Улетели в историю: как SpaceX Илона Маска смогла обогнать «Роскосмос» так сильно и так быстро?
30 мая в 22.22 по Москве Crew Dragon с двумя астронавтами на борту отправился в свой первый пилотируемый полет Этим он прервал девятилетнюю паузу в американской пилотируемой космической программе — период, когда единственный путь на орбиту для американских астронавтов лежал через Байконур. Сейчас Crew Dragon находится на пути к МКС. Разбираемся, что это значит для мировой космонавтики и России.
Чем Crew Dragon лучше «Союза»? И лучше ли?
Многие все еще не готовы принять наблюдаемую реальность и поэтому говорят: «Запуская Crew Dragon, США с трудом повторяют то же самое, что Россия и Китай делали все эти годы, отправляя на орбиту людей. Они просто запускают капсулу на станцию, а потом сажают её назад на парашюте. Что тут такого сенсационного?»
Но эта точка зрения предельно далека от истины. Чтобы понять «что тут такого», сперва следует вспомнить, что такое космический корабль Crew Dragon на самом деле — и почему это действительно революция в сравнении с «Союзам».
Прежде всего: «Союз» по объемам практически не изменился со своего первого полета, состоявшегося 53 года назад. В то время никаких крупных орбитальных станций не было, смысла в возке большего числа людей на орбиту не было тоже. Поэтому герметичный объем этого корабля 10,45 м³ , а доступный экипажу — и вовсе 6,5 м³. Причем спуск осуществляется в отделяемой спускаемой капсуле, с доступным людям объемом всего в 2,5 м³ . Поэтому туда нереально посадить больше трех человек в скафандре (0,83 кубометра на человека). И хотя технически «Союз» может летать с экипажем 17,7 суток, на практике после одного такого эксперимента никто не горит желанием его повторит. Даже когда экипаж урезали до двух человек (один человек на 1,25 кубометра), в корабле было так тесно, что нормальные тренировки космонавтов наладить не удалось, и после спуска на Землю они не смогли дойти своими ногами даже до автобуса — такой была детренировка мышц в невесомости.
Crew Dragon возвращается на Землю весь целиком, объем его герметичного жилого пространства — 9,3 м³, причем весь этот объем доступен экипажу. Поэтому туда можно посадить семь членов экипажа. И на них все равно будет приходиться 1,33 кубометра на человека — больше, чем на «Союзе». Пассажировместимость этого корабля так велика, что NASA в одиночку просто не сможет ее полностью использовать: агентство планирует отправлять лишь по четыре человека, поскольку МКС имеет ограниченный объем и поддерживать на ней слишком большой экипаж сложно, да и расходы на станцию тогда бы возросли. Тем не менее, в космосе редко бывают «излишки». Почти наверняка «лишнее» пространство со временем займут представители других стран, желающие попасть на орбиту, или космические туристы. Избыток места полезен еще в одном отношении: на борту этого корабля есть туалет, в то время как на борту «Союзов» (а равно и более ранних шаттлов ), отправление естественных надобностей было несколько более экзотичным.
Кроме того, у нового американского корабля полезная нагрузка, доставляемая на станцию, помимо астронавтов может составлять несколько центнеров. Пока она чисто теоретическая, поскольку потребности станции удовлетворяют отдельные грузовые «Драконы», но в будущем ситуация может измениться.
«Союзы» на станцию везут людей — можно добавить сотню килограмм груза, но не более. Поскольку два из трех отсеков российского корабля, создававшегося еще при Королеве, не возвращаются на Землю, груз размещать особо негде: с МКС больше 100 килограмм «Союз» не вернет. А это бывает необходимым: образцы космических экспериментов, требующие ремонта скафандры и другое имущество периодически надо возвращать на планету. Crew Dragon спокойно может возвращать с собой многие центнеры нагрузки.
Характеристики Crew Dragon очень близки к считающейся перспективной российской «Федерации», которую недавно переименовали в «Орла». Его полезный жилой объем такой же — 9,3 м³, экипаж ограничен четырьмя космонавтами, и тоже есть возможность возвращения центнеров груза с орбиты. Но при формальной близости их параметров важен один нюанс: «Орел» не совершит даже первый, беспилотный испытательный полет ранее 2023 года, а первый пилотируемый — ранее 2025 года. Crew Dragon, пилотируемый корабль SpaceX, в 2019 году уже летал на орбиту в беспилотном варианте, а весной 2020 года попал туда и с экипажем на борту. Иными словами, пока SpaceX обгоняет «Роскосмос» в создании нового космического корабля как минимум на четыре года. В реальности эта цифра может даже возрасти.
Почему SpaceX так сильно опередила «Роскосмос»?
Достижение компании Илона Маска особенно впечатляет, если вспомнить, что она основана в 2002 году, — как раз тогда «Рокосмос» отказался продать американцу две своих ракеты, потребовав слишком высокую цену. На обратном пути в самолете Маск прикинул, за сколько можно сделать ракету самому, — в теории. После этого он заявил спутникам, что вполне реально снизить цены на космические полеты в десять раз. Иными словами, Маск имел нулевой опыт конструирования ракет и космических кораблей, с нуля основал компанию, где до сих пор остается главным инженером, и несмотря на это смог построить перспективный пилотируемый космический корабль быстрее, чем «Роскосмос» — хотя последний начал разрабатывать «Федерацию» даже чуть раньше, чем SpaceX свой Crew Dragon. Может быть, дело в том, что SpaceX получила больше денег? Но внимательный анализ расходов компании не показывает и этого. Первую версию ракеты Falcon 9 и грузового космического корабля Dragon (нынешний Crew Dragon — его очень глубокая модернизация) американская компания создала всего за 0,4 миллиарда долларов. Для сравнения, на одну только ракету «Ангара» Россия потратила более 4 миллиардов долларов или в десять раз больше. Все траты SpaceX по НИОКР за всю ее историю примерно равным тратам по НИОКР на одну «Ангару».
Несмотря на это, «Ангара» пока так и не начала регулярные полеты, а вот Falcon 9 делает это уже десяток лет — да и грузовые «Драконы» летают на МКС уже восемь лет подряд.
Нельзя сказать, что дело тут в какой-то особой расточительности «Роскосмоса». Если сравнить расходы российского космического гиганта с NASA, то выяснится, что они довольно скромны. Например, американское космическое агентство потратило на разработку своей ракеты SLS и корабля Orion уже десятки миллиардов долларов — много больше, чем ушло на «Ангару» — однако ни SLS, ни Orion до полной летной готовности еще не дошли.
Похоже, Маск добился серьезного отрыва от конкурентов не за счет их слабостей, а за счет своей силы. И речь не идет о какой-то особой гениальности — идее посадки ракеты на хвост десятки лет, и в тех же США уже летали демонстраторы таких технологий. Да и проект Crew Dragon не имеет радикальных преимуществ перед проектом «Орла». Дело в другом: у SpaceX и ее руководителя несопоставимо выше мотивация.
Главная проблема российского космоса не в нехватке конструкторов, а в том, что он не имеет определенных взглядов, зачем ему вообще нужен космос. Ведь если задуматься, то для полетов на МКС новые космические корабли проектировать вовсе не надо. Да, «Союз» тесный, да, там всего три члена экипажа. Но на орбитальной станции и так меньше человек, чем она может поддерживать — так зачем же строить корабль больше, чем требуется? Сходная история и с ракетой: «Ангара» по возможностям выведения не сильно отличается от «Протона», который до недавних пор вполне надежно летал. Так зачем же дублировать его новой конструкцией?
Конечно, остается еще такая цель как полет на Луну. И Orion NASA, и «Орел» «Роскосмоса» создаются, в том числе, с учетом возможного полета туда. Но все дело в том, что планы NASA в XXI веке меняются с каждым новым президентом США. Барак Обама хотел , чтобы Агентство летело к ближайшему околоземному астероиду, Дональд Трамп хочет возврата на Луну, а что будет хотеть следующий американский президент — на сегодня не знает вообще никто. Реализовать крупную космическую программу за 4−8 лет сложно даже США.
В России речь о смене космических целей страны вроде бы не идет. Но не потому, что она преследует их с завидным постоянством, а потому, что у нас никто так и не знает, в чем они состоят. Если открыть Федеральную космическую программу , то на ближайшие годы там запланировано одно только поддержание имеющихся возможностей полета в космос. На горизонте маячат какие-то тяжелые ракеты и корабли до Луны — но из программы в программу их переносят все дальше и дальше во времени. Фактически, это скорее пиар-проекты, а не реальные намерения, с внятными сроками и планами.
От этого финансирование и «Ангары», и «Орла», и даже Orion и SLS никогда не было ровным и уверенным. А у тех, кто занимался программой, никогда не было четкого понимания, когда же они должны ее завершить и чего заказчик на самом деле хочет.
У Маска все намного проще: его мотивация к созданию новых конструкций радикально выше. Его цель — это не доставка людей на МКС или вывод спутников на орбиту, как у российской космонавтики. И даже не повторное втыкание флага в лунную поверхность, как у Дональда Трампа. Он хочет не реализации пиар-проекта — он хочет высадки на Марс. Это принципиально другая задача, огромной сложности, на пути к которой нужно решить массу попутных задач. Чтобы научиться строить ракеты и корабли, SpaceX бралась за коммерческие контакты NASA, и именно в их рамках были созданы и Crew Dragon, и Falcon 9.
Но хотя они и кажутся нам сегодня большим достижением — который «Роскосмос» с «Орлом» лишь надеется повторить через несколько лет — для самого Илона Маска это только нижние ступени лестницы, которую он твердо намерен достроить в 2020-х годах. Ее верхние ступени — Марс.
Что будет теперь с «Роскосмосом» и до каких пор будут летать «Союзы»?
Из практики совместных полетов США и России на МКС до сворачивания программы шаттлов известно, что наличие одного средства доставки туда людей не означает свертывания полетов другого. До 2011 года на один пилотируемый рейс шаттлов к орбитальной станции старались давать один рейс «Союзов». Те превосходили шаттлы в плане экономики (один полет шаттла без учета стоимости НИОКР стоил 0,5 миллиарда долларов), но, несмотря на это, от последних никто не отказывался. Это был вклад США в совместную программу эксплуатации МКС. На шаттлах туда доставляли космонавтов вместе с американцами, а на «Союзах» — астронавтов вместе с российскими коллегами.
Точно также все будет и после начала полетов Crew Dragon: снова введут смешанные экипажи, где будут вместе летать граждане России и западных стран. Кажется, что пока «Союзу» ничего не угрожает.
Но в перспективе ситуация будет куда сложнее. С 2024 года у США нет четких планов на участие в проекте МКС. Именно в этом году они нацелены на высадку на Луне, и если у них все выйдет, то чисто финансово не потянут и полеты туда, и участие в орбитальной станции. Тем более, что у NASA есть план создания окололунной орбитальной станции. Полеты туда вычерпают бюджеты Агентства, не оставив ему много средств на МКС.
Поэтому уже сейчас в США ходят разговоры о будущем выходе американского государства из этого проекта. Между тем, одна Россия поддерживать МКС вряд ли сможет: целый ряд модулей там западный, и их эксплуатация и ремонт силами «Роскосмоса» малореальны. В теории, станцию может спасти перевод на коммерческий статус — привезти туда космических туристов.
И вот тут у «Союза» начнутся объективные сложности. Он сможет доставлять не более трех человек, часть из которых должна быть космонавтами-профессионалами — чтобы реагировать на возможные нештатные ситуации. Crew Dragon может вести 7 человек, и даже если двое будут астронавтами той же SpaceX, то еще пятеро могут быть туристами. Нетрудно понять, что «Союз» начнет выглядеть непривлекательно.
Разумеется, российский «Орел», если он будет готов к тому времени, поправит ситуацию. Но есть и проблема: не вполне ясно, закончат ли его разработку. Дело в том, что к 2023 году, когда он должен достигнуть летной готовности, вполне могут начаться пилотируемые полеты Starship. Вторая его ступень совмещена с кораблем, чей герметичный объем более 850 кубометров, то есть раз в девяносто больше, чем у Crew Dragon. Пассажировместимость там намечена до 100 человек, хотя в большинстве полетов, конечно, она будет меньше. При этом стоимость полетов — за счет многоразовости — планируется равной стоимости полета нынешней ракеты с кораблем типа Crew Dragon.
На этом фоне достройка «Орла» будет выглядеть, как спуск на воду военного парусного судна в эпоху пароходов. Ресурсы «Роскосмоса» ограничены, и если он решит догонять технологический уровень Starship, «Орел» вполне могут бросить на полдороги.
Еще хуже ситуация сложится, если наша страна избежит разработки аналога Starship. По гермообъему его вторая ступень равна всей МКС. Таким образом, появление подобного левиафана в космосе в основном закроет эпоху стандартных орбитальных станций: никто не будет задорого поддерживать их в рабочем состоянии, когда каждый летящий на орбиту Starship сам будет такой станцией. Только еще и способной долететь до Луны.
Источник
Рогозин vs Маск: «Роскосмос» сделает ракету лучше, чем Falcon 9?
30 мая SpaceX провела первый в истории частный пилотируемый запуск корабля Crew Dragon в космос. Этот запуск ознаменовал возобновление после девятилетнего перерыва собственной программы пилотируемой космонавтики в США. С 2011 года астронавты NASA летали только на российских кораблях. Кроме всего прочего это событие возымело огромный политический эффект: одни начали хоронить Россию как космическую державу, другие — называть произошедшее «пиаром Илона Маска» и обещать ответ, от которого в ужас придут уже американцы. Глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин пообещал создать в России многоразовую ракету-носитель, которая будет лучше, чем Falcon 9, с помощью которой был выведен на орбиту Crew Dragon.
«На замену «Союзу-2» мы делаем ракету на метане. Она будет изначально создаваться как многоразовый ракетно-космический комплекс. Не полумногоразовый, как у SpaceX, а многоразовый. Поясню, что это значит. Количество использования первой ступени составит не менее 100 полетов с тремя включениями маршевого двигателя в каждом — на подъеме, при торможении в верхних слоях атмосферы и при мягком приземлении. Это будет ракета ХХI века. Мы, конечно, подсматриваем за тем, что делают американские коллеги, но наши инженеры пытаются «срезать угол» — не повторять то, что делают коллеги из SpaceX, а превзойти их», — сказал Рогозин «РИА Новости».
Ранее в сентябре 2019 года «Роскосмос» сообщил, что затраты на изготовление новой многоразовой российской ракеты среднего класса с двигателем, работающим на метане, составят около 900 млн рублей. Стоимость ее пуска будет около $40,5 млн. Новая ракета сможет выводить с космодрома Восточный на низкую околоземную орбиту девять тонн груза, на геопереходную — 2,2 тонны.
Чтобы разобраться, с чем именно придется бороться Рогозину и «Роскосмосу», нужно понимать, где ведущие мировые космические державы находятся сейчас и каковы их планы на ближайшие 10-20 лет.
Весовые категории для космоса
Конкуренция в космической отрасли идет сразу во многих направлениях. Космические ракеты делятся на три базовых класса: средние, тяжелые и сверхтяжелые. У SpaceХ есть тяжелая ракета Falcon 9 и сверхтяжелая Falcon Heavy. В начале февраля 2018 года SpaceX запустила Falcon Heavy «в сторону орбиты Марса», причем единственной полезной нагрузкой ракеты стал электромобиль главы компании Илона Маска — вишневый Tesla Roadster с одетым в скафандр производства SpaceX водителем-манекеном. Возвращение ступеней ракеты прошло с переменным успехом: два боковых ускорителя ракеты успешно приземлились на посадочные платформы, а центральный ускоритель Falcon Heavy, который должен был сесть на плавучую платформу, разбился.
У СССР была своя сверхтяжелая ракета «Энергия», которая выводила в космос многоразовый корабль «Буран» весом 105 т около 30 лет назад. Новая российская сверхтяжелая ракета по ранее озвученным планам должна была появиться к 2028 году, однако в последние годы о ее судьбе ничего не слышно.
Falcon 9, с помощью которой на орбиту был выведен Crew Dragon, относится к классу тяжелых частично многоразовых ракет-носителей. Она использует в качестве компонентов топлива керосин (горючее) и жидкий кислород (окислитель). У России есть две тяжелые ракеты «Протон-М» и «Ангара-А5».
«Ангара» вполне могла стать конкурентом Falcon, однако «Роскосмос» решил изменить свои приоритеты. Изначально предполагалось, что перспективный транспортный корабль нового поколения (первое название — «Федерация», с осени 2019 года — «Орел»), будет запускаться при помощи ракеты-носителя «Ангара-А5П».
По состоянию на апрель 2015 года планировался первый пилотируемый пуск пилотируемого космического корабля нового поколения и полет к МКС с экипажем из двух человек.
Согласно проекту Федеральной космической программы на 2016-2025 годы, пилотируемый пуск перенесен на 2025 год. В середине 2017 года «Роскосмос» фактически свернул разработку пилотируемого варианта «Ангары» в пользу «Союза-5», запланировав возможный пуск «Ангары-А5П» на период после 2025 года.
В настоящее время большинство запусков, в том числе и пилотируемых производятся при помощи ракет среднего класса семейства «Союз» различных модификаций. В качестве топлива в них используется, так же как и в Falcon 9, керосин и жидкий кислород. Однако в отличие от Falcon, все ракеты семейства «Союз» являются полностью одноразовыми — все их ступени отстреливаются и сгорают в атмосфере.
Ракеты, которые вернутся
В мае 2020 года совет РАН по космосу одобрил создание в России многоразовой ракеты. Проблема в том, что никто, включая самого Дмитрия Рогозина, не рассказывает, как эта ракета или ракеты будут устроены. В разное время существовало несколько разработок возвращаемых ракет. Например, перспективный модуль «Байкал» — многоразовый ускоритель первой ступени ракеты-носителя «Ангара», разработанный в ГКНПЦ им. Хруничева. Особенностью многоразового ускорителя «Байкал» является возврат, осуществляемый самолетным способом. После отстыковки «Байкал» разворачивает поворотное крыло в верхней части корпуса и осуществляет посадку на аэродром, при этом может осуществляться маневр на дальности порядка 400 км.
В апреле 2018 года Рогозин в интервью телеканалу РБК сказал, что если Россия собирается создавать ракету с возвращаемыми ступенями, то она должна переходить из вертикального положения в горизонтальное и «самолетным образом возвращаться на ближайший аэродром». «Но это уже совмещение с авиацией», — добавил он. То есть, вероятно, речь шла о развитии именно проекта «Байкал». Впрочем, с тех пор планы могли измениться.
Другой проект — «Союз-7» частной компании S7 Space, который разработал экс-главный конструктор средств выведения ракетно-космической корпорации «Энергия» Игорь Радугин. Он руководил разработкой новой российской ракеты-носителя «Союз-5» и сверхтяжелой ракеты «Енисей». Как и в ракете Falcon-9, в проекте «Союз-7» планируется осуществлять возврат первой ступени с помощью ракетодинамического маневра и вертикальной посадки с использованием ракетных двигателей. Существует также проект одноступенчатой ракеты-носителя с вертикальным взлетом и посадкой «Корона», который разрабатывался государственным ракетным центром (ГРЦ) им. Макеева в период с 1992 по 2012 год.
Проблема всех этих проектов в том, что большинство специалистов аэрокосмической отрасли сомневаются, что у России есть технологический потенциал для их реализации. И даже если он есть, то разработки и испытания займут годы, а «Роскосмос», судя по всему, даже еще не определился, какие конкретные технологические решения он намерен развивать.
Почему метан?
Важной частью выступления Рогозина про «ответ Максу» стал тезис, что новая ракета будет использовать в качестве топлива метан. Возможность использования метана в качестве ракетного топлива рассматривается уже на протяжении десятков лет. Главное преимущество метана — лучшие возможности использования в многоразовых ракетах-носителях. В отличие от керосинового аппарата, полости двигателя на сжиженном природном газе легко очищать после использования — достаточно провести цикл испарения. Другой важный плюс кислородно-метанового двигателя — экологичность. И компоненты топлива, и продукты, образующиеся при его работе, не загрязняют окружающую среду в той степени, как используемый ныне керосин и продукты его горения. Кроме того, запасы метана могут пополняться при межпланетном перелете. К примеру, метан можно синтезировать из компонентов атмосферы Марса — воды и двуокиси углерода.
Проблема в том, что сейчас в России есть только стендовые варианты и экспериментальные образцы метановых двигателей. Например, в химкинском НПО «Энергомаш» исследования в части использования сжиженного газа в двигателях велись с 1981 года. Зато свой двигатель на метане Raptor уже есть у SpaceX. 5 августа 2020 года состоялся тестовый прыжок прототипа корабля Starship SN5 с двигателем Raptor SN27 на 150 метров.
В любом случае, чем бы ни закончилось соревнование между Илоном Маском и Дмитрием Рогозиным по части пиара своих достижений, космическая отрасль сейчас развивается темпами, сравнимыми по уровню конкуренции с ранним этапом космической гонки между СССР и США. Однако сейчас в ней помимо двух изначальных соперников участвуют также и частная аэрокосмическая компания Джеффа Безоса Blue Origin, еще десятки компаний по всему миру, китайский аналог «Роскосмоса» China Aerospace Science and Industry Corporation и т.д. И итогом этой гонки может быть скорое появление таких вещей, как доступный космический туризм, строительство орбитальных фабрик, где в состоянии невесомости можно будет печатать человеческие органы, и другие вещи, ранее существовавшие только в фантастической литературе.
Источник