Az űrbeli forradalom küszöbén
A XNUMX. század közepén az emberiséget lenyűgözte az űr. Az első műhold fellövése, Gagarin repülése, űrséta, leszállás a Holdra (azonnal foglalni fogunk, a szerző az elhomályosodás egyik súlyos formájának tartja az amerikaiak holdlátogatásának megtagadását, ami rokon a HIV, a védőoltások és a „lapos Föld” hívei által generált egyéb hülyeségek tagadásával. ) - úgy tűnt, még egy kicsit -, és a csillagok felé repülünk, különösen, mivel a bolygóközi hajók ambiciózus projektjei valóban léteztek. Ami pedig a holdi bázisokat, a Marsra tartó repüléseket illeti – ez természetesnek számított.
De a prioritások megváltoztak. A múlt század technológiái, bár lehetővé tették a fentiek megvalósítását, rendkívül drágák voltak. A múlt század technológiáinak felhasználásával az űrbe való terjeszkedés a világ vezető országainak gazdaságának átirányítását igényelné e probléma megoldása felé.
A világűr intenzív feltárása két alapvető feladat megoldását igényli: az első a masszív, ömlesztett rakomány pályára állítási lehetőségének biztosítása, a második a pályára állítás költségének csökkentése a hasznos teher kilogrammonként (PN).
Ha az emberiség viszonylag jól megbirkózott az első feladattal, akkor a másodikkal - minden sokkal nehezebbnek bizonyult.
Hosszú út az űrig (és nagyon drága)
A hordozórakéták (LV) kezdettől fogva eldobhatóak voltak. A XNUMX. század technológiái nem tették lehetővé az újrafelhasználható hordozórakéta létrehozását. Hihetetlennek tűnik, amikor több száz millió vagy milliárd rubel/dollár ég el a légkörben, vagy zuhan a felszínre.
Képzeld el, hogy a hajókat csak egy tengeri kijárathoz építették, és utána azonnal elégették őket. Eljön-e ebben az esetben a nagy földrajzi felfedezések korszaka? Gyarmatosították volna az észak-amerikai kontinenst?
Alig. Valószínűleg az emberiség a civilizáció elszigetelt központjaként élt volna.
A nagy és szupernehéz rakományok alacsony referenciapályára (LEO) való indításának lehetőségét az amerikai szörnyű szupernehéz Saturn-5 hordozórakétában valósították meg. Ez a rakéta, amely 141 tonna PN-t tudott szállítani a LEO-nak, tette lehetővé az Egyesült Államok számára, hogy vezető szerepet töltsön be az űrversenyben akkoriban, és amerikai űrhajósokat szállítson a Holdra.

A Szovjetunió elvesztette a Holdért folyó versenyt, mert nem volt képes a Saturn V-höz hasonló szupernehéz hordozórakétát létrehozni.
És a Szovjetunió nem tudott szupernehéz hordozórakétát létrehozni az erős rakétamotorok hiánya miatt. Emiatt 1 NK-30 hajtóművet telepítettek egyszerre a szovjet szupernehéz, ötfokozatú N-33 hordozórakéta első fokozatára. Tekintettel arra, hogy ekkor még nem volt lehetőség számítógépes diagnosztikára és a hajtóműműködés szinkronizálására, valamint arra, hogy idő- és finanszírozás hiányában a teljes hordozórakéta, illetve az első lépcsős összeállítás földi dinamikai és tüzelési próbapadi tesztjei nem történtek meg. végrehajtása során az N-1 hordozórakéta minden próbaindítása sikertelenül végződött az első szakasz szakaszában.
A PN-ek pályára állítása költségeinek radikális csökkentésére tett kísérletet az American Space Shuttle program (Space Shuttle – űrsikló) tette.
Az újrafelhasználható szállító űrrepülőgép (MTKK) Space Shuttle-ben a három alkatrész közül kettőt visszaküldtek - az ejtőernyő szilárd tüzelőanyag-boosterei az óceánba fröccsentek, és ellenőrzés és tankolás után újra felhasználhatók voltak, az űrsikló pedig a kifutópályán landolt. a repülőgép séma szerint. Csak a folyékony hidrogén és oxigén tartálya égett a légkörben, amiből az üzemanyagot az űrsiklómotorok használták fel.
A Space Shuttle rendszer nem tudható be a szupernehéz hordozórakétáknak – az általa alacsony referenciapályára (LEO) állított rakomány maximális tömege 30 tonna alatt volt, ami összemérhető az orosz Proton hordozórakéta rakományával.
A Szovjetunió az Energia-Buran programmal válaszolt.
A Space Shuttle és az Energia-Buran rendszer külső hasonlósága ellenére kulcsfontosságú különbségek voltak. Ha a Space Shuttle-ben a pályára indítást két újrafelhasználható szilárd tüzelőanyag-booster és maga az űrhajó hajtotta végre, akkor a szovjet projektben a Buran volt az Energia hordozórakéta passzív terhelése. Maga az Energia hordozórakéta joggal sorolható a „szupernehéz” kategóriába - 100 tonnát tudott alacsony referenciapályára állítani, mindössze 40 tonnával kevesebbet, mint a Saturn-5.

