A 20. század közepén az emberiséget lenyűgözte az űr. Az első műhold felbocsátása, Gagarin repülése, űrsétája, leszállás a Holdon - ez egy kicsit többnek tűnt -, és repülni fogunk a csillagokhoz, különösen azért, mert léteztek ambiciózus bolygóközi űrhajó -projektek. És mint a Hold bázisai, repülések a Marsra - ezt természetesnek vették.
De a prioritások megváltoztak. A múlt század technológiái, bár lehetővé tették mindezek megvalósítását, rendkívül drágák voltak. A múlt század technológiáin alapuló űrbe való terjeszkedés a világ vezető országainak összes gazdaságának átirányítását igényelné e probléma megoldása érdekében.
Az intenzív űrkutatáshoz két alapvető feladat megoldása szükséges: az első a hatalmas terjedelmes rakomány pályára állításának biztosítása, a második pedig az, hogy csökkentsék a pályára bocsátás költségeit egy kilogramm hasznos teherre (PN).
Ha az emberiség viszonylag jól megbirkózott az első feladattal, akkor a másodikkal - minden sokkal bonyolultabbnak bizonyult.
Hosszú utazás az űrbe (és nagyon drága)
A kezdetektől fogva a hordozórakéták (LV) egyszer használatosak voltak. A 20. századi technológia nem tette lehetővé újrafelhasználható hordozórakéta létrehozását. Hihetetlennek tűnik, amikor több száz millió vagy milliárd rubel / dollár ég fel a légkörben vagy összeomlik a felszínen.
Képzeljük el, hogy a hajókat csak egy tengeri kijárathoz építenék, és ezt követően azonnal elégetnék őket. Ebben az esetben jön a nagy földrajzi felfedezések korszaka? Gyarmatosítanák az észak -amerikai kontinenst?
Valószínűtlen. Valószínűleg az emberiség a civilizáció elszigetelt központjaként élt volna.
A nagy és szuper nehéz rakományok alacsony referenciapályára (LEO) történő indításának lehetőségét az amerikai szörnyű szupernehéz hordozórakéta Saturn-5 valósította meg. Ez a rakéta, amely képes 141 tonna PN szállítására a LEO -hoz, lehetővé tette az Egyesült Államok számára, hogy az akkori űrverseny vezetői legyenek, és amerikai űrhajósokat szállítsanak a Holdra.
A Szovjetunió elvesztette a versenyt a Holdért, mert nem tudott a Szaturnusz-5-hez hasonló szupernehéz hordozórakétát létrehozni.
A Szovjetunió pedig nem tudott szupernehéz hordozórakétát létrehozni az erőteljes rakétahajtóművek hiánya miatt. Emiatt 30 NK-33 motort telepítettek a szovjet szupernehéz ötfokozatú LV N-1 első szakaszába. Figyelembe véve a számítógépes diagnosztika és a motor működésének szinkronizálásának lehetőségét abban az időben, valamint azt a tényt, hogy idő és finanszírozás hiányában a teljes LV vagy az első szakasz összeszerelésének földi dinamikai és tűzpados tesztjeit nem hajtották végre, az LV N-1 összes tesztindítása kudarccal végződött az első szakasz szakaszában.
Az űrrepülőgép pályára állításának költségeinek radikális csökkentésére tett kísérlet az amerikai űrsikló program volt.
Az űrsikló újrafelhasználható szállító űrhajójában (MTKK) háromból kettő komponenst visszaküldtek - az ejtőernyős szilárd tüzelőanyag -fokozókat az óceánba fröccsentették, és ellenőrzés és újratöltés után újra felhasználhatták, az űrrepülőgép pedig egy sikló leszállt. a kifutópályán a repülőgép sémája szerint. A légkörben csak a folyékony hidrogén és az oxigén tartálya égett, az üzemanyagot az űrsikló motorjai használták fel.
Az űrsikló rendszer nem minősíthető szupernehéz hordozórakétának - az alacsony referenciapályára (LEO) rakott hasznos teher maximális súlya kevesebb volt, mint 30 tonna, ami összehasonlítható az orosz Proton hordozórakéta hasznos terhelhetőségével.
A Szovjetunió erre válaszolt az Energy-Buran programmal.
Az űrsikló és az Energia-Buran rendszer külső hasonlósága ellenére alapvető különbségek voltak. Ha az űrsiklóban a pályára állítást két újrafelhasználható szilárd hajtógáz-erősítő és maga az űrhajó hajtotta végre, akkor a szovjet projektben a Buran az Energia hordozórakéta passzív terhelése volt. Maga az Energia hordozórakéta joggal tulajdonítható a "szupernehéznek" - 100 tonna volt képes alacsony referenciapályára állítani, mindössze 40 tonnával kevesebbet, mint a Saturn -5.
Az Energia hordozórakéta alapján egy Vulcan hordozórakéta létrehozását tervezték 8 oldalra növelt oldalsó blokkokkal, amely 175-200 tonna hasznos teher szállítására képes a LEO számára, ami lehetővé teszi a repülések végrehajtását a Holdra és a Marsra.
A legérdekesebb fejlesztés azonban az "Energy II" - "Hurricane" projektnek nevezhető, amelyben minden elemet újra fel lehetett használni, beleértve az orbitális űrrepülőgépet, a második szakasz központi blokkját és az első szakasz oldaltömbjeit is. A Szovjetunió összeomlása nem tette lehetővé, hogy kétségtelenül érdekes projekt valósuljon meg.
Epikus jellege ellenére mindkét programot lerövidítették: az egyiket - a Szovjetunió összeomlása miatt, a másodikat - a tucatnyi amerikai űrhajós halálát okozó "transzferek" magas baleseti aránya miatt. Ezenkívül az űrsikló program nem felelt meg az elvárásoknak a hasznos teher pályára állításának radikális csökkentése tekintetében.
Az Energia-Buran program befejezése után az emberiségnek nem maradt szupernehéz hordozórakéta. Oroszországnak erre nem volt ideje, az Egyesült Államok pedig jelentősen elvesztette űrbeli ambícióit. A jelenlegi sürgető feladatok megoldásához a mindkét ország rendelkezésére álló hordozórakéták elégségesek voltak (kivéve az Egyesült Államok ideiglenes hiányát az űrhajósok pályára állítására).
A NASA amerikai repülőgép-ügynökség fokozatosan kivitelezte egy szupernehéz hordozórakéta tervezését, amellyel ambiciózus feladatokat oldhat meg: például repülhet a Marsra, vagy bázist építhet a Holdon. A Constellation program részeként fejlesztették ki az Ares V szupernehéz hordozórakétát. Feltételezték, hogy az "Ares-5" képes lesz 188 tonna hasznos teher szállítására a LEO-hoz, és 71 tonna PN szállítására a Holdra.
2010 -ben lezárták a Constellation programot. Az "Ares-5" fejlesztéseit egy új programban használták fel egy szuper nehéz LV-SLS (Space Launch System) létrehozására. Az alapváltozatban található szupernehéz SLS hordozórakétának képesnek kell lennie 95 tonna hasznos teher szállítására a LEO számára, a megnövelt hasznos terhelésű változatban pedig akár 130 tonna hasznos terhelésre. Az SLS LV kialakítása az űrsikló program részeként létrehozott motorokat és szilárd hajtógáz-fokozókat használja.
Valójában ez a "Saturn-5" valamiféle modern reinkarnációja lesz, hasonló tulajdonságokhoz és költségekhez. Annak ellenére, hogy az SLS program valószínűleg befejeződik, nem forradalmasítja sem az amerikai, sem a világ űrhajósait.
Ez szándékosan zsákutca projekt.
Ugyanez a sors vár a Jenisej / Don szupernehéz hordozórakéta orosz projektjére is, ha az űrtechnikában alkalmazott „hagyományos” megoldások alapján épül fel.
Általánosságban elmondható, hogy egy bizonyos pontig az Egyesült Államokban és Oroszországban viszonylag hasonló volt a helyzet: sem a NASA, sem a Roskosmos részéről aligha láttunk volna áttörő megoldásokat a hasznos teher pályára állítása tekintetében. Más országokban sem láttak semmi újat. Az űripar nagyon konzervatív lett.
A magánvállalatok mindent megváltoztattak, és teljesen természetes, hogy ez az Egyesült Államokban történt, ahol a legkényelmesebb üzleti feltételeket teremtették meg.
Privát szféra
Természetesen először is a SpaceX Elon Musk cégről beszélünk. Amint nem hívták - csaló, "sikeres menedzser", "Ostap Petrikovich Mask" és így tovább, és így tovább. A szerző az egyik forráson olvasta egy áltudományos cikket arról, hogy miért nem fog repülni a Falcon-9 hordozórakéta: teste nem egyforma, túl vékony, és a motorok sem egyformák, általában millió ok, amiért "nem". Az ilyen értékeléseket egyébként nemcsak független elemzők, hanem tisztviselők, orosz állami struktúrák és vállalatok vezetői is kifejezték.
Muskot azzal vádolták, hogy ő maga nem fejlesztett semmit (és az összes tervdokumentációt magának kellett elkészítenie, majd önállóan össze kellett szerelnie a hordozórakétát?), És hogy a SpaceX sok információt és anyagot kapott más projektekről a NASA -tól (és a SpaceX -nek mindent a nulláról kellett csinálnia, mintha előtte nem léteztek volna űrprogramok az Egyesült Államokban?).
Így vagy úgy, de a Falcon-9 hordozórakéta megtörtént, irigylésre méltó rendszerességgel repül az űrbe, a kidolgozott első szakaszok ugyanolyan rendszerességgel landolnak, az egyik már 10 (!) Alkalommal repült. A Roskosmos elvesztette a piac nagy részét a hasznos teherpályák pályára juttatásának piacán, valamint a SpaceX megalkotása után a Crew Dragon (Dragon V2) újrafelhasználható űrhajó és az amerikai űrhajósok pályára juttatásának piacán.
De a SpaceX rendelkezik Falcon Heavy rakétával is, amely képes több mint 63 tonna szállítására a LEO -nak. Jelenleg a világ legnehezebb és legnagyobb teherbírású hordozórakéta. Az első fokozat és az oldalsó erősítők is újrafelhasználhatók.
Egy másik amerikai milliárdos, Jeff Bezos lélegez be a SpaceX fejébe. Természetesen, miközben sikerei sokkal szerényebbek, de vannak eredmények. Először is, ez egy új metán-oxigén BE-4 motor létrehozása, amelyet a New Glenn hordozórakétában és a Vulcan hordozórakétában (amely az Atlas-5 hordozórakéta helyettesítésére) fogják használni. Tekintettel arra, hogy az Atlas-5 most orosz RD-180 motorokon repül, a BE-4 megjelenése után a Roskosmos újabb értékesítési piacot veszít el.
Az Egyesült Államokban és más országokban több száz olyan induló vállalkozás van, amelyek hordozórakétákat és más típusú repülőgépeket hoznak létre a hasznos teherpályák pályára juttatására, induló vállalkozások műholdak és űrhajók létrehozására különböző célokra, ipari technológiák az űr számára, orbitális turizmus, és így tovább, és így tovább.
Hová vezet mindez?
Arra a tényre, hogy az űrpiac gyorsan bővülni fog, és a verseny a hasznos teher pályára állításáért járó piacon jelentősen csökkenti annak költségeit, hogy egy kilogrammra kiszállítják a számításból.
Az űrsikló rendszer vagy a Delta-4 rakéta által 1 kg hasznos teher LEO-ba történő indításának költsége körülbelül 20 000 dollár. Az orosz Proton hordozórakéták képesek hasznos teher szállítására a LEO -nak kilogrammonként kevesebb mint 3000 dollárért, de ezek a rakéták a rendkívül mérgező aszimmetrikus dimetilhidrazinon futnak, és jelenleg nem gyártják őket. Olcsó, a Szovjetunióban kifejlesztett orosz-ukrán zenitek is a múlté.
A Falcon-9 hordozórakéta, feltéve, hogy a visszatérési első lépcsőt alkalmazzák, hasznos referenciapályára bocsáthat hasznos terhet, 2000 kilogrammonkénti költséggel. Elon Musk szerint a Falcon-9 potenciálisan 500-1100 dollárra csökkentheti kilogrammonként a hasznos teher elindításának költségeit.
Felmerülhet a kérdés, hogy miért olyan drágább most az ügyfelek számára a hasznos terhek kivitele?
Először is, a költségeket nemcsak az indítás költségei határozzák meg, hanem a piaci feltételek is - a versenytársak árai. Melyik kapitalista mondana le extra profitjáról? Nyereséges, ha valamivel alacsonyabb, mint a versenytársak, fokozatosan elfoglalja a piacot, ahelyett, hogy dömping lenne, anélkül, hogy bármit is keresne, különösen azért, mert egy olyan kritikus iparágban, mint az űrindító piac, az ellenőrző struktúrák mindenképpen több beszállítót támogatnak, még akkor is, ha az árak többszörösen magasabbak, mint a versenytársak.
Feltételezhető, hogy a SpaceX árcsökkentését csak a versenytársak megjelenése fogja ösztönözni a Blue Origin új Glenn hordozórakétájával szemben, vagy más vállalatok és országok, amelyek eszközöket hoznak létre a hasznos rakományok alacsony indítási költséggel történő indításához.
A legtöbb induló és ígéretes projekt azonban a több száz, legfeljebb ezer kilogramm súlyú hasznos teher pályára állításához kapcsolódik. Ez nem fogja forradalmasítani az űrt - valami nagy építéséhez nehéz és szuper nehéz újrafelhasználható hordozórakétákra van szükség, alacsony költséggel a hasznos teher pályára bocsátásával. És itt, mint fentebb már láttuk, minden szomorú.
Minden, kivéve a SpaceX legfontosabb projektjét, egy teljesen újrafelhasználható Starship űrhajót egy teljesen újrafelhasználható Super Heavy első lépcsővel
Újrahasználható szuper nehéz
A különbség a Starship (a továbbiakban Starship, mint a Starship + Super Heavy kombinációja) és az összes többi hordozórakéta között az, hogy mindkét szakasz újrahasználható. Ugyanakkor a Starship hasznos terhelése alacsony referenciapályára 100 tonna kell, hogy legyen, vagyis teljes értékű szupernehéz rakéta. A Starship számára a SpaceX új, egyedi, zárt ciklusú Raptor metán-oxigén motorokat fejlesztett ki, teljes komponensű gázosítással.
A SpaceX tervei szerint minden hordozórakétáját lecseréli a Starship -re, beleértve a nagysikerű Falcon 9 -et is. Általában egy szupernehéz rakéta indítása rendkívül költséges - egymilliárd dollár nagyságrendben. Annak érdekében, hogy az indítási költségek alacsonyak legyenek, a SpaceX azt tervezi, hogy mindkét lépést sokszor használja - egyenként 100 indítást, és esetleg többet is. Ebben az esetben a költségek majdnem két nagyságrenddel csökkennek - akár tízmillió dollár is indulásonként. Figyelembe véve a maximális 100 tonna terhelést, megkapjuk azt a költséget, hogy a hasznos terhet a LEO -hoz körülbelül 100 (!) Dollár kilogrammonként hozzuk.
Természetesen a visszaadott szakaszok karbantartást igényelnek, 50 indítás után motorcserét, tankolást, földi szolgáltatásokat kell fizetni, de maga a Starship valószínűleg kevesebb mint egymilliárd dollárba kerül, és gyártási és karbantartási technológiáit folyamatosan fejlesztik. tapasztalatokat szerez a SpaceX.
Valójában Elon Musk kijelenti, hogy a Starship potenciálisan körülbelül 10 dollár hasznos terhelési kilövési költséget érhet el, 1,5 millió dolláros teljes indítási költséggel, és a rakomány Holdra szállításának költsége körülbelül 20-30 dollár lesz kilogrammonként. de ehhez hetente kell elindítani a Csillaghajót.
Hol lehet ilyen köteteket szerezni?
Még a katonaságnak is egyszerűen nincs akkora terhelhetősége, hogy már van polgári tér - a piac fejlődése évtizedeket vesz igénybe.
A Mars gyarmatosítása?
Erről aligha lehet komolyan beszélni.
A Hold gyarmatosítása?
Közelebbről, a Starship elsüllyesztheti az SLS -t, és másodszor is elküldi az amerikaiakat a Holdra. De ezek tucatnyi indításról szólnak, nem százakról vagy ezrekről.
A SpaceX -nek azonban sokkal valósabb üzleti terve van, mint gyarmatosítókat küldeni a Marsra - a Starship segítségével szállítja az utasokat kontinensek között. Amikor New Yorkból Tokióba repül a Föld pályáján, a repülési idő körülbelül 90 perc lesz. Ugyanakkor a SpaceX azt tervezi, hogy biztosítja a működési megbízhatóságot a modern nagy repülőgépek szintjén, és a repülés költségeit - az üzleti osztályú transzkontinentális repülés költségeinek szintjén.
A rakományokat ugyanígy lehet szállítani. Például az amerikai hadsereg már érdeklődött ez iránt. A tervek szerint 80 tonna rakományt szállítanak egy járaton, ami összehasonlítható a C-17 Globemaster III szállítógép képességeivel.
Összességében: az utasok és a rakomány szállítása, az amerikai űrhajósok szállítása a Holdra, és esetleg a Naprendszer távolabbi objektumaihoz, a kereskedelmi űreszközök visszavonása, az űrturizmus, és így tovább, és így tovább - A SpaceX csökkentheti a hasznos teher visszavonásának költségeit, bár ez akár 100 dollár kilogrammonként is elérheti.
Ebben az esetben a Starship új korszakot nyit az űrkutatásban és azon túl.
Kilátások és következmények
A csillaghajót jelenleg némi gyanakvással tekintik. Úgy tűnik, hogy papíron minden szép, és a SpaceX tapasztalata önmagáért beszél, de valahogy minden túl rózsás?
Néha az az érzés, hogy ennek a rendszernek a lehetőségei egyszerűen nem illeszkednek az amerikai fegyveres erők vezetésének, a NASA vezetésének, a legkülönbözőbb iparágakban működő vállalkozások tulajdonosainak és vezetőinek fejébe. Túl sokáig akár egy kis hasznos teher űrre bocsátása is több millió dolláros költségeket jelentett.
A kérdés az, hogy mi történik, ha kilogrammonként 100 dollár valósággá válik?
Amikor az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumának képzett emberei megértik, hogy egy hagyományos tartály pályára állítása gyorsabb és olcsóbb, mint katonai szállító repülőgéppel az amerikai kontinensről Európába szállítani, milyen következtetésekre jutnak?
Nem, nem látjuk az Abramokat a Holdon, de a tank nem a célpont, ez csak egy módja annak, hogy a lövedéket eljuttassuk az ellenséghez. Mi van, ha könnyebb ezt a lövedéket közvetlenül a pályáról szerezni? Milyen gyorsan fog kilépni az Egyesült Államok a békés világűr szerződésről, ha stratégiai előnyre tesz szert benne (az űrben)? Milyen gyorsan fog az amerikai hadsereg vándorolni a pályára?
Sőt, még a Falcon-9 és a Falcon Heavy formájú hasznos teher pályára állítására is rendelkezésre álló képességek, valamint a műholdas tömeges építési technológiák kombinációja elegendő ahhoz, hogy a LEO-t elakadják a felderítő, parancsnoki és kommunikációs műholdak, ami azt eredményezi, hogy hogy az Egyesült Államok 24/365 figyelemmel kíséri a bolygó felszínét. Felejtsd el a nagy felszíni erőket, katonai csoportosulásokat, mobil szárazföldi rakétarendszereket - mindezek csak a nagy hatótávolságú fegyverek célpontjai lesznek repülési pálya korrekciójával.
A Starship sikere hozzáad egy űrsütés -sorozatot ehhez a készlethez, ahol a kérést követően néhány tíz percen belül eltalálják a célpontot az űrből. A világ egyetlen politikai vezetője sem érezheti magát magabiztosan, tudva, hogy elkerülhetetlen volfrámzuhany minden pillanatban leeshet az űrből.
100 dolláros kilogrammonkénti áron mindenki, aki nem túl lusta - gyógyszergyárak, kohászati, bányászati cégek - felmásznak az űrbe. Az űrgazdaságtanról később még beszélünk. Ha lehetséges, a rakományt olcsón elindítva és eltávolítva a pályáról, az űr lesz az új Klondike. Mit mondhatunk 10 dollárról kilogrammonként …
Teljesen lehetséges, hogy jelenleg egy történelmi eseménynek vagyunk szemtanúi, amely fordulópont lehet az emberiség fejlődésében
Megállhat ez a folyamat?
Talán a történet kiszámíthatatlan. Az emberi kapzsiság, ostobaság vagy csak egy baleset - a kudarcok láncolata eltemethet minden, legsikeresebb vállalkozást. Pár súlyos baleset A több száz ember halálával járó Csillaghajó elég, és az űrkutatás folyamata ismét jelentősen lelassulhat, ahogy az már a XX.
Abban az esetben, ha egyoldalú előnyre tesz szert az űrben, az Egyesült Államok a jelenleginél sokkal agresszívebb politikát folytat. Ha nincs lehetőség a paritás biztosítására az űrben, akkor lecsúszhatunk Észak -Korea szintjére, egy "nukleáris bőröndön" ülve, és azzal fenyegetőzhetünk, hogy bármi esetre aláássuk magunkat, szomszédainkat és mindenki mást (ami nyilvánvalóan furcsa okok miatt még egyeseket is fellebbez).
E tekintetben fokozott figyelmet kell fordítani az űriparra, amelynek jelenlegi állapota nem okoz optimizmust.
Vegyük például a "Yenisei" / "Don" szupernehéz hordozórakéta projektjét - elég megnézni a különböző vezetők és osztályok egymást kölcsönösen kizáró nyilatkozatait erről a projektről, és világossá válik, hogy senki, elvileg tudja, hogy miért jön létre, és azt sem, hogy mi legyen. Ha ez a következő "Angara", akkor a projekt most lezárható - nincs értelme rá költeni az emberek pénzét.
Ugyanakkor Kína nem ül tétlenül.
A hagyományos hordozórakéták fejlesztése mellett aktívan tanulmányozzák és átveszik az amerikai tapasztalatokat, nem tétováznak a közvetlen másolásnál. Nemzetbiztonsági kérdésekben minden tisztességes.
A Nemzeti Űrnapon a Kínai Rakétakutató Intézet egy szuborbitális rakétarendszer projektjéről beszélt, amelynek kevesebb, mint egy óra alatt el kell juttatnia az utasokat a bolygó egyik pontjáról a másikra.
Mondhatjuk, hogy egyelőre ezek csak rajzok, de Kína az utóbbi időben többször bebizonyította, hogy képes utolérni a tudomány és az ipar különböző ágainak vezetőit.
Oroszországnak is eljött az ideje, hogy tegye félre a zűrzavart és az ingadozásokat az űriparban, egyértelműen fogalmazzon meg célokat és biztosítsa azok megvalósítását minden eszközzel.
Ha Kína és Oroszország új technológiai szinten versenyezhet az Egyesült Államokkal az űrben, akkor az alacsony pályák csak a kezdetet jelentik, és az emberiség valóban új korszakba lép, amely eddig csak a tudományos -fantasztikus regények lapjain létezik.
