I midten af det 20. århundrede var menneskeheden fascineret af rummet. Lanceringen af den første satellit, Gagarins flyvning, rumvandring, landing på månen - det virkede lidt mere - og vi vil flyve til stjernerne, især da der var ambitiøse interplanetære rumfartøjsprojekter. Og som baser på månen, flyvninger til Mars - det var noget, der blev taget for givet.
Men prioriteterne har ændret sig. Selv om teknologierne i det sidste århundrede var meget dyre, selvom de gjorde det muligt at implementere alt det ovenstående. Udvidelse til rummet baseret på teknologier fra det sidste århundrede ville kræve en omorientering af alle økonomier i de førende lande i verden for at løse dette problem.
Intensiv efterforskning af rummet kræver løsning af to grundlæggende opgaver: den første er at sikre muligheden for at lancere massiv voluminøs last i kredsløb, og den anden er at reducere omkostningerne ved at sende i kredsløb pr. Kilo nyttelast (PN).
Hvis menneskeheden klarede den første opgave relativt godt, så med den anden - alt viste sig at være meget mere kompliceret.
Lang rejse ud i rummet (og meget dyr)
Fra begyndelsen var affyringsbiler (LV) engangsartikler. Det 20. århundredes teknologi tillod ikke oprettelsen af et genanvendeligt startkøretøj. Det virker utroligt, når hundreder af millioner eller milliarder af rubler / dollars brænder op i atmosfæren eller styrter ned på overfladen.
Lad os forestille os, at skibene kun ville blive bygget til en udgang til havet, og derefter ville de blive brændt med det samme. I dette tilfælde ville æraen med store geografiske opdagelser komme? Ville det nordamerikanske kontinent koloniseres?
Usandsynlig. Mest sandsynligt ville menneskeheden have levet som isolerede civilisationscentre.
Muligheden for at lancere store og supertunge laster i lav referencebane (LEO) blev implementeret i det amerikanske monstrøse supertunge lanceringskøretøj Saturn-5. Det var denne raket, der var i stand til at transportere 141 tons PN til LEO, der tillod USA at blive førende i rumløbet på det tidspunkt og levere amerikanske astronauter til månen.
Sovjetunionen tabte kapløbet om månen, fordi det ikke kunne skabe et supertungt affyringsvogn, der kunne sammenlignes med Saturn-5.
Og Sovjetunionen kunne ikke oprette et supertungt affyringsbil på grund af manglen på kraftige raketmotorer. På grund af dette blev 30 NK-33 motorer installeret på første etape af den sovjetiske supertunge fem-trins LV N-1. I betragtning af fraværet af muligheden for computerdiagnostik og synkronisering af motordrift på det tidspunkt, samt det faktum, at der på grund af mangel på tid og finansiering blev foretaget jorddynamiske og brandbænketest af hele LV'en eller den første fase samling ikke udført, endte alle testlanceringer af LV N-1 med fiasko i fasen af den første fase.
Et forsøg på radikalt at reducere omkostningerne ved at sende et rumskib i kredsløb var det amerikanske rumfærgerprogram.
I rumfærgens genanvendelige transportrum (MTKK) blev to ud af tre komponenter returneret - boostere med fast brændstof ved faldskærm sprøjtede ned i havet og efter kontrol og tankning kunne genbruges, og rumflyet - en shuttle, landede på landingsbanen i henhold til flyplanen. I atmosfæren brændte kun en tank til flydende brint og ilt, hvor brændstoffet blev brugt af shuttleens motorer.
Space Shuttle -systemet kan ikke klassificeres som et supertungt affyringsvogn - den maksimale vægt af nyttelasten, det satte i lav referencebane (LEO) var mindre end 30 tons, hvilket kan sammenlignes med nyttelastydelsen for det russiske Proton -affyringsvogn.
Sovjetunionen reagerede med Energy-Buran-programmet.
På trods af den ydre lighed mellem rumfærgen og Energia-Buran-systemet havde de vigtige forskelle. Hvis i rumfærgen blev opsendelsen i kredsløb udført af to genanvendelige fastdrevne boostere og selve rumfartøjet, så var Buran i det sovjetiske projekt en passiv last af Energia-affyringsvognen. Selve Energia -affyringsvognen kan med rette tilskrives "superhalten" - den var i stand til at sætte 100 tons i en lav referencebane, kun 40 tons mindre end Saturn -5.
På grundlag af Energia-lanceringsvognen var det planlagt at oprette et Vulcan-startbil med et øget antal sideblokke til 8 stykker, der kunne levere 175-200 tons nyttelast til LEO, hvilket ville gøre det muligt at udføre flyvninger til Månen og Mars.
Den mest interessante udvikling kan dog kaldes "Energy II" - "Hurricane" -projektet, hvor alle elementer skulle kunne genbruges, herunder orbitale rumplan, den anden etages centrale blok og sideblokke i den første etape. Sovjetunionens sammenbrud tillod ikke dette uden tvivl et interessant projekt at blive realiseret.
På trods af al sin episke karakter blev begge programmer indskrænket: det ene - på grund af Sovjetunionens sammenbrud, og det andet - på grund af den høje ulykkesfrekvens for "shuttles", der dræbte et dusin amerikanske astronauter. Derudover opfyldte Space Shuttle -programmet ikke forventningerne med hensyn til en radikal reduktion af omkostningerne ved at lancere en nyttelast i kredsløb.
Efter afslutningen af Energia-Buran-programmet har menneskeheden ingen supertunge lanceringskøretøjer tilbage. Rusland havde ikke tid til dette, og USA havde betydeligt mistet sine rumambitioner. For at løse de aktuelle presserende opgaver var lanceringskøretøjerne til rådighed for begge lande ganske nok (bortset fra den midlertidige mangel på USAs evne til uafhængigt at sende astronauter i kredsløb).
Det amerikanske rumfartsagentur NASA gennemførte gradvist designet af et supertungt affyringsvogn til at løse ambitiøse opgaver: såsom en flyvning til Mars eller opførelsen af en base på månen. Som en del af Constellation-programmet blev Ares V super-tunge affyringsvogn udviklet. Det blev antaget, at "Ares-5" vil kunne bringe 188 tons nyttelast til LEO og levere 71 tons PN til Månen.
I 2010 blev Constellation -programmet lukket. Udviklingen på "Ares-5" blev brugt i et nyt program til oprettelse af et supertungt LV-SLS (Space Launch System). Det supertunge SLS -lanceringskøretøj i grundversionen skulle være i stand til at levere 95 tons nyttelast til LEO og i versionen med en øget nyttelast - op til 130 tons nyttelast. SLS LV-designet anvender motorer og fastdrevne boostere, der er skabt som en del af Space Shuttle-programmet.
Faktisk vil det være en slags moderne reinkarnation af "Saturn-5", der ligner det både i egenskaber og i omkostninger. På trods af at SLS -programmet sandsynligvis stadig vil blive afsluttet, vil det ikke revolutionere hverken den amerikanske eller verdens astronautik.
Dette er et bevidst blindgydeprojekt.
Den samme skæbne venter på det russiske projekt med Yenisei / Don supertunge affyringsvogn, hvis det er bygget på basis af "traditionelle" løsninger, der bruges inden for rumteknologi.
Generelt var situationen i USA og i Rusland på et bestemt tidspunkt relativt ens: hverken fra NASA eller fra Roskosmos ville vi næppe have set nogen gennembrudsløsninger med hensyn til at placere nyttelasten i kredsløb. Der blev heller ikke set noget nyt i andre lande. Rumindustrien er blevet meget konservativ.
Private virksomheder har ændret alt, og det er helt naturligt, at dette skete i USA, hvor de mest behagelige forretningsbetingelser er skabt.
Privat plads
Selvfølgelig taler vi først og fremmest om SpaceX -virksomheden Elon Musk. Så snart han ikke blev kaldt - en svindler, "succesfuld leder", "Ostap Petrikovich Mask" og så videre og så videre. Forfatteren har på en af ressourcerne læst en pseudo-videnskabelig artikel om, hvorfor Falcon-9 lanceringskøretøjet ikke flyver: dens karrosseri er ikke den samme, for tynd, og motorerne er ikke de samme, generelt er der en millioner grunde til at "nej". Sådanne vurderinger blev i øvrigt udtrykt ikke kun af uafhængige analytikere, men også af embedsmænd, ledere af russiske statsstrukturer og virksomheder.
Musk blev anklaget for, at han ikke selv udviklede noget (og han skulle lave al designdokumentationen selv og derefter samle affyringsvognen på egen hånd?), Og at SpaceX modtog en masse information og materialer om andre projekter fra NASA (og SpaceX skulle gøre alt fra bunden, som om der ikke fandtes rumprogrammer i USA før det?).
På en eller anden måde, men Falcon-9 lanceringsvognen har fundet sted, den flyver ud i rummet med en misundelsesværdig regelmæssighed, de gennemarbejdede første etaper lander med samme regelmæssighed, hvoraf den ene allerede har fløjet 10 (!) Gange. Roskosmos har mistet det meste af markedet for lancering af nyttelast i kredsløb, og efter oprettelsen af SpaceX af det genanvendelige bemandede rumfartøj Crew Dragon (Dragon V2) og markedet for levering af amerikanske astronauter til kredsløb.
Men SpaceX har også en Falcon Heavy -raket, der kan levere over 63 tons til LEO. Det er i øjeblikket det tungeste og mest nyttelastbil i verden. Dens første fase og side -boostere kan også genbruges.
En anden amerikansk milliardær, Jeff Bezos, trækker vejret i ryggen på SpaceX's hoved. Selvfølgelig, mens hendes succeser er meget mere beskedne, men der stadig er præstationer. Først og fremmest er dette oprettelsen af en ny metan-iltmotor BE-4, som vil blive brugt i New Glenn-lanceringsvognen og i Vulcan-startvognen (som skal erstatte Atlas-5-lanceringsvognen). I betragtning af at Atlas-5 nu flyver på russiske RD-180-motorer, vil Roskosmos efter udseendet af BE-4 miste endnu et salgsmarked.
I USA og i andre lande er der hundredvis af nystartede virksomheder til at oprette lanceringskøretøjer og andre flytyper til affyring af nyttelast i kredsløb, opstart til oprettelse af satellitter og rumfartøjer til forskellige formål, industrielle teknologier til rum, orbital turisme osv. og så videre.
Hvor vil alt dette føre hen?
Til det faktum, at rummarkedet vil ekspandere hurtigt, og konkurrence på markedet om at placere en nyttelast i kredsløb vil føre til en betydelig reduktion af omkostningerne ved at fjerne det fra beregningen for et kilo.
Omkostningerne ved at sende 1 kg nyttelast til LEO med rumfærgen eller Delta-4-raketten er omkring $ 20.000. Ruslands Proton -affyringsbiler er i stand til at levere nyttelast til LEO for mindre end $ 3.000 pr. Kilogram, men disse missiler kører på den meget giftige asymmetriske dimethylhydrazin og er i øjeblikket ude af produktion. Billige, udviklet i Sovjetunionen, russisk-ukrainske Zenits er også fortid.
Falcon-9 lanceringskøretøj, forudsat at den første etape returneres, kan lancere en nyttelast i en lav referencebane til en pris på mindre end $ 2.000 pr. Kilogram. Ifølge Elon Musk kan Falcon-9 potentielt reducere omkostningerne ved at lancere en nyttelast til $ 500-1100 pr. Kg.
Man kan spørge, hvorfor er det nu så meget dyrere for kunder at tage nyttelast?
For det første bestemmes omkostningerne ikke kun af omkostningerne ved lancering, men også af markedsforhold - konkurrenternes priser. Hvilken kapitalist ville opgive ekstra fortjeneste? Det er rentabelt at være lidt lavere end konkurrenter, gradvist fange markedet, frem for at dumpe uden at tjene noget, især da i en så specifik kritisk industri som rumfyringsmarkedet, vil kontrollerende strukturer under alle omstændigheder understøtte flere leverandører, selvom man har priser flere gange højere end konkurrenten.
Det kan antages, at SpaceXs prisnedsættelse kun vil blive fremkaldt af konkurrenternes fremkomst i forhold til Blue Origin med sit New Glenn -lanceringskøretøj eller andre virksomheder og lande, der vil skabe midler til at lancere nyttelast med en lav lanceringsomkostning.
De fleste opstart og lovende projekter er imidlertid relateret til lanceringen af en nyttelast, der vejer hundredvis, højst tusinde kilo, i kredsløb. Dette vil ikke revolutionere rummet - at bygge noget stort vil kræve tunge og super -tunge genanvendelige affyringsbiler med lave omkostninger ved at lancere en nyttelast i kredsløb. Og her, som vi allerede har set ovenfor, er alt trist.
Alt undtagen SpaceXs vigtigste projekt, et fuldt genanvendeligt Starship -rumfartøj med et fuldt genanvendeligt Super Heavy første trin
Genanvendelig super tung
Forskellen mellem Starship (i det følgende benævnt Starship som en kombination af Starship + Super Heavy) fra alle andre affyringsbiler er, at begge etaper kan genbruges. Samtidig bør Starships nyttelast til en lav referencebane være 100 tons, det vil sige, at det er en fuldgyldig super-tung raket. For Starship har SpaceX udviklet nye, unikke lukkede Raptor-metan-oxygenmotorer med fuld komponent forgasning.
SpaceX planlægger at udskifte alle sine lanceringskøretøjer med Starship, inklusive den meget succesrige Falcon 9. Normalt er det ekstremt dyrt at lancere en supertung raket - i størrelsesordenen en milliard dollars. For at holde omkostningerne ved at lancere lave planlægger SpaceX at bruge begge faser mange gange - 100 lanceringer hver og muligvis flere. I dette tilfælde vil omkostningerne falde med næsten to størrelsesordener - op til ti millioner dollars pr. Lancering. Under hensyntagen til den maksimale belastning på 100 tons får vi omkostningerne ved at bringe nyttelasten til LEO i niveauet omkring 100 (!) Dollars pr. Kg.
Selvfølgelig vil de returnerede etaper kræve vedligeholdelse, motorudskiftninger efter 50 starter, tankning, grundtjenester skal betales, men Starship vil sandsynligvis koste mindre end en milliard dollars, og dets produktions- og vedligeholdelsesteknologier vil løbende blive forbedret som erfaring opnås af SpaceX.
Faktisk oplyser Elon Musk, at Starship potentielt kan opnå en nyttelast-lanceringsomkostning på omkring $ 10 pr. Kilo med en samlet lanceringsomkostning på $ 1,5 millioner, og omkostningerne ved at levere gods til månen vil være omkring $ 20-30 pr. Kilogram. men dette kræver, at Starship bliver lanceret på ugentlig basis.
Hvor kan man få sådanne mængder?
Selv militæret har simpelthen ikke en sådan mængde nyttelast, at der allerede er civilt rum - udviklingen af markedet vil tage årtier.
Kolonisering af Mars?
Det er næppe muligt at tale alvorligt om dette.
Kolonisering af Månen?
Tættere på kan Starship godt synke SLS og sende amerikanerne til månen en anden gang. Men det er snesevis af lanceringer, ikke hundreder eller tusinder.
Imidlertid har SpaceX en forretningsplan langt mere reel end at sende kolonister til Mars - ved hjælp af Starship til at transportere passagerer interkontinentalt. Når du flyver fra New York til Tokyo gennem Jordens bane, vil flyvetiden være cirka 90 minutter. Samtidig planlægger SpaceX at sikre driftssikkerhed på niveau med moderne store flyselskaber og omkostningerne ved flyvningen - på niveau med omkostningerne ved en transkontinentale flyvning i business class.
Last kan leveres på samme måde. For eksempel er det amerikanske militær allerede blevet interesseret i denne mulighed. Det er planlagt at levere 80 tons gods på en flyvning, hvilket kan sammenlignes med C-17 Globemaster III transportflyets kapacitet.
Samlet set: transport af passagerer og gods, levering af amerikanske astronauter til månen og muligvis til fjernere objekter i solsystemet, tilbagetrækning af kommercielle rumfartøjer, rumturisme og så videre og så videre og lignende - SpaceX kan meget vel reducere omkostningerne ved at trække nyttelasten tilbage, selvom det ville være op til niveauet $ 100 pr.
I dette tilfælde vil Starship indlede en ny æra inden for rumforskning og videre.
Fremtidsudsigter og konsekvenser
Starship ses med en vis mistanke i øjeblikket. Det ser ud til, at alt er smukt på papir, og SpaceXs oplevelse taler for sig selv, men på en eller anden måde er alt for rosenrødt?
Nogle gange er der en følelse af, at dette systems potentiale bare ikke passer ind i lederne af de amerikanske væbnede styrker, NASA -ledelse, ejere og ledere af virksomheder i en lang række industrier. For længe betød lancering af selv en lille nyttelast i rummet flere millioner dollars.
Spørgsmålet er, hvad der sker, når $ 100 pr. Kilogram bliver til virkelighed?
Når uddannede mennesker i det amerikanske forsvarsministerium forstår, at det er hurtigere og billigere at kaste en konventionel tank i kredsløb end at transportere den med et militært transportfly fra det amerikanske kontinent til Europa, hvilke konklusioner vil de så komme til?
Nej, vi vil ikke se Abrams på månen, men tanken er ikke målet, det er bare en måde at levere projektilet til fjenden. Hvad hvis det er lettere at få dette projektil direkte fra kredsløb? Hvor hurtigt vil USA trække sig ud af den fredelige ydre rumtraktat, hvis den får en strategisk fordel i den (i rummet)? Hvor hurtigt vil det amerikanske militær begynde at migrere i kredsløb?
Desuden vil selv de eksisterende muligheder for at placere nyttelast i kredsløb i form af Falcon-9 og Falcon Heavy, kombineret med teknologier til massesatellitkonstruktion, være nok til, at LEO kan sidde fast i rekognoscering, kommando og kommunikationssatellitter, hvilket fører til det faktum at USA vil overvåge planetens overflade 24/365. Glem store overfladestyrker, militære grupperinger, mobile jordmissilsystemer - alt dette vil kun være mål for langdistancevåben med flyvebanekorrektion.
Succesen med Starship vil tilføje et rumangreb til dette sæt, hvor målet vil blive ramt fra rummet inden for få snesevis af minutter efter modtagelse af en anmodning. Ingen politisk leder i verden kan føle sig tryg ved at vide, at et uundgåeligt wolframbrusebad kan falde ud af rummet hvert sekund.
Til en pris på $ 100 per kilo vil alle, der ikke er for dovne - farmaceutiske virksomheder, metallurgiske, mineselskaber - klatre ud i rummet. Vi taler mere om rumøkonomi senere. Hvis det er muligt, billigt at starte og fjerne last fra kredsløb, vil rummet blive den nye Klondike. Hvad kan vi sige om 10 dollars per kilo …
Det er ganske muligt, at vi lige nu er vidne til en historisk begivenhed, der kan blive et vendepunkt i menneskehedens udvikling
Kan denne proces stoppe?
Måske er historien uforudsigelig. Menneskelig grådighed, dumhed eller bare en ulykke - en kæde af fiaskoer kan begrave enhver af de mest succesrige virksomheder. Et par større ulykker Starship med flere hundrede menneskers død er nok, og processen med udforskning af rummet kan igen blive kraftigt bremset, som det allerede var i det XX århundrede.
I tilfælde af at opnå en ensidig fordel i rummet, vil USA begynde at føre en meget mere aggressiv politik, end den er nu. I mangel af en mulighed for at sikre paritet i rummet kan vi godt glide ned til niveauet i Nordkorea, sidde på en "atomkuffert" og true med at underminere os selv, naboer og alle andre i tilfælde af noget (hvilket tilsyneladende af mærkelige grunde, appellerer endda til nogle).
I denne forbindelse er det nødvendigt at være mere opmærksom på rumindustrien, hvis tilstand i øjeblikket ikke forårsager nogen optimisme.
Tag for eksempel projektet med det supertunge lanceringskøretøj "Yenisei" / "Don" - det er nok at se på alle de gensidigt eksklusive udsagn fra forskellige ledere og afdelinger om dette projekt, og det bliver klart, at ingen, i princippet ved, hvorfor den bliver skabt, og heller ikke hvad den er. i sidste ende skal blive. Hvis dette er den næste "Angara", så kan projektet lukkes nu - det nytter ikke at bruge folks penge på det.
Samtidig sidder Kina ikke tomt.
Ud over at udvikle traditionelle lanceringskøretøjer, studerer og tager de aktivt del i den amerikanske oplevelse og tøver ikke med direkte at kopiere. Alt er fair i spørgsmål om national sikkerhed.
På National Space Day talte det kinesiske raketforskningsinstitut om projektet med et suborbital raketsystem, som skulle levere passagerer fra et punkt på planeten til et andet på mindre end en time.
Vi kan sige, at det indtil videre kun er tegninger, men Kina har for nylig gentagne gange bevist sin evne til at indhente ledere inden for forskellige grene af videnskab og industri.
Det er også på tide, at Rusland lægger forvirring og vaklen til side i rumindustrien, klart formulerer mål og sikrer deres gennemførelse på enhver måde.
Hvis Kina og Rusland kan konkurrere med USA i rummet på et nyt teknologisk niveau, så vil lave baner kun være begyndelsen, og menneskeheden vil faktisk gå ind i en ny æra, som hidtil kun findes på siderne i science fiction -romaner.