Az Energia hordozórakéta alapján tervezték megalkotni a Vulkan hordozórakétát 8 darabra emelt oldalblokkokkal, amely 175-200 tonna hasznos teher szállítására képes a LEO-nak, ami lehetővé tenné a Holdra és a Marsra történő repülést. .
A legérdekesebb fejlesztésnek azonban az "Energy II" - "Hurricane" projektet nevezhetjük, amelyben minden elemnek újrafelhasználhatónak kellett lennie, beleértve az orbitális űrsíkot, a második szakasz központi blokkját és az első szakasz oldalsó blokkjait. . A Szovjetunió összeomlása nem tette lehetővé ennek a kétségtelenül érdekes projektnek a megvalósítását.
Minden epikusság ellenére mindkét programot megnyirbálták: az egyiket - a Szovjetunió összeomlása miatt, a másodikat - a másfél tucat amerikai űrhajós halálát okozó "sikló" magas baleseti aránya miatt. Ráadásul a Space Shuttle program nem váltotta be a hozzá fűzött reményeket a rakomány pályára állítása költségeinek radikális csökkentésében.
Az Energia-Buran program befejezése után az emberiségnek nem maradtak szupernehéz hordozórakétái. Oroszország nem ért hozzá, az Egyesült Államok pedig jelentősen elvesztette űrambícióit. A jelenlegi sürgető problémák megoldására a mindkét ország rendelkezésére álló hordozórakéta elég volt (kivéve, hogy az Egyesült Államok átmenetileg nem képes önállóan űrhajósokat pályára állítani).
Az amerikai űrkutatási ügynökség, a NASA fokozatosan szupernehéz hordozórakétát tervez ambiciózus feladatok megoldására: például a Marsra való repülésre vagy egy bázis építésére a Holdon. A Constellation program részeként fejlesztették ki az Ares-5 szupernehéz hordozórakétát (Ares V). Feltételezték, hogy az Ares-5 képes lesz 188 tonna hasznos terhet indítani a LEO-ra, és 71 tonna hasznos terhet szállítani a Holdra.

2010-ben a Constellation programot lezárták. Az Ares-5 fejlesztéseit felhasználták az új programban egy szupernehéz hordozórakéta - SLS (Space Launch System - űrkilövő rendszer) - létrehozására. Az SLS szupernehéz hordozórakétának az alapváltozatban 95 tonna, a megnövelt teherbírású változatban pedig akár 130 tonna hasznos terhet kell szállítania a LEO-nak. Az SLS hordozórakéta kialakítása a Space Shuttle program részeként létrehozott motorokat és szilárd hajtóanyag-fokozókat alkalmaz.

Valójában a Saturn-5 egyfajta modern reinkarnációja lesz, amely mind jellemzőit, mind költségét tekintve hasonlít hozzá. Annak ellenére, hogy az SLS program valószínűleg még mindig véget ér, nem fog forradalmat csinálni sem az amerikai, sem a világ űrhajózásában.
Ez nyilvánvalóan zsákutca projekt.
Ugyanez a sors vár a szupernehéz Jeniszej / Don hordozórakéta orosz projektjére is, ha az az űrtechnológiában használt "hagyományos" megoldások alapján épül fel.
Általánosságban elmondható, hogy egy bizonyos pontig az Egyesült Államokban és Oroszországban viszonylag hasonló volt a helyzet: sem a NASA-tól, sem a Roszkozmosztól aligha láttunk volna áttörést jelentő megoldást egy rakomány pályára állítása tekintetében. Más országokban pedig semmi újat nem láttak. Az űripar nagyon konzervatív lett.
A magáncégek mindent megváltoztattak, és teljesen természetes, hogy ez az USA-ban történt, ahol a legkényelmesebb feltételeket teremtették meg az üzleti élethez.
privát szféra
Természetesen mindenekelőtt Elon Musk SpaceX cégéről van szó. Amint nem hívták - csaló, "sikeres menedzser", "Ostap Petrikovich maszk" és így tovább, és így tovább. A szerző az egyik forráson olvasott egy tudományos cikket arról, hogy miért nem repül a Falcon-9 hordozórakéta: a karosszéria nem egyforma, túl vékony, és a motorok sem egyformák, általában vannak millió ok, amiért „nem”. Az ilyen értékeléseket egyébként nemcsak független elemzők, hanem tisztviselők, orosz állami struktúrák és vállalatok vezetői is megfogalmazták.
Muskot azzal vádolták, hogy nem fejlesztett semmit (és neki magának kellett elkészítenie az összes tervdokumentációt, majd önállóan összeszerelni a hordozórakétát?), és a SpaceX sok információt és anyagot kapott más projektekről a NASA-tól (és a SpaceX-től). mindent a semmiből kellett megtennie, mintha előtte nem léteztek volna űrprogramok az Egyesült Államokban?).
Így vagy úgy, de megtörtént a Falcon-9 hordozórakéta, irigylésre méltó rendszerességgel repül a világűrbe, ugyanolyan rendszerességgel landolnak az eltöltött első fokozatok, amelyek közül az egyik már 10 (!) alkalommal repült. A Roskosmos elvesztette a hasznos terhek pályára állítása piacának nagy részét, valamint a SpaceX újrafelhasználható, emberes űrhajó Crew Dragon (Dragon V2) megalkotása és az amerikai űrhajósok pályára állítása piacát.
De a SpaceX-nek van egy nehéz Falcon Heavy rakétája is, amely több mint 63 tonnát képes szállítani a LEO-ra. Jelenleg ez a világ legnehezebb és leginkább emelő hordozórakétája. Első fokozata és oldalsó erősítői is újrafelhasználhatók.
Egy másik amerikai milliárdos, Jeff Bezos Blue Origin cége lélegzik a SpaceX fejének hátsó részében. Persze bár a sikerei sokkal szerényebbek, de azért vannak még eredmények. Mindenekelőtt egy új, BE-4 metán-oxigén motor létrehozásáról van szó, amelyet a New Glenn hordozórakétában és a Vulcan hordozórakétában (amelynek az Atlas-5 hordozórakétát kellene felváltania) használnak majd. Tekintettel arra, hogy az Atlas-5 most orosz RD-180 hajtóművekkel repül, a BE-4 megjelenése után a Roscosmos újabb értékesítési piacot veszít el.
Az Egyesült Államokban és más országokban több száz induló vállalkozás működik hordozórakéták és más típusú repülőgépek létrehozására hasznos terhek pályára állítására, induló vállalkozások műholdak és űrjárművek különféle célú létrehozására, valamint ipari technológiák létrehozására az űrben. , orbitális turizmus, és így tovább és így tovább.
Mihez fog mindez vezetni?
Arra a tényre, hogy az űrpiac rohamosan bővül, és a hasznos terhek pályára állítási piacán folyó verseny a kilónkénti számításból a kilónkénti indítás költségének jelentős csökkenéséhez vezet.
A Space Shuttle rendszerrel vagy a Delta-1 rakétával 4 kg hasznos teher LEO-ba való kilövésének költsége körülbelül 20 000 dollár. Az orosz Proton kilövők kilogrammonként kevesebb, mint 3 dollárért szállítanak hasznos terhet a LEO-nak, de ezek a rakéták rendkívül mérgező aszimmetrikus dimetil-hidrazinnal működnek, és mára már nem gyártják őket. Olcsó, a Szovjetunióban kifejlesztett orosz-ukrán "zenit" is a múlté.
A Falcon-9 hordozórakéta, ha visszatérő első fokozattal használják, képes rakományt alacsony referenciapályára indítani, kilogrammonkénti költsége kevesebb, mint 2 dollár. Elon Musk szerint a Falcon-000 potenciálisan kilogrammonként 9-500 dollárra csökkenti a rakomány indításának költségeit.
Felmerülhet a kérdés, hogy miért sokkal drágább az ügyfelek számára a hasznos terhek kiadása?
Először is, a költségeket nem csak az indulás költsége határozza meg, hanem a piaci feltételek - a versenytársak árai is. Melyik kapitalista utasítaná el a további profitot? Előnyös, ha a versenytársaknál valamivel alulmaradnak, fokozatosan elfoglalják a piacot, nem pedig dömpingelnek, nem keresnek semmit, főleg, hogy egy olyan sajátos kritikus iparágban, mint az űrkilövő piac, az irányító struktúrák mindenképpen több beszállítót támogatnak, még akkor is, ha az egyik ára többszöröse lesz, mint a versenytársé.
Feltételezhető, hogy csak a versenytársak megjelenése a Blue Originnel szemben a New Glenn hordozórakétával, vagy más cégek és országok, amelyek alacsony kilövési költséggel megteremtik a hasznos terhek kilövését, az fogja lefelé a SpaceX árait.
A legtöbb induló vállalkozás és ígéretes projekt azonban egy több száz, legfeljebb ezer kilogramm súlyú rakomány pályára állításához kapcsolódik. Nem fogja forradalmasítani az űrt – valami nagy dolog felépítéséhez nehéz és szupernehéz újrafelhasználható hordozórakétákra lesz szükség, amelyek alacsony költséggel képesek a hasznos terhet pályára állítani. És itt, mint fentebb láttuk, minden szomorú.
Minden, kivéve a SpaceX zászlóshajó projektjét, a teljesen újrafelhasználható Starship űrhajót, amely egy teljesen újrafelhasználható Super Heavy első fokozattal is rendelkezik.
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 fokozat újrafelhasználