Почему ответ Рогозина на вызов SpaceX обречён на неудачу?

Почему ответ Рогозина на вызов SpaceX обречён на неудачу?

Фото © Flickr/NASA Johnson

12028
Российские госструктуры наконец занялись реакцией на вызов дешёвых ракет SpaceX — вице-премьер Дмитрий Рогозин анонсировал создание многоразового "асимметричного ответа" американской ракете. Увы, новость эта отчего-то не радует. Выбор конкретного варианта ответа показывает, что в обозримом будущем догнать SpaceX у нас не выйдет. А жаль.

Российский вице-премьер, курирующий космос, заявил, что российские ракеты надо делать значительно дешевле — либо резко снизив цену одноразового варианта, либо создавая многоразовые носители. Первый сценарий явно не самый реалистичный. Если бы мы могли сделать одноразовые РН сильно дешевле, то сделали бы это уже давно. Более интересен второй вариант. Из слов Рогозина получается, что это спасение ракетных ступеней с помощью крыльев. Это беспрецедентная в мировой истории технология, которую пока не удалось воплотить ни одной стране мира. Получится ли у России — пока вопрос.

Более того, Рогозин прямо назвал, из-за чего нам нужно удешевлять ракеты: "Американцы в рамках своих программ уже создают носители, которые дают возможность сэкономить на пусках... с возвращаемыми первыми ступенями. Россия должна дать им ответ". Нельзя не приветствовать такую позицию: если мы не снизим цены, то коммерческий космос для нас действительно закончится.

Но что же предлагает нам решительный вице-премьер?

По его мнению, идти по пути SpaceX, спасая первую ступень, садящуюся на хвост, слишком затратно. Рогозин верно отмечает, что цена запусков должна стать "ниже, чем у американцев, как бы те ни старались". Ведь просто копируя подход Маска, получить цены ниже, чем у него же, будет трудновато. SpaceX вложила в спасение первой ступени годы упорного труда, во время которого Маск часто спал на раскладушке на рабочем месте, чтобы не терять времени на дорогу из дома. Сходным образом он заставлял работать и подчинённых, а зарплату им платил ниже рынка. У нас в космической индустрии с советского времени нет крупных руководителей, способных спать на раскладушке, чтобы обойти конкурента. Это значит, что воспроизвести спасение первой ступени "по-масковски" за короткое время у нас может и не получиться.

Значит, хорошо бы найти такой путь к многоразовости и дешёвым космическим полётам, который позволил бы обогнать Маска, даже не имея собственного Маска. Что-то принципиально новое, такое решение, на которое этот чёртов трудоголик не обратил внимания, прохлопал.

В теории это очень хорошая идея. Просто отличная. Но она опирается на одно предположение — что Маск и его разработчики действительно что-то прохлопали и выбрали неоптимальный путь к многоразовости. Так ли это на самом деле? Попробуем разобраться.

Зачем ракете крылья?

<p>Приделать ракете крылья в нашей стране предлагали еще десятки лет назад. Фото © Wikimedia Commons</p>

Приделать крылья ракетной ступени и тем самым сделать её многоразовой у нас предлагали ещё в XX веке, в проекте "Байкал-Ангара". Суть концепции проста: первая ступень ракеты оснащается раскладными крыльями. Подняв вторую на нужную высоту, первая отделялась и возвращалась на крыльях на ближайший аэродром. Отличие от шаттлов и "Бурана" здесь в том, что первая ступень разгоняется, как правило, не более чем до 2 километров в секунду, а не до 8 километров в секунду, как космические челноки. Энергия растёт пропорционально квадрату скорости, поэтому для посадки "Байкалу" нужно было погасить во много раз меньше скорости, чем челноку. Следовательно, его можно делать без тепловой защиты, что резко удешевляет и облегчает конструкцию (из 82 тонн "Бурана" на такую защиту приходилось 9).

<p>Первую ступень с крыльями в проекте &#34;Байкал-Ангара&#34; предлагали более полутора десятков лет назад, в 2001 году. Фото © РИА Новости/Владимир Федоренко</p>

Проект "Байкал-Ангара" демонстрировался на МАКСе ещё в 2001 году, но к этой теме в ГКНПЦ имени Хруничева возвращаются регулярно (вот, например, в 2012 году). Государство, как известно, денег на проект не давало, мотивируя это тем, что их нет. Теперь стало ясно, что без новых конструкций рынок просто не удержать. Может, время вернуться к "Байкалу"? Возможно. Однако смущает то, что Дмитрий Рогозин ничего о нём конкретно не сказал. Кроме того, хруничевцы в последнее время не в чести: у них огромные долги, главы конторы меняются как перчатки, то есть организация находится в состоянии перманентной реорганизации. Любой видевший подобное, знает: в состоянии хаоса трудно творить принципиально новое.

<p>АКС ЦАГИ — ещё один вариант космической системы с крылатой первой ступенью.<strong> </strong>Фото © ЦАГИ</p>

Сегодня руководству нашей космической отрасли и страны в целом больше по вкусу принципиально иная идея. В 2017 году на Королевских чтениях московский ЦАГИ представил доклад по Авиационно-космической системе (АКС). Она состоит из двухфюзеляжного обычного самолёта массой в сто тонн. Между его фюзеляжами подвешен второй самолёт — гиперзвуковой, на 21 тонну. На высоте он отделяется от своей рамы, набирает скорость побольше и достигает суборбитального полёта. Сопротивление в космосе низкое, что позволяет пролететь 15–18 тысяч километров по инерции. Как мы видим, кроме "Байкала" в России предлагают и другие проекты "асимметричных ответов". Правда, проект ЦАГИ даёт лишь суборбитальные полёты. Однако при росте его массы до сотен тонн ситуация может изменится.

Особенно интересно то, что о пассажирских перелётах через ближний космос в сентябре 2017 года позитивно отзывался президент России Владимир Путин. На всероссийском открытом уроке он заявил: "Смотрите, если использовать пассажирское — я очень осторожно скажу, тем не менее это реалия, это можно сделать уже сегодня, вопрос только в экономике этих проектов — движение в самолётокосмической технике, то из Калининграда... до Владивостока нужно будет лететь не 9–12 часов, а минут 20. Всё — вышли в космос, пролетели и сели". Не правда ли, напоминает АКС ЦАГИ?

Слабости крыла

Проблема всех этих подходов в одном — они требуют, чтобы на первой ступени носителя были большие неподвижные или раскладные крылья высокой прочности и значительной массы. А чтобы сесть на аэродром, нужно такое же выдвижное шасси.

В схеме Маска — которую точнее было бы назвать макеевской схемой, поскольку отечественные разработчики предложили её в 2007 году, раньше, чем ею заинтересовался Маск — сложных и тяжёлых крыльев у ракеты нет. Конечно, чтобы сесть на свой хвост, РН нужны выдвижные ноги и запас топлива. Однако ноги не нужно делать тяжёлыми, поскольку ракета садится, почти полностью уравновешивая тягой двигателей гравитацию. Крылатая первая ступень двигателями не тормозит, садится по-самолётному, с большой нагрузкой на шасси. Попросту — с характерным ударом при касании о бетонку, а не плавно, как у Falсon 9. То есть масса шасси будет выше, чем у масковских "ног" ракеты.

Есть ещё одна проблема. Если нет торможения двигателями, на корпус приходится большая тепловая нагрузка. Всю ту скорость, что первая ступень Falcon 9 гасит двигателями, "Байкалы" и его аналоги будут гасить сопротивлением воздуха о свой корпус. Значит, его придётся делать либо более теплостойким, либо его ресурс будет не таким большим.

Из всего этого довольно очевидно, почему SpaceX не стала связываться с крылатыми космическими системами. Дорого, рискованно, сложно: реальная суборбитальная система SpaceShipTwo, внешне очень похожая на АКС ЦАГИ, в 2014 году убила пилота и разрушилась на испытаниях.

Наконец, ракета с крыльями — решение, подходящее только для полётов с Земли. Тяжёлый межпланетный корабль, анонсированный Маском и пока находящийся в стадии эскизного проектирования, сможет садиться на хвост и на Марс. Ракета с крыльями не сможет — атмосфера там разрежённее земной, а значит, затормозить трением о неё не получится. Конечная цель "спейсов" — вовсе не дешёвые полёты на околоземную орбиту, а именно колонизация четвёртой планеты. Поэтому для них крылья — не вариант.

<p>SpaceShipTwo уже потеряла похожую на АКС ЦАГИ систему на испытаниях — вместе с пилотом. Фото © Wikimedia Commons</p>

Последний фактор, правда, отечественных разработчиков не волнует. Большинство из них уверено, что марсианские планы Маска нереальны, а значит, создавать что-то с такими же возможностями не нужно. Правда, ровно так же несколько лет назад они были уверены в том, что планы многоразовой первой ступени нереальны, а значит, реагировать на них не нужно. Что ж, время вылечит все заблуждения.

