Na pokraji revolúcie vo vesmíre

Obsah:

Na pokraji revolúcie vo vesmíre
Na pokraji revolúcie vo vesmíre

Video: Na pokraji revolúcie vo vesmíre

Video: Na pokraji revolúcie vo vesmíre
Video: AMA record with community manager Oleg. PARALLEL FINANCE 2024, Marec
Anonim
Obrázok
Obrázok

V polovici 20. storočia ľudstvo fascinoval vesmír. Vypustenie prvého satelitu, Gagarinov let, výstup do vesmíru, pristátie na Mesiaci - to sa zdalo o niečo viac - a my poletíme ku hviezdam, najmä preto, že ambiciózne medziplanetárne projekty vesmírnych lodí existovali. A ako základy na Mesiaci, lety na Mars - to bolo niečo, čo bolo samozrejmé.

Obrázok
Obrázok

Priority sa však zmenili. Technológie minulého storočia, aj keď umožňovali implementovať všetky vyššie uvedené, boli extrémne drahé. Expanzia do vesmíru založená na technológiách minulého storočia by si vyžadovala preorientovanie všetkých ekonomík vedúcich krajín sveta na riešenie tohto problému.

Intenzívny prieskum vesmíru si vyžaduje riešenie dvoch základných úloh: prvou je zaistiť možnosť vypustenia masívneho objemného nákladu na obežnú dráhu a druhou je zníženie nákladov na štart na obežnú dráhu na jeden kilogram užitočného zaťaženia (PN).

Ak sa ľudstvo s prvou úlohou vysporiadalo relatívne dobre, potom s druhou - všetko sa ukázalo byť oveľa komplikovanejšie.

Dlhá cesta do vesmíru (a veľmi drahá)

Od samého začiatku boli nosné rakety (LV) na jedno použitie. Technológia 20. storočia neumožnila vytvorenie opakovane použiteľnej nosnej rakety. Zdá sa to neuveriteľné, keď stovky miliónov alebo miliardy rubľov / dolárov zhoria v atmosfére alebo sa zrútia na povrch.

Predstavme si, že by lode boli postavené iba na jeden výstup do mora a potom by boli okamžite spálené. Prišla by v tomto prípade éra veľkých geografických objavov? Bol by kolonizovaný severoamerický kontinent?

Nepravdepodobné. S najväčšou pravdepodobnosťou by ľudstvo žilo ako izolované civilizačné centrá.

Možnosť vypustenia veľkého a superťažkého nákladu na nízku referenčnú obežnú dráhu (LEO) bola implementovaná v americkej obludnej superťažkej nosnej rakete Saturn-5. Práve táto raketa, schopná prepraviť 141 ton PN do LEO, umožnila Spojeným štátom stať sa v tej dobe lídrami vo vesmírnych pretekoch a dopraviť amerických astronautov na Mesiac.

Na pokraji revolúcie vo vesmíre
Na pokraji revolúcie vo vesmíre

Sovietsky zväz prehral preteky o Mesiac, pretože nedokázal vytvoriť super ťažkú nosnú raketu porovnateľnú so Saturnom-5.

A ZSSR nemohol vytvoriť super ťažkú nosnú raketu kvôli nedostatku silných raketových motorov. Z tohto dôvodu bolo v prvom stupni sovietskeho superťažkého päťstupňového LV N-1 nainštalovaných 30 motorov NK-33. Vzhľadom na to, že v tom čase neexistovala možnosť počítačovej diagnostiky a synchronizácie chodu motora, ako aj na skutočnosť, že z dôvodu nedostatku času a financií boli pozemné dynamické a požiarne skúšky celého LV alebo zostavy prvého stupňa uskutočnené nevykonané, všetky skúšobné štarty LV N-1 sa skončili neúspechom v štádiu prvého stupňa.

Obrázok
Obrázok

Pokusom o radikálne zníženie nákladov na vypustenie kozmickej lode na obežnú dráhu bol americký program Space Shuttle.

V opakovane použiteľnej dopravnej kozmickej lodi (MTKK) raketoplánu boli vrátené dve z troch súčiastok - posilňovače tuhého paliva padákom striekané do oceánu a po kontrole a doplnení paliva mohli byť znova použité a vesmírne lietadlo - raketoplán pristálo na dráhe podľa schémy lietadla. V atmosfére horela iba nádrž na kvapalný vodík a kyslík, palivo, z ktorého používali motory raketoplánu.

Obrázok
Obrázok

Systém Space Shuttle nemožno zaradiť medzi superťažké nosné rakety - maximálna hmotnosť užitočného zaťaženia, ktoré vyniesol na nízku referenčnú obežnú dráhu (LEO), bola nižšia ako 30 ton, čo je porovnateľné s výkonom užitočného zaťaženia ruskej nosnej rakety Proton.

Sovietsky zväz reagoval programom Energy-Buran.

Napriek vonkajšej podobnosti raketoplánu a systému Energia-Buran mali zásadné rozdiely. Ak v raketopláne štart na obežnú dráhu vykonali dva opakovane použiteľné zosilňovače na tuhé palivo a samotná kozmická loď, potom v sovietskom projekte bol Buran pasívnym nákladom nosnej rakety Energia. Samotnú nosnú raketu Energia možno oprávnene pripísať „superťažkému“- bola schopná umiestniť 100 ton na nízku referenčnú dráhu, iba o 40 ton menej ako Saturn -5.

Obrázok
Obrázok

Na základe nosnej rakety Energia sa plánovalo vytvoriť nosnú raketu Vulcan so zvýšeným počtom bočných blokov na 8 kusov, schopných dodať 175-200 ton užitočného zaťaženia LEO, čo by umožnilo vykonávať lety. na Mesiac a Mars.

Najzaujímavejší vývoj však možno nazvať projekt „Energia II“- „Hurikán“, v ktorom mali byť všetky prvky opakovane použiteľné, vrátane orbitálneho vesmírneho lietadla, centrálneho bloku druhého stupňa a bočných blokov prvého stupňa. Rozpad ZSSR neumožnil zrealizovať tento bezpochyby zaujímavý projekt.

Napriek svojmu epickému charakteru boli oba programy obmedzené: jeden - kvôli rozpadu ZSSR a druhý - kvôli vysokej nehodovosti „raketoplánov“, pri ktorých zahynul tucet amerických astronautov. Program Space Shuttle navyše nesplnil očakávania, pokiaľ ide o radikálne zníženie nákladov na vynesenie užitočného zaťaženia na obežnú dráhu.

Po dokončení programu Energia-Buran ľudstvu nezostali žiadne superťažké nosné rakety. Rusko na to nemalo čas a USA výrazne stratili svoje vesmírne ambície. Na vyriešenie súčasných naliehavých úloh stačili nosné rakety, ktoré mali obe krajiny k dispozícii (okrem dočasného nedostatku schopnosti Spojených štátov samostatne vynášať astronautov na obežnú dráhu).

Americká letecká a kozmická agentúra NASA postupne realizovala návrh superťažkej nosnej rakety na riešenie ambicióznych úloh: napríklad let na Mars alebo výstavba základne na Mesiaci. V rámci programu Constellation bola vyvinutá superťažká nosná raketa Ares V. Predpokladalo sa, že „Ares-5“bude schopný dopraviť na LEO 188 ton užitočného zaťaženia a na Mesiac dodať 71 ton PN.

Obrázok
Obrázok

V roku 2010 bol program Constellation uzavretý. Vývoj na "Ares-5" bol použitý v novom programe na vytvorenie superťažkého LV-SLS (Space Launch System). Superťažká nosná raketa SLS v základnej verzii by mala byť schopná dodať 95 ton užitočného zaťaženia LEO a vo verzii so zvýšeným užitočným zaťažením - až 130 ton užitočného zaťaženia. Konštrukcia SLS LV používa motory a posilňovače tuhých palív vytvorené v rámci programu Space Shuttle.

Obrázok
Obrázok

V skutočnosti to bude nejaký druh modernej reinkarnácie „Saturnu-5“, podobného charakteru aj nákladov. Napriek tomu, že program SLS bude s najväčšou pravdepodobnosťou stále dokončený, nebude znamenať revolúciu ani v americkej, ani vo svetovej astronautike.

Ide o zámerne slepý projekt.

Rovnaký osud čaká ruský projekt superťažkého nosného vozidla Jenisej / Don, ak je postavený na základe „tradičných“riešení používaných vo vesmírnych technológiách.

Obrázok
Obrázok

Všeobecne platí, že do určitého bodu bola situácia v USA a v Rusku relatívne podobná: ani od NASA, ani od Roskosmosu by sme sotva videli nejaké prelomové riešenia, pokiaľ ide o umiestnenie užitočného zaťaženia na obežnú dráhu. Nič nové nebolo vidieť ani v iných krajinách. Vesmírny priemysel sa stal veľmi konzervatívnym.

Súkromné spoločnosti všetko zmenili a je úplne prirodzené, že sa to stalo v USA, kde boli vytvorené najpohodlnejšie podmienky pre podnikanie.

Súkromný priestor

Samozrejme, v prvom rade hovoríme o spoločnosti SpaceX Elon Musk. Akonáhle nebol povolaný - podvodník, „úspešný manažér“, „Maska Ostapa Petrikovicha“a tak ďalej a tak ďalej. Autor prečítal v jednom zo zdrojov pseudovedecký článok o tom, prečo nosná raketa Falcon-9 nebude lietať: jej telo nie je rovnaké, príliš tenké a motory nie sú rovnaké, vo všeobecnosti existujú milión dôvodov, prečo „nie“. Mimochodom, tieto hodnotenia vyjadrili nielen nezávislí analytici, ale aj úradníci, vedúci predstavitelia ruských štátnych štruktúr a podnikov.

Musk bol obvinený zo skutočnosti, že sám nič nevyvinul (a musel si sám vyrobiť všetku projektovú dokumentáciu a potom vlastnoručne zostaviť nosnú raketu?), A že SpaceX získal množstvo informácií a materiálov o ďalších projektoch z NASA (a SpaceX musel robiť všetko od nuly, ako keby pred ním vesmírne programy v USA neexistovali?).

Tak či onak, ale nosná raketa Falcon-9 sa uskutočnila, so závideniahodnou pravidelnosťou letí do vesmíru, rovnako pravidelne pristávajú vypracované prvé stupne, z ktorých jeden už letel 10 (!) Krát. Roskosmos stratil väčšinu trhu s vynášaním užitočného zaťaženia na obežnú dráhu a po vytvorení SpaceX opakovane použiteľnej kozmickej lode s posádkou Crew Dragon (Dragon V2) a trhu s doručovaním amerických astronautov na obežnú dráhu.

Obrázok
Obrázok

SpaceX však má aj raketu Falcon Heavy, ktorá je schopná dodať LEO viac ako 63 ton. V súčasnej dobe je to najťažšia a najužitočnejšia nosná raketa na svete. Jeho prvý stupeň a bočné zosilňovače sú tiež opakovane použiteľné.

Obrázok
Obrázok

Vzadu na hlavu SpaceX dýcha ďalší americký miliardár Jeff Bezos. Jej úspechy sú samozrejme oveľa skromnejšie, ale stále existujú úspechy. V prvom rade ide o vytvorenie nového metánovo-kyslíkového motora BE-4, ktorý bude použitý v nosnej rakete New Glenn a vo nosnej rakete Vulcan (ktorá má nahradiť nosnú raketu Atlas-5). Vzhľadom na to, že Atlas-5 teraz letí na ruských motoroch RD-180, po objavení sa BE-4 Roskosmos príde o ďalší predajný trh.

V USA a ďalších krajinách existujú stovky začínajúcich podnikateľov na výrobu nosných rakiet a iných typov lietadiel na vynášanie užitočného zaťaženia na obežnú dráhu, štartovacích spoločností na vytváranie satelitov a kozmických lodí na rôzne účely, priemyselných technológií pre vesmír, orbitálneho turizmu, a tak ďalej a tak ďalej.

Kam to všetko povedie?

Na skutočnosť, že vesmírny trh sa bude rýchlo rozširovať a konkurencia na trhu s umiestnením užitočného zaťaženia na obežnú dráhu povedie k významnému zníženiu nákladov na jeho odstránenie z výpočtu na jeden kilogram.

Náklady na vypustenie 1 kg užitočného zaťaženia na LEO systémom Space Shuttle alebo raketou Delta-4 sú zhruba 20 000 dolárov. Ruské nosné rakety Proton sú schopné dodať LEO užitočné zaťaženie za menej ako 3 000 dolárov za kilogram, ale tieto rakety bežia na vysoko toxický asymetrický dimetylhydrazín a v súčasnej dobe sú mimo výroby. Lacné, vyvinuté v ZSSR, rusko-ukrajinské Zenity sú tiež minulosťou.

Obrázok
Obrázok

Nosná raketa Falcon-9 môže za predpokladu, že je použitý návratový prvý stupeň, vynesie užitočné zaťaženie na nízku referenčnú obežnú dráhu za cenu nižšiu ako 2 000 dolárov za kilogram. Podľa Elona Muska môže Falcon-9 potenciálne znížiť náklady na spustenie užitočného zaťaženia na 500-1100 dolárov za kilogram.

Niekto by sa mohol opýtať, prečo je teraz pre zákazníkov oveľa drahšie vyberať užitočné zaťaženie?

Po prvé, náklady nie sú určené len nákladmi na uvedenie na trh, ale aj trhovými podmienkami - cenami konkurencie. Ktorý kapitalista by sa vzdal mimoriadneho zisku? Je výhodné byť o niečo nižší ako konkurenti, postupne dobývať trh, a nie dumpingovať bez toho, aby ste niečo zarobili, najmä preto, že v takom špecifickom kritickom odvetví, akým je trh s vesmírnym štartom, kontrolné štruktúry v každom prípade podporia niekoľko dodávateľov, aj keď jeden má ceny niekoľkonásobne vyššie ako u konkurencie.

Dá sa predpokladať, že zníženie cien SpaceX bude vyvolané iba vznikom konkurentov tvárou v tvár spoločnosti Blue Origin s jej nosnou raketou New Glenn alebo inými spoločnosťami a krajinami, ktoré vytvoria prostriedky na spustenie užitočného zaťaženia s nízkymi nákladmi na štart.

Väčšina začínajúcich a sľubných projektov však súvisí s vypustením nákladu s hmotnosťou stoviek, nanajvýš tisíc kilogramov na obežnú dráhu. Toto nebude znamenať revolúciu vo vesmíre - vybudovanie niečoho veľkého si bude vyžadovať ťažké a superťažké opakovane použiteľné nosné rakety s nízkymi nákladmi na vynesenie užitočného zaťaženia na obežnú dráhu. A tu, ako sme už videli vyššie, je všetko smutné.

Všetko okrem najdôležitejšieho projektu SpaceX, plne opakovane použiteľnej vesmírnej lode Starship s plne opakovane použiteľným prvým stupňom Super Heavy

Opätovne použiteľné super ťažké

Rozdiel medzi Starship (ďalej len Starship ako kombinácia Starship + Super Heavy) od všetkých ostatných nosných rakiet je v tom, že oba stupne sú opakovane použiteľné. Užitočné zaťaženie Starship na nízku referenčnú obežnú dráhu by zároveň malo byť 100 ton, to znamená, že je to plnohodnotná superťažká raketa. SpaceX vyvinula pre loď Starship nové, jedinečné metánovo-kyslíkové motory Raptor s uzavretým cyklom a plne komponentným splyňovaním.

Obrázok
Obrázok

SpaceX plánuje nahradiť všetky svoje nosné rakety loďou Starship, vrátane veľmi úspešného Falconu 9. Vypustenie superťažkej rakety je spravidla extrémne nákladné - rádovo jednu miliardu dolárov. Aby boli náklady na štart nízke, SpaceX plánuje využiť obe etapy mnohokrát - po 100 štartov a možno aj viac. V tomto prípade náklady klesnú takmer o dva rády - až desať miliónov dolárov za spustenie. Ak vezmeme do úvahy maximálne zaťaženie 100 ton, dostaneme náklady na zavedenie užitočného zaťaženia do LEO na úrovni asi 100 (!) Dolárov za kilogram.

Vrátené etapy si samozrejme budú vyžadovať údržbu, výmenu motora po 50 štartoch, doplnenie paliva, pozemné služby bude potrebné zaplatiť, ale samotná loď Starship bude s najväčšou pravdepodobnosťou stáť menej ako miliardu dolárov a technológie jej výroby a údržby sa budú neustále zlepšovať, pretože skúsenosti získava spoločnosť SpaceX.

Obrázok
Obrázok

Elon Musk v skutočnosti uvádza, že loď Starship môže potenciálne dosiahnuť náklady na štart užitočného zaťaženia asi 10 dolárov za kilogram s celkovými nákladmi na štart 1,5 milióna dolárov a náklady na doručenie nákladu na Mesiac budú zhruba 20-30 dolárov za kilogram. to však vyžaduje, aby sa hviezdna loď vypúšťala každý týždeň.

Kde vziať také objemy?

Ani armáda jednoducho nemá také množstvo užitočného zaťaženia, že už existuje civilný priestor - vývoj trhu bude trvať desaťročia.

Kolonizácia Marsu?

Je ťažké o tom hovoriť vážne.

Kolonizácia Mesiaca?

Bližšie, Starship môže potopiť SLS a poslať Američanov na Mesiac druhýkrát. Ide však o desiatky spustení, nie o stovky alebo tisíce.

Obrázok
Obrázok

SpaceX má však podnikateľský plán oveľa reálnejší než posielanie kolonistov na Mars - používanie lode Starship na medzikontinentálnu dopravu. Pri lete z New Yorku do Tokia po obežnej dráhe Zeme bude let trvať zhruba 90 minút. SpaceX zároveň plánuje zaistiť prevádzkovú spoľahlivosť na úrovni moderných veľkých lietadiel a náklady na let - na úrovni nákladov na transkontinentálny let v biznis triede.

Náklad je možné doručiť rovnakým spôsobom. O túto príležitosť sa už začala zaujímať napríklad aj americká armáda. Na jeden let sa plánuje dodať 80 ton nákladu, čo je porovnateľné so schopnosťami dopravného lietadla C-17 Globemaster III.

V súhrne: preprava cestujúcich a nákladu, dodanie amerických astronautov na Mesiac a možno aj do vzdialenejších objektov slnečnej sústavy, stiahnutie komerčných vesmírnych lodí, vesmírny turizmus a tak ďalej a tak ďalej a podobne - SpaceX môže dobre poskytnúť zníženie nákladov na stiahnutie užitočného zaťaženia, aj keď by bolo až na úrovni 100 dolárov za kilogram.

V tomto prípade vesmírna loď zaháji novú éru v prieskume vesmíru a mimo neho.

Perspektívy a dôsledky

Na vesmírnu loď sa v súčasnosti pozerá s určitým podozrením. Zdá sa, že na papieri je všetko krásne a skúsenosti SpaceX hovoria za všetko, ale akosi je všetko príliš ružové?

Niekedy existuje pocit, že potenciál tohto systému jednoducho nezapadá do myslí vedenia amerických ozbrojených síl, vedenia NASA, majiteľov a manažérov podnikov v rôznych priemyselných odvetviach. Vynesenie čo i len malého užitočného zaťaženia do vesmíru znamenalo príliš dlhé niekoľkomiliónové náklady.

Otázkou je, čo sa stane, keď sa 100 dolárov za kilogram stane realitou?

Keď vzdelaní ľudia z amerického ministerstva obrany pochopia, že hodenie konvenčného tanku na obežnú dráhu je rýchlejšie a lacnejšie ako jeho preprava vojenským dopravným lietadlom z amerického kontinentu do Európy, k akým záverom dospejú?

Nie, Abramsa na Mesiaci neuvidíme, ale tank nie je cieľom, je to len spôsob dodania projektilu nepriateľovi. Čo keď je jednoduchšie získať tento projektil priamo z obežnej dráhy? Ako rýchlo odstúpia Spojené štáty od mierovej zmluvy o vesmíre, ak v nej (vo vesmíre) získajú strategickú výhodu? Ako rýchlo začne americká armáda migrovať na obežnú dráhu?

