20. sajandi keskel oli inimkond kosmosest lummatud. Esimese satelliidi käivitamine, Gagarini lend, kosmosesõit, maandumine Kuule - see tundus natuke rohkem - ja me lendame tähtede poole, eriti kuna ambitsioonikad planeetidevahelised kosmoselaevade projektid olid olemas. Ja kui baasid Kuul, lennud Marsile - see oli midagi, mida võeti iseenesestmõistetavana.
Kuid prioriteedid on muutunud. Eelmise sajandi tehnoloogiad, kuigi need võimaldasid rakendada kõike eelnevat, olid äärmiselt kallid. Eelmise sajandi tehnoloogial põhinev kosmosesse laienemine nõuaks selle probleemi lahendamiseks maailma juhtivate riikide kõigi majanduste ümberorienteerumist.
Intensiivseks kosmoseuuringuks on vaja lahendada kaks põhiülesannet: esimene on tagada massiivse suuremahulise kauba orbiidile laskmise võimalus ja teine on vähendada orbiidile laskmise kulusid ühe kilogrammi kandevõime (PN) kohta.
Kui inimkond tuli esimese ülesandega suhteliselt hästi toime, siis teisega - kõik osutus palju keerulisemaks.
Pikk teekond kosmosesse (ja väga kallis)
Algusest peale olid kanderaketid (LV) ühekordselt kasutatavad. 20. sajandi tehnoloogia ei võimaldanud luua korduvkasutatavat kanderaketti. Tundub uskumatu, kui sajad miljonid või miljardid rublad / dollarid atmosfääris põlevad või pinnale kukuvad.
Kujutame ette, et laevad ehitatakse ainult üheks väljapääsuks merele ja pärast seda põletatakse need kohe ära. Kas sel juhul tuleks suurte geograafiliste avastuste ajastu? Kas Põhja -Ameerika mandrit koloniseeritaks?
Ebatõenäoline. Tõenäoliselt oleks inimkond elanud tsivilisatsiooni isoleeritud keskustena.
Suurte ja üliraskete veoste madala viiteorbiidile (LEO) viimise võimalust rakendati Ameerika koletu üliraske kanderaketis Saturn-5. Just see rakett, mis oli võimeline kandma LEO -sse 141 tonni PN -d, võimaldas Ameerika Ühendriikidel saada tol ajal kosmosevõistluste liidriteks, toimetades Ameerika astronaudid Kuule.
Nõukogude Liit kaotas võidujooksu Kuule, sest ei suutnud luua Saturn-5-ga võrreldavat ülikerget kanderaketti.
Ja NSV Liit ei suutnud võimsate raketimootorite puudumise tõttu luua ülirasket kanderaketti. Seetõttu paigaldati Nõukogude ülikerge viieastmelise LV N-1 esimesele etapile 30 NK-33 mootorit. Arvestades sel ajal arvutidiagnostika ja mootori töö sünkroonimise võimaluse puudumist, samuti asjaolu, et aja ja rahastamise puudumise tõttu viidi läbi kogu LV või esimese etapi kokkupaneku maapealsed dünaamilised ja tulepinkide katsed mitte läbi viidud, lõppesid kõik LV N-1 katsetestid esimese etapi etapis ebaõnnestunult.
Katse radikaalselt orbiidile laskmise kulusid vähendada oli Ameerika kosmosesüstiku programm.
Kosmosesüstiku korduvkasutatavasse kosmoseaparaati (MTKK) tagastati kaks komponenti kolmest - langevarjuga tahkekütuse süütevõimendid pritsisid alla ookeani ning pärast kontrollimist ja tankimist sai neid uuesti kasutada ning kosmoselennuk - süstik, maandus lennurajal vastavalt lennuki skeemile. Atmosfääris põles ainult vedela vesiniku ja hapniku paak, mille kütust kasutasid süstiku mootorid.
Kosmosesüstiku süsteemi ei saa liigitada ülikerge kanderakettideks - madala kandevõimega orbiidile (LEO) paigutatud kandevõime maksimaalne kaal oli alla 30 tonni, mis on võrreldav Venemaa kanderaketi Proton kandevõimega.
Nõukogude Liit vastas sellele programmiga Energy-Buran.
Vaatamata kosmosesüstiku ja Energia-Buran süsteemi välisele sarnasusele oli neil olulisi erinevusi. Kui kosmosesüstikus viisid orbiidile õhku kaks korduvkasutatavat tahkekütuse võimendit ja kosmoseaparaat ise, siis Nõukogude projektis oli Buran passiivne kanderakett Energia. Energia kanderaketti ennast võib õigustatult omistada "üliraskele" - see oli võimeline viima 100 tonni madalale võrdlusorbiidile, vaid 40 tonni vähem kui Saturn -5.
Kanderaketi Energia baasil oli kavas luua kanderaketi Vulcan, mille külgplokkide arv suurenes 8 tükini ja mis suudab LEO-le tarnida 175-200 tonni kasulikku koormust, mis võimaldaks lende läbi viia Kuule ja Marsile.
Kõige huvitavamaks arenguks võib aga nimetada projekti "Energy II" - "Hurricane", milles kõik elemendid pidid olema korduvkasutatavad, sealhulgas orbitaal -kosmosesõiduk, teise etapi keskplokk ja esimese etapi külgplokid. NSV Liidu kokkuvarisemine ei võimaldanud kahtlemata seda huvitavat projekti ellu viia.
Kogu selle eepilise iseloomu tõttu piirati mõlemat programmi: ühte - NSV Liidu kokkuvarisemise tõttu ja teist - kümmekond Ameerika astronauti hukkanud "süstikute" suure õnnetusjuhtumi tõttu. Lisaks ei vastanud kosmosesüstiku programm ootustele kasuliku koorma orbiidile laskmise kulude radikaalse vähendamise osas.
Pärast programmi Energia-Buran lõpuleviimist pole inimkonnal järel ülikergeid kanderakette. Venemaal polnud selleks aega ja USA oli oma kosmoseambitsioonid oluliselt kaotanud. Praeguste kiirete ülesannete lahendamiseks piisas mõlemale riigile kättesaadavatest kanderakettidest (välja arvatud Ameerika Ühendriikide ajutine puudumine astronautide iseseisvaks orbiidile laskmiseks).
Ameerika lennundusagentuur NASA kavandas järk-järgult ülikerge kanderaketi, et lahendada ambitsioonikaid ülesandeid: näiteks lend Marsile või baasi ehitamine Kuule. Programmi Constellation raames töötati välja ülikerge kanderakett Ares V. Eeldati, et "Ares-5" suudab LEO-le tuua 188 tonni kasulikku koormust ja toimetada Kuule 71 tonni PN-d.
2010. aastal lõpetati programm Constellation. "Ares-5" arendusi kasutati uues programmis üliraske LV-SLS (Space Launch System) loomiseks. Põhiversiooni ülikerge kanderakett SLS peaks suutma tarnida LEO -le 95 tonni ja suurenenud kandevõimega versioonis kuni 130 tonni kasulikku koormust. SLS LV disain kasutab mootoreid ja tahkekütuse võimendeid, mis on loodud kosmosesüstiku programmi raames.
Tegelikult on see mingi "Saturn-5" kaasaegne reinkarnatsioon, mis on sarnane nii omaduste kui ka kulude poolest. Hoolimata asjaolust, et SLS -i programm tõenäoliselt lõpetatakse, ei muuda see revolutsiooni Ameerika ega maailma astronautikas.
See on teadlikult tupikprojekt.
Sama saatus ootab Jenissei / Doni ülikerge kanderaketi Venemaa projekti, kui see on ehitatud kosmosetehnoloogias kasutatavate “traditsiooniliste” lahenduste alusel.
Üldiselt oli teatud ajahetkel olukord USA -s ja Venemaal suhteliselt sarnane: ei NASA -lt ega Roskosmoselt poleks me ilmselt näinud läbimurdelisi lahendusi kasuliku koormuse orbiidile paigutamise osas. Ka teistes riikides ei nähtud midagi uut. Kosmosetööstus on muutunud väga konservatiivseks.
Eraettevõtted on kõike muutnud ja on täiesti loomulik, et see juhtus Ameerika Ühendriikides, kus on loodud kõige mugavamad tingimused ettevõtluseks.
Privaatne ruum
Loomulikult räägime kõigepealt SpaceXi ettevõttest Elon Musk. Niipea, kui teda ei kutsutud - pettur, "edukas mänedžer", "Ostap Petrikovitši mask" ja nii edasi ja nii edasi. Autor on lugenud ühest allikast pseudoteaduslikku artiklit selle kohta, miks kanderakett Falcon-9 ei lenda: selle kere ei ole sama, liiga õhuke ja mootorid pole samad, üldiselt on miljon põhjust, miks "ei". Selliseid hinnanguid, muide, ei väljendanud mitte ainult sõltumatud analüütikud, vaid ka ametnikud, Venemaa riigistruktuuride ja ettevõtete juhid.
Muski süüdistati selles, et ta ise midagi välja ei arendanud (ja ta pidi kogu projekteerimisdokumentatsiooni ise koostama ning seejärel kanderaketi ise kokku panema?), Ja et SpaceX sai palju teavet ja materjale teiste projektide kohta NASA -lt (ja SpaceX pidi tegema kõike nullist, nagu poleks USA -s enne seda kosmoseprogramme olemas olnud?).
Ühel või teisel viisil, kuid kanderakett Falcon-9 on toimunud, lendab see kadestamisväärse regulaarsusega kosmosesse, sama korrapäraselt maanduvad välja töötatud esimesed etapid, millest üks on lennanud juba 10 (!) Korda. Roskosmos on kaotanud suurema osa turust kasulike koormate orbiidile viimiseks ning pärast SpaceXi loomist korduvkasutatava mehitatud kosmoselaeva Crew Dragon (Dragon V2) ja Ameerika astronautide orbiidile toimetamise turu jaoks.
Kuid SpaceXil on ka Falcon Heavy rakett, mis suudab LEO -le toimetada üle 63 tonni. See on praegu maailma raskeim ja kandevõimega kanderakett. Selle esimene etapp ja külgvõimendid on samuti korduvkasutatavad.
Teine Ameerika miljardär Jeff Bezos hingab SpaceXi kuklasse. Muidugi, kuigi tema õnnestumised on palju tagasihoidlikumad, on siiski saavutusi. Esiteks on see uue metaani-hapniku mootori BE-4 loomine, mida kasutatakse kanderaketis New Glenn ja kanderaketis Vulcan (mis asendab kanderakett Atlas-5). Arvestades, et Atlas-5 lendab nüüd Venemaa RD-180 mootoritega, kaotab Roskosmos pärast BE-4 ilmumist järjekordse müügituru.
Ameerika Ühendriikides ja teistes riikides on sadu idufirmasid, mis loovad kanderakette ja muid õhusõidukeid kasulike koormate orbiidile toomiseks, idufirmad, mis loovad satelliite ja kosmoseaparaate erinevatel eesmärkidel, tööstuslikud tehnoloogiad kosmoses, orbitaalturism., ja nii edasi.
Kuhu see kõik viib?
Asjaolu, et kosmoseturg laieneb kiiresti ja konkurents kasuliku koorma orbiidile viimise turul toob kaasa selle ühe kilogrammi arvutamisest eemaldamise kulude olulise vähenemise.
Kosmosesüstiku süsteemi või raketi Delta-4 abil 1 kg kasulikku koormat LEO-le käivitamise hind on umbes 20 000 dollarit. Venemaa kanderaketid Proton on võimelised kandma LEO -le kasulikku koormust alla 3000 dollari kilogrammi kohta, kuid need raketid töötavad väga mürgise asümmeetrilise dimetüülhüdrasiiniga ja on praegu tootmisest väljas. Odavad, NSV Liidus välja töötatud vene-ukraina zeniidid on samuti minevik.
Kanderakett Falcon-9 võib tingimusel, et kasutatakse tagasipöördumise esimest etappi, tuua kasulikku koormust madalale võrdlusorbiidile hinnaga alla 2000 dollari kilogrammi kohta. Elon Muski sõnul võib Falcon-9 potentsiaalselt vähendada koormuse käivitamise kulusid 500-1100 dollarini kilogrammi kohta.
Võiks küsida, miks on klientidel nüüd kasulikud koormad välja võtta?
Esiteks määravad kulud mitte ainult käivitamiskulud, vaid ka turutingimused - konkurentide hinnad. Milline kapitalist loobuks lisakasumist? Kasumlik on konkurentidest veidi madalam olla, turgu järk -järgult hõivata, mitte dumpingut ilma midagi teenimata, eriti kuna sellises konkreetses kriitilises tööstusharus nagu kosmoselaevanduse turg toetavad kontrollistruktuurid igal juhul mitut tarnijat, isegi kui üks on hinnad konkurentidest mitu korda kõrgemad.
Võib arvata, et SpaceXi hinnalangust ajendab vaid konkurentide esilekerkimine Blue Origini ees oma kanderaketiga New Glenn või teised ettevõtted ja riigid, kes loovad vahendid kasulike koormate käivitamiseks madala käivitamiskuluga.
Enamik idufirmasid ja paljutõotavaid projekte on aga seotud sadu, kõige rohkem tuhande kilogrammi kaaluva kandevõime orbiidile toomisega. See ei muuda kosmoset revolutsiooniliselt - millegi suure ehitamiseks on vaja raskeid ja üliraskeid korduvkasutatavaid kanderakette, mille kandevõime orbiidile laskmine on odav. Ja siin, nagu me juba eespool nägime, on kõik kurb.
Kõik, välja arvatud SpaceXi kõige olulisem projekt, täielikult korduvkasutatav kosmoselaev Starship koos täielikult korduvkasutatava Super Heavy esimese etapiga
Korduvkasutatav üliraske
Erinevus Starshipi (edaspidi Starship kui Starship + Super Heavy kombinatsioon) vahel kõigist teistest kanderakettidest on see, et mõlemad astmed on korduvkasutatavad. Samal ajal peaks Starshipi kasulik koormus madalale võrdlusorbiidile olema 100 tonni, see tähendab, et see on täisväärtuslik ülikerge rakett. Starshipi jaoks on SpaceX välja töötanud uued, ainulaadsed suletud tsükliga Raptori metaani-hapniku mootorid, millel on täielik komponentide gaasistamine.
SpaceX kavatseb kõik oma kanderaketid asendada Starshipiga, sealhulgas üliedukas Falcon 9. Tavaliselt on ülikerge raketi väljalaskmine äärmiselt kallis - suurusjärgus miljard dollarit. Käivitamiskulude madalal hoidmiseks kavatseb SpaceX kasutada mõlemat etappi mitu korda - igaüks 100 käivitamist ja võib -olla rohkemgi. Sel juhul vähenevad kulud peaaegu kahe suurusjärgu võrra - kuni kümme miljonit dollarit käivitamise kohta. Võttes arvesse maksimaalset koormust 100 tonni, saame kasulikku koormust LEO -le tuua umbes 100 (!) Dollarit kilogrammi kohta.
Muidugi vajavad tagastatud etapid hooldust, mootorite vahetamist pärast 50 käivitamist, tankimist, maapealseid teenuseid, kuid Starship ise maksab tõenäoliselt alla miljardi dollari ning selle tootmis- ja hooldustehnoloogiaid täiustatakse pidevalt. kogemusi omandab SpaceX.
Tegelikult väidab Elon Musk, et Starship võib potentsiaalselt saavutada kandevõime stardikulu umbes 10 dollarit kilogrammi kohta, stardikulu kokku 1,5 miljonit dollarit ja lasti Kuule toimetamine maksab umbes 20–30 dollarit kilogrammi kohta. kuid see nõuab Starshipi käivitamist iganädalaselt.
Kust selliseid mahte saada?
Isegi sõjaväel pole lihtsalt nii palju kasulikku koormust, et seal oleks juba tsiviilruum - turu areng võtab aastakümneid.
Marsi koloniseerimine?
Sellest on vaevalt võimalik tõsiselt rääkida.
Kuu koloniseerimine?
Lähemale võib Starship SLS -i uputada ja ameeriklased teist korda Kuule saata. Kuid need on kümned käivitused, mitte sajad või tuhanded.
SpaceXil on aga äriplaan palju reaalsem kui kolonistide saatmine Marsile - kasutades Starshipi reisijate transportimiseks mandrite vahel. Lennates New Yorgist Tokyosse läbi Maa orbiidi, on lennuaeg umbes 90 minutit. Samal ajal kavatseb SpaceX tagada töökindluse kaasaegsete suurte lennukite tasemel ja lennu maksumuse - äriklassi mandriteülese lennu maksumuse tasemel.
Kauba saab kohale toimetada samal viisil. Näiteks USA sõjavägi on selle võimaluse vastu juba huvi tundnud. Ühe lennuga on kavas tarnida 80 tonni kaupa, mis on võrreldav transpordilennuki C-17 Globemaster III võimalustega.
Kokkuvõttes: reisijate ja kauba vedu, Ameerika astronautide toimetamine Kuule ja võib -olla ka Päikesesüsteemi kaugematesse objektidesse, kommertslike kosmoselaevade väljaviimine, kosmoseturism jne jne ja nii edasi - SpaceX võib kasulikku koormust välja võtta, kuigi see võib ulatuda 100 dollarini kilogrammi kohta.
Sel juhul avab Starship uue ajastu kosmoseuuringutes ja kaugemalgi.
Väljavaated ja tagajärjed
Starshipi vaadatakse praegu teatud kahtlusega. Tundub, et paberil on kõik ilus ja SpaceXi kogemus räägib enda eest, aga kuidagi on kõik liiga roosiline?
Mõnikord on tunne, et selle süsteemi potentsiaal lihtsalt ei mahu USA relvajõudude juhtkonna, NASA juhtkonna, mitmesuguste tööstusharude ettevõtete omanike ja juhtide meelest. Liiga kaua tähendas isegi väikese kasuliku koorma kosmosesse laskmine mitme miljoni dollari suuruseid kulusid.
Küsimus on selles, mis juhtub, kui 100 dollarit kilogrammi kohta saab reaalsuseks?
Kui haritud inimesed USA kaitseministeeriumis mõistavad, et tavalise tanki viskamine orbiidile on kiirem ja odavam kui selle transportimine sõjaväe transpordilennukiga Ameerika mandrilt Euroopasse, siis millistele järeldustele nad jõuavad?
Ei, me ei näe Abramsi Kuul, kuid tank pole sihtmärk, see on lihtsalt viis mürsu vaenlasele toimetamiseks. Mis siis, kui seda mürsku on lihtsam otse orbiidilt saada? Kui kiiresti USA taandub rahumeelse kosmoselepingust, kui saab selles (kosmoses) strateegilise eelise? Kui kiiresti hakkab USA sõjavägi orbiidile rändama?
Lisaks piisab isegi olemasolevatest võimalustest kandevõime orbiidile paigutamiseks Falcon-9 ja Falcon Heavy kujul koos satelliitide massilise ehitamise tehnoloogiatega, et LEO oleks takistatud luure-, juhtimis- ja sidesatelliitidega, mis toob kaasa asjaolu et USA jälgib planeedi pinda 24/365. Unustage suured pinnajõud, sõjaväelised rühmitused, mobiilsed maapealsed raketisüsteemid - kõik need on vaid sihtmärgid lennutrajektoori korrigeerimisega kaugmaarelvadele.
Starshipi edu lisab sellele komplektile kosmose löögi ešeloni, kus sihtmärk tabatakse kosmosest mõnekümne minuti jooksul pärast taotluse saamist. Ükski maailma poliitiline juht ei saa end kindlalt tunda, teades, et paratamatu volframdušš võib iga hetk kosmosest alla kukkuda.
Kilohinnaga 100 dollarit ronivad kosmosesse kõik, kes pole liiga laisad - ravimiettevõtted, metallurgia-, kaevandusettevõtted. Kosmoseökonoomikast räägime lähemalt hiljem. Võimalusel, lastes odavalt orbiidilt lasti ja eemaldades selle, saab kosmosest uus Klondike. Mida me saame öelda umbes 10 dollari kohta kilogrammi kohta …
On täiesti võimalik, et just praegu oleme tunnistajaks ajaloolisele sündmusele, millest võib saada pöördepunkt inimkonna arengus
Kas see protsess võib peatuda?
Võib -olla on lugu ettearvamatu. Inimlik ahnus, rumalus või lihtsalt õnnetus - ebaõnnestumiste ahel võib matta maha kõik kõige edukamad ettevõtmised. Piisab paarist suurõnnetusest Starship koos sadade inimeste surmaga ning kosmoseuuringute protsessi saab jällegi tõsiselt aeglustada, nagu see oli juba XX sajandil.
Kosmoses ühepoolse eelise saamise korral hakkavad USA ajama palju agressiivsemat poliitikat kui praegu. Kui puudub võimalus tagada ruumis võrdsus, võime libiseda Põhja -Korea tasemele, istudes „tuumakohvril” ja ähvardades ennast, naabreid ja kõiki teisi õõnestada. kummalistel põhjustel isegi meeldib mõnele).
Sellega seoses on vaja pöörata suuremat tähelepanu kosmosetööstusele, mille hetkeseis ei tekita optimismi.
Võtame näiteks üliraske kanderaketi "Jenissei" / "Don" projekti - piisab, kui vaadata kõiki erinevate juhtide ja osakondade teineteist välistavaid avaldusi selle projekti kohta, ja selgub, et keegi, põhimõtteliselt teab, miks see luuakse, ega ka seda, mis see peaks saama. Kui see on järgmine "Angara", siis võib projekti nüüd lõpetada - pole mõtet inimeste raha sellele kulutada.
Samal ajal ei istu Hiina käed rüpes.
Lisaks traditsiooniliste kanderakettide väljatöötamisele õpivad nad aktiivselt Ameerika kogemusi ja võtavad need omaks ning ei kõhkle otseselt kopeerimast. Riigi julgeoleku küsimustes on kõik õiglane.
Rahvuslikul kosmosepäeval rääkis Hiina raketiuuringute instituut suborbitaalse raketisüsteemi projektist, mis peaks reisijad planeedi ühest punktist teise toimetama vähem kui tunniga.
Võime öelda, et seni on need vaid joonised, kuid Hiina on viimasel ajal korduvalt tõestanud oma võimet jõuda erinevate teadus- ja tööstusharude liidritele järele.
Samuti on Venemaal aeg jätta segadus ja kõikumine kosmosetööstuses kõrvale, sõnastada selgelt eesmärgid ja tagada nende rakendamine mis tahes vahenditega.
Kui Hiina ja Venemaa suudavad uuel tehnoloogilisel tasemel Ameerika Ühendriikidega kosmoses konkureerida, siis on madalad orbiidid alles algus ja inimkond astub tõepoolest uude ajastusse, mis seni eksisteerib vaid ulmekirjanduse lehtedel.