Почему не взлетит

Кроме всех вышеперечисленных недостатков у крылатой первой ступени есть ещё один, очень важный. Ничего такого никто никогда не строил — концепция далека и от шаттлов, и от макеевско-масковской ступени, садящейся на хвост. И на проработку этого принципиально нового решения уйдёт не один год. Что ещё более важно, работающие сегодня в нашей стране ракетчики опыта в создании систем с крыльями практически не имеют. Им придётся нащупывать дорогу. То есть они вряд ли сделают такую систему быстро.

Это значит, что она обречена ещё до того, как её введут в строй. Дело в том, что в гонке с быстроразвивающимся конкурентом время всегда очень дорого. Пять лет назад Маск первый раз запустил космический корабль к МКС, ещё с одноразовой ракеты. В этом году он уже запускает ракеты с многоразовой первой ступенью. Осенью этого года SpaceX запускает Falcon Heavy — первую по-настоящему тяжёлую частную ракету в истории. Причём попытается спасать не только её первую, но и вторую ступень (это поднимет уровень многоразовости). Falcon Heavy будет выводить грузы на орбиту намного дешевле Falcon 9 — всего за 2200 долларов за килограмм полезной нагрузки.

<p>Фото © <a href="https://www.flickr.com/photos/pennstatelive/32948544831/" target="_blank">Flickr/Penn State</a></p>

То есть через пять лет у Маска будет регулярно летающая тяжёлая ракета, возящая грузы ещё дешевле, чем сегодня. А ещё у него будет несколько лет свободного времени, за которое он может внедрить ещё что-то новое. У нас к этому моменту могут быть только первые экземпляры новой авиационно-космической системы. Они будут неизбежно попадать в аварии на испытаниях (все новые конструкции так делают), сроки разработки будут удлиняться (опять же, это случается абсолютно во всех космических проектах). И всё это — на фоне относительно успешной работы конкурента.

Практически невозможно себе представить, что в этих условиях руководство нашей страны выдержит характер и не потребует от космической отрасли срочно напрямую копировать Маска. Это может заставить свернуть весь проект — в истории российского космоса подобное случалось уже многократно.

Даже если такое недюжинное упорство всё же будет проявлено, оно даст не самый лучший результат. Да, крылатая первая ступень будет возвращаемой, но вторая ступень и обтекатель, стоящий над полезной нагрузкой, спасать с помощью крыльев нельзя. Маск оснащает вторую ступень и обтекатель двигателями и рулями, чтобы они сами садились куда надо. Вторая ступень ракеты не может затормозить крыльями, потому что они сделали бы её слишком тяжёлой, да и скорость у неё намного выше, чем у первой. Будь у неё крылья — и аппарат без тепловой защиты будет обгорать. Неслучайно ни один российский разработчик и не планирует спасать вторую ступень крыльями.

Иными словами, многие годы упорного труда дадут систему с заведомо меньшей многоразовостью, чем у Falcon Heavy. Нужен ли нам такой результат? Как мы будет конкурировать с полностью многоразовой ракетой, используя частично многоразовую? Всё это вопросы, на которые сегодня нет ответа.

Подведём итог. Пока наиболее вероятный сценарий "асимметричного ответа" Маску будет заключаться в попытке удешевления одноразовых ракет и многоразовых первых ступеней с крыльями. Несмотря на все затраты, оба варианта "не выстрелят". Дороговизна одноразовых ракет терзала конструкторов десятилетиями. Они и так делали всё возможное, чтобы удешевить их. Считать, что вот у советских инженеров это не вышло, а российские вдруг возьмут и сделают чудо на ровном месте — можно. Но никаких рациональных причин к этому нет. Второй вариант — крылатая первая ступень — теоретически возможен, но полной многоразовости на нём не будет. К тому же проблема "мешающего крыла" дополнительно утяжелит крылатую ступень и сделает её дороже.

И всё же чрезмерно расстраиваться не стоит. До конца этого года SpaceX планирует внедрить новую модификацию ракет Falcon 9 — Block 5. Её первая ступень будет использоваться дюжину раз. По времени это совпадёт с первым полётом Falcon Heavy. Если на этой тяжёлой ракете удастся спасти и вторую ступень, недостатки крылатых первых ступеней станут достаточно очевидны. И тогда на место асимметричного вполне может прийти симметричный ответ.

Первый успешный запуск многоразовой ступени — контрольный выстрел в "Роскосмос"?

  • Популярные
  • По времени
Публикации
не найдены
Похоже, что вы используете блокировщик рекламы :(
Чтобы пользоваться всеми функциями сайта, добавьте нас в исключения!
как отключить
×
Скачайте в App Store
#Первые по срочным новостям!
Загрузите на Google Play
#Первые по срочным новостям!