Navyše aj existujúce možnosti umiestnenia užitočného zaťaženia na obežnú dráhu vo forme Falcon-9 a Falcon Heavy v kombinácii s technológiami pre hromadnú výstavbu satelitov budú stačiť na to, aby bol LEO zaseknutý s prieskumnými, veliteľskými a komunikačnými satelitmi, čo povedie k tomu, že že Spojené štáty budú monitorovať povrch planéty 24/365. Zabudnite na veľké povrchové sily, vojenské zoskupenia, mobilné pozemné raketové systémy - to všetko budú len ciele pre zbrane dlhého doletu s korekciou trajektórie letu.

Úspech lode Starship pridá do tejto sady vesmírny úder, kde bude cieľ zasiahnutý z vesmíru do niekoľkých desiatok minút po prijatí požiadavky. Žiadny politický vodca na svete sa nemôže cítiť sebavedomo, keď vie, že neodvratná volfrámová sprcha môže každú chvíľu vypadnúť z vesmíru.

Pri cene 100 dolárov za kilogram sa do vesmíru vyšplhá každý, kto nie je príliš lenivý - farmaceutické spoločnosti, hutnícke, ťažobné spoločnosti. O vesmírnej ekonomike si povieme viac neskôr. Pokiaľ je to možné, lacným vypúšťaním a odstraňovaním nákladu z obežnej dráhy, z vesmíru sa stane nový Klondike. Čo môžeme povedať o 10 dolároch za kilogram …

Je celkom možné, že práve teraz sme svedkami historickej udalosti, ktorá by sa mohla stať zlomom vo vývoji ľudstva

Dá sa tento proces zastaviť?

Možno je príbeh nepredvídateľný. Ľudská chamtivosť, hlúposť alebo len nehoda - reťazec zlyhaní môže pochovať akékoľvek, najúspešnejšie podnikanie. Stačí pár veľkých nehôd Starship so smrťou stoviek ľudí a proces prieskumu vesmíru možno opäť výrazne spomaliť, ako to bolo už v 20. storočí.

V prípade získania jednostrannej výhody vo vesmíre začnú Spojené štáty vykonávať oveľa agresívnejšiu politiku, ako je tomu teraz. Pri absencii príležitosti na zabezpečenie parity vo vesmíre sa môžeme skĺznuť až na úroveň Severnej Kórey, sedieť na „jadrovom kufri“a vyhrážať sa, že v prípade čohokoľvek podkopeme seba, susedov a všetkých ostatných (čo zrejme zo zvláštnych dôvodov, dokonca pre niektorých apeluje).

V tejto súvislosti je potrebné venovať zvýšenú pozornosť vesmírnemu priemyslu, ktorého stav v súčasnosti nespôsobuje optimizmus.

Zoberme si napríklad projekt superťažkej nosnej rakety „Yenisei“/ „Don“- stačí sa pozrieť na všetky navzájom sa vylučujúce vyhlásenia rôznych lídrov a oddelení k tomuto projektu a je zrejmé, že nikto, v zásade vie, prečo sa vytvára, ani čo by malo byť. Ak je to ďalšia „Angara“, potom môže byť projekt teraz uzavretý - nemá zmysel míňať na to peniaze ľudí.

Čína zároveň nečinne sedí.

Okrem vývoja tradičných nosných rakiet aktívne študujú a preberajú americké skúsenosti a neváhajú priamo kopírovať. V otázkach národnej bezpečnosti je všetko spravodlivé.

Čínsky inštitút pre výskum rakiet v Národný deň vesmíru hovoril o projekte suborbitálneho raketového systému, ktorý by mal dopraviť pasažierov z jedného bodu planéty do druhého za menej ako hodinu.

Obrázok
Obrázok

Môžeme povedať, že zatiaľ sú to len kresby, ale Čína v poslednom čase opakovane dokazuje svoju schopnosť dotiahnuť lídrov v rôznych odvetviach vedy a priemyslu.

Je tiež načase, aby Rusko odložilo zmätok a kolísanie v kozmickom priemysle, jasne formulovalo ciele a zabezpečilo ich implementáciu akýmikoľvek prostriedkami.

Ak Čína a Rusko dokážu konkurovať Spojeným štátom americkým vo vesmíre na novej technologickej úrovni, potom nízke dráhy budú len začiatkom a ľudstvo skutočne vstúpi do novej éry, ktorá zatiaľ existuje iba na stránkach sci -fi románov.

Odporúča: