmotorer. På grunn av dette ble 30 NK-33 motorer installert i første etappe av den sovjetiske supertunge femtrinns LV N-1. Med tanke på fraværet av muligheten for datamaskindiagnostikk og synkronisering av motordrift på den tiden, samt det faktum at på grunn av mangel på tid og finansiering, ble dynamiske tester og brannbenketester av hele LV eller første trinns montering ikke utført, endte alle testlanseringer av LV N-1 med feil på scenen i den første fasen.
Et forsøk på å radikalt redusere kostnadene ved å skyte et romfartøy i bane var det amerikanske romfergeprogrammet.
I romfergens gjenbrukbare romfartøy (MTKK) ble to av tre komponenter returnert - fastbrenselboosters med fallskjerm sprutet ned i havet og etter kontroll og tanking kunne gjenbrukes, og romflyet - en skyttel, landet på rullebanen i henhold til flyplanen. I atmosfæren brant bare en tank for flytende hydrogen og oksygen, drivstoffet som ble brukt av skyttelens motorer.
Romfergelsystemet kan ikke klassifiseres som et supertungt oppskytningsbil - maksimalvekten til nyttelasten den la i lav referansebane (LEO) var mindre enn 30 tonn, noe som kan sammenlignes med nyttelastytelsen til det russiske Proton -oppskytningsvognen.
Sovjetunionen svarte med Energy-Buran-programmet.
Til tross for den eksterne likheten mellom romfergen og Energia-Buran-systemet, hadde de viktige forskjeller. Hvis i romfergen ble oppskytningen i bane utført av to gjenbrukbare drivstoffforsterkere og selve romfartøyet, så i det sovjetiske prosjektet var Buran en passiv last av Energia-oppskytningsbilen. Selve lanseringsbilen Energia kan med rette tilskrives "superheavy" - den var i stand til å sette 100 tonn i en lav referansebane, bare 40 tonn mindre enn Saturn -5.
På grunnlag av Energia lanseringskjøretøy var det planlagt å lage et Vulcan lanseringsbil med et økt antall sideblokker til 8 stykker, som var i stand til å levere 175-200 tonn nyttelast til LEO, noe som ville gjøre det mulig å utføre flyreiser til månen og Mars.
Den mest interessante utviklingen kan imidlertid kalles "Energy II" - "Hurricane" -prosjektet, der alle elementene skulle kunne gjenbrukes, inkludert det orbitale romfartøyet, den sentrale blokken i den andre fasen og sideblokkene i den første fasen. Sovjetunionens sammenbrudd tillot ikke dette, uten tvil, et interessant prosjekt.
For all sin episke karakter ble begge programmene innskrenket: det ene - på grunn av Sovjetunionens sammenbrudd, og det andre - på grunn av den høye ulykkesraten for "skyttelbusser" som drepte et titalls amerikanske astronauter. I tillegg oppfylte ikke romfergeprogrammet forventningene når det gjaldt en radikal reduksjon i kostnadene ved å lansere nyttelast i bane.
Etter gjennomføringen av Energia-Buran-programmet har menneskeheten ingen supertunge lanseringskjøretøy igjen. Russland hadde ikke tid til dette, og USA hadde betydelig mistet sine romambisjoner. For å løse de nåværende presserende oppgavene var lanseringskjøretøyene tilgjengelig for begge land ganske nok (bortsett fra den midlertidige mangelen på USAs evne til uavhengig å skyte astronauter i bane).
Det amerikanske romfartsbyrået NASA gjennomførte gradvis designet av et supertungt oppskytingsbil for å løse ambisiøse oppgaver: for eksempel en flytur til Mars eller bygging av en base på månen. Som en del av Constellation-programmet ble Ares V supertunge lanseringskjøretøy utviklet. Det ble antatt at "Ares-5" vil kunne bringe 188 tonn nyttelast til LEO, og levere 71 tonn PN til månen.
I 2010 ble Constellation -programmet stengt. Utviklingen på "Ares-5" ble brukt i et nytt program for å lage et supertungt LV-SLS (Space Launch System). Den supertunge SLS -lanseringsbilen i grunnversjonen skal kunne levere 95 tonn nyttelast til LEO, og i versjonen med økt nyttelast - opptil 130 tonn nyttelast. SLS LV-designet bruker motorer og drivstoffforsterkere som er laget som en del av romfergen-programmet.
Faktisk vil det være en slags moderne reinkarnasjon av "Saturn-5", lik den både i egenskaper og kostnad. Til tross for at SLS -programmet mest sannsynlig fortsatt vil bli fullført, vil det ikke revolusjonere verken amerikansk eller verdens astronautikk.
Dette er et bevisst blindvei-prosjekt.
Den samme skjebnen venter på det russiske prosjektet til Yenisei / Don supertunge oppskytningsbil, hvis den er bygget på grunnlag av "tradisjonelle" løsninger som brukes innen romteknologi.
Generelt var situasjonen i USA og i Russland til et visst forhold relativt lik: verken fra NASA eller Roskosmos ville vi neppe ha sett noen gjennombruddsløsninger når det gjelder å plassere nyttelasten i bane. Ikke noe nytt ble sett i andre land heller. Romindustrien har blitt veldig konservativ.
Private selskaper har forandret alt, og det er ganske naturlig at dette skjedde i USA, hvor de mest komfortable forretningsforholdene er skapt.
Privat plass
Selvfølgelig snakker vi først og fremst om SpaceX -selskapet Elon Musk. Så snart han ikke ble kalt - en svindler, "vellykket leder", "Ostap Petrikovich Mask" og så videre og så videre. Forfatteren har lest på en av ressursene en pseudo-vitenskapelig artikkel om hvorfor Falcon-9 lanseringskjøretøy ikke vil fly: karosseriet er ikke det samme, for tynt, og motorene er ikke de samme, generelt er det en millioner grunner til at "nei". Slike vurderinger ble for øvrig uttrykt ikke bare av uavhengige analytikere, men også av tjenestemenn, ledere for russiske statlige strukturer og foretak.
Musk ble anklaget for det faktum at han selv ikke utviklet noe (og han måtte lage all designdokumentasjonen selv, for deretter å montere lanseringsbilen på egen hånd?), Og at SpaceX mottok mye informasjon og materiale om andre prosjekter fra NASA (og SpaceX måtte gjøre alt fra bunnen av, som om romprogrammer ikke eksisterte i USA før det?).
På en eller annen måte, men Falcon-9-lanseringsbilen har funnet sted, den flyr ut i verdensrommet med en misunnelsesverdig regelmessighet, de utarbeidede første stadiene lander med samme regelmessighet, hvorav den ene allerede har flydd 10 (!) Ganger. Roskosmos har mistet det meste av markedet for å lansere nyttelast i bane, og etter opprettelsen av SpaceX av det gjenbrukbare bemannede romfartøyet Crew Dragon (Dragon V2) og markedet for å levere amerikanske astronauter til bane.
Men SpaceX har også en Falcon Heavy -rakett som kan levere over 63 tonn til LEO. Det er for tiden det tyngste og mest nyttelastbilen i verden. Den første fasen og sideforsterkerne er også gjenbrukbare.
En annen amerikansk milliardær, Jeff Bezos, puster bak i hodet på SpaceX. Selvfølgelig, selv om hennes suksesser er mye mer beskjedne, men det er fortsatt prestasjoner. Først og fremst er dette etableringen av en ny metan-oksygenmotor BE-4, som vil bli brukt i New Glenn lanseringsbil og i Vulcan lanseringsbil (som skal erstatte Atlas-5 lanseringsbil). Med tanke på at Atlas-5 nå flyr på russiske RD-180-motorer, vil Roskosmos etter utseendet til BE-4 miste nok et salgsmarked.
I USA og i andre land er det hundrevis av start-ups for å lage oppskytningskjøretøyer og andre typer fly for å skyte nyttelast i bane, oppstart for å lage satellitter og romfartøyer for ulike formål, industriell teknologi for romfart, orbital turisme, og så videre.
Hvor vil alt dette føre?
Til det faktum at rommarkedet vil ekspandere raskt, og konkurranse i markedet for å plassere nyttelast i bane vil føre til en betydelig reduksjon i kostnaden for fjerning av beregningen for en kilo.
Kostnaden for å lansere 1 kg nyttelast til LEO med romfergen eller Delta-4-raketten er omtrent $ 20.000. Russlands Proton -lanseringskjøretøy er i stand til å levere nyttelast til LEO for mindre enn $ 3000 per kilo, men disse missilene kjører på det svært giftige asymmetriske dimetylhydrazinet og er for tiden ute av produksjon. Billige, utviklet i Sovjetunionen, russisk-ukrainske Zenits er også en ting fra fortiden.
Falcon-9 lanseringskjøretøy, forutsatt at den første etappen i retur brukes, kan lansere en nyttelast i en lav referansebane til en pris på mindre enn $ 2000 per kilo. I følge Elon Musk kan Falcon-9 potensielt redusere kostnadene for å starte en nyttelast til $ 500-1100 per kilo.
En kan spørre, hvorfor er det nå så mye dyrere for kunder å ta ut nyttelaster?
For det første bestemmes kostnaden ikke bare av lanseringskostnaden, men også av markedsforholdene - prisene på konkurrenter. Hvilken kapitalist ville gi opp ekstra fortjeneste? Det er lønnsomt å være litt lavere enn konkurrentene, gradvis fange markedet, i stedet for å dumpe uten å tjene noe, spesielt siden i en så spesifikk kritisk industri som romfartslanseringsmarkedet, vil kontrollstrukturer uansett støtte flere leverandører, selv om man har prisene flere ganger høyere enn konkurrenten.
Det kan antas at SpaceXs prisreduksjon bare vil bli forårsaket av at konkurrenter dukker opp i møte med Blue Origin med sitt nye Glenn -lanseringsbil eller andre selskaper og land som vil skape midler for å lansere nyttelast med lave lanseringskostnader.
De fleste oppstart og lovende prosjekter er imidlertid knyttet til lansering av en nyttelast som veier hundrevis, høyst tusen kilo, i bane. Dette vil ikke revolusjonere plassen - å bygge noe stort vil kreve tunge og supertunge gjenbrukbare oppskytningsbiler med lave kostnader for å sette en nyttelast i bane. Og her, som vi allerede har sett ovenfor, er alt trist.
Alt bortsett fra SpaceXs viktigste prosjekt, et fullt gjenbrukbart romskip med et fullt gjenbrukbart Super Heavy første trinn
Supertung gjenbrukbar
Forskjellen mellom Starship (heretter kalt Starship som en kombinasjon av Starship + Super Heavy) fra alle andre lanseringskjøretøyer er at begge trinnene kan gjenbrukes. Samtidig bør Starships nyttelast til en lav referansebane være 100 tonn, det vil si at det er en fullverdig supertung rakett. For Starship har SpaceX utviklet nye, unike, lukkede Raptor-metan-oksygenmotorer med full komponentgassifisering.
SpaceX planlegger å erstatte alle lanseringskjøretøyene med Starship, inkludert den meget vellykkede Falcon 9. Vanligvis er det ekstremt dyrt å lansere en supertung rakett - i størrelsesorden en milliard dollar. For å holde kostnadene ved lansering lave, planlegger SpaceX å bruke begge stadier mange ganger - 100 lanseringer hver, og muligens flere. I dette tilfellet vil kostnaden falle med nesten to størrelsesordener - opptil ti millioner dollar per lansering. Når vi tar høyde for maksimal belastning på 100 tonn, får vi kostnaden for å bringe nyttelasten til LEO på omtrent 100 (!) Dollar per kilo.
Selvfølgelig vil de returnerte trinnene kreve vedlikehold, motorbytte etter 50 starter, tanking, bakketjenester må betales, men Starship selv vil mest sannsynlig koste mindre enn en milliard dollar, og produksjon og vedlikeholdsteknologier vil bli kontinuerlig forbedret etter hvert som erfaring er gjort av SpaceX.
Faktisk uttaler Elon Musk at Starship potensielt kan oppnå en nyttelastlanseringskostnad på omtrent $ 10 per kilo med en total lanseringskostnad på $ 1,5 millioner, og kostnaden for å levere last til månen vil være omtrent $ 20-30 per kilo. men dette krever at Starship skal lanseres på ukentlig basis.
Hvor får man tak i slike bind?
Selv militæret har rett og slett ikke så mye nyttelast at det allerede er sivilt rom - utviklingen av markedet vil ta flere tiår.
Kolonisering av Mars?
Det er neppe mulig å snakke alvorlig om dette.
Kolonisering av månen?
Nærmere kan Starship godt synke SLS og sende amerikanerne til månen en gang til. Men dette er dusinvis av lanseringer, ikke hundrevis eller tusenvis.
Imidlertid har SpaceX en forretningsplan som er langt mer reell enn å sende kolonister til Mars - ved å bruke Starship til å transportere passasjerer interkontinentalt. Når du flyr fra New York til Tokyo gjennom jordens bane, vil flytiden være ca. 90 minutter. Samtidig planlegger SpaceX å sikre driftssikkerhet på nivå med moderne store fly, og kostnaden for flyreisen - på nivå med kostnaden for en transkontinental flytur i business class.
Last kan leveres på samme måte. For eksempel har det amerikanske militæret allerede blitt interessert i denne muligheten. Det er planlagt å levere 80 tonn last på en flyvning, noe som kan sammenlignes med evnene til C-17 Globemaster III transportfly.
Samlet sett: transport av passasjerer og last, levering av amerikanske astronauter til månen, og muligens til fjernere objekter i solsystemet, tilbaketrekking av kommersielle romfartøyer, romturisme, og så videre og så videre, og lignende - SpaceX kan godt gi en reduksjon i kostnadene ved å ta ut nyttelasten, selv om det vil være opp til nivået på $ 100 per kilo.
I dette tilfellet vil Starship innlede en ny æra innen romforskning og videre.
Utsikter og implikasjoner
Starship blir sett på med en viss mistanke for øyeblikket. Det ser ut til at alt er vakkert på papir, og SpaceXs erfaring taler for seg selv, men på en eller annen måte er alt for rosenrødt?
Noen ganger er det en følelse av at potensialet til dette systemet bare ikke passer inn i tankene til ledelsen for de amerikanske væpnede styrkene, NASA -ledelsen, eiere og ledere av foretak i en rekke forskjellige bransjer. For lenge betød det å lansere til og med en liten nyttelast i verdensrommet flere millioner dollar.
Spørsmålet er, hva skjer når $ 100 per kilo blir virkelighet?
Når utdannede mennesker i det amerikanske forsvarsdepartementet forstår at å kaste en konvensjonell tank i bane er raskere og billigere enn å transportere den med et militært transportfly fra det amerikanske kontinentet til Europa, hvilke konklusjoner vil de komme til?
Nei, vi vil ikke se Abrams på månen, men tanken er ikke målet, det er bare en måte å levere prosjektilet til fienden. Hva om det er lettere å få dette prosjektilet direkte fra bane? Hvor raskt vil USA trekke seg fra den fredelige ytre romtraktaten hvis den får en strategisk fordel i den (i verdensrommet)? Hvor raskt vil det amerikanske militæret begynne å migrere til bane?
Dessuten vil selv de eksisterende mulighetene for å plassere nyttelaster i bane i form av Falcon-9 og Falcon Heavy, kombinert med teknologier for massesatellittkonstruksjon, være nok til at LEO kan bli blokkert av rekognoserings-, kommando- og kommunikasjonssatellitter, noe som fører til det faktum at USA vil overvåke planetens overflate 24/365. Glem store overflatestyrker, militære grupperinger, mobile bakkerakettsystemer - alt dette vil bare være mål for langdistansevåpen med korreksjon av flybane.
Suksessen til Starship vil legge til et romstreik -ekkelon til dette settet, hvor målet vil bli truffet fra verdensrommet i løpet av noen titalls minutter etter å ha mottatt en forespørsel. Ingen politisk leder i verden kan føle seg trygg på at en uunngåelig wolframdusj kan falle fra verdensrommet når som helst.
Til en pris av $ 100 per kilo vil alle som ikke er for late - farmasøytiske selskaper, metallurgiske, gruveselskaper - klatre ut i verdensrommet. Vi snakker mer om romøkonomi senere. Om mulig, billig lansering og fjerning av last fra bane, vil plass bli den nye Klondike. Hva kan vi si om 10 dollar per kilo …
Det er fullt mulig at vi akkurat nå er vitne til en historisk hendelse som kan bli et vendepunkt i menneskehetens utvikling
Kan denne prosessen stoppe?
Kanskje historien er uforutsigbar. Menneskelig grådighet, dumhet eller bare en ulykke - en kjede av feil kan begrave alle de mest vellykkede foretakene. Et par store ulykker Starship med hundrevis av menneskers død er nok, og prosessen med å lete etter rom kan igjen bli kraftig redusert, slik den allerede var på XX -tallet.
I tilfelle å oppnå en ensidig fordel i verdensrommet, vil USA begynne å føre en mye mer aggressiv politikk enn den er nå. I mangel av en mulighet til å sikre paritet i verdensrommet, kan vi godt gli ned til nivået i Nord -Korea, sitte på en "atomkoffert" og truer med å undergrave oss selv, naboer og alle andre i tilfelle noe (som tilsynelatende av merkelige grunner, til og med appellerer til noen).
I denne forbindelse er det nødvendig å være mer oppmerksom på romindustrien, hvis tilstand for øyeblikket ikke forårsaker noen optimisme.
Ta for eksempel prosjektet til det supertunge lanseringskjøretøyet "Yenisei" / "Don" - det er nok å se på alle gjensidig utelukkende uttalelser fra forskjellige ledere og avdelinger om dette prosjektet, og det blir klart at ingen, i prinsippet vet hvorfor det blir til, og heller ikke hva det er. skal til slutt bli. Hvis dette er den neste "Angara", så kan prosjektet lukkes nå - det nytter ikke å bruke folks penger på det.
Samtidig sitter ikke Kina ledig.
I tillegg til å utvikle tradisjonelle lanseringskjøretøy, studerer de og tar i bruk den amerikanske opplevelsen, og nøler ikke med å kopiere direkte. Alt er rettferdig i spørsmål om nasjonal sikkerhet.
På National Space Day snakket Chinese Rocket Research Institute om prosjektet med et suborbital rakettsystem, som skal levere passasjerer fra et punkt på planeten til et annet på mindre enn en time.
Vi kan si at dette foreløpig bare er tegninger, men Kina har nylig gjentatte ganger bevist sin evne til å ta igjen ledere innen ulike vitenskaps- og industrigrener.
Det er også på tide at Russland legger til side forvirring og vakling i romindustrien, tydelig formulerer mål og sikrer gjennomføringen av dem på noen måte.
Hvis Kina og Russland kan konkurrere med USA i verdensrommet på et nytt teknologisk nivå, vil lave baner bare være begynnelsen, og menneskeheten vil faktisk gå inn i en ny æra, som foreløpig bare eksisterer på sidene til science fiction -romaner.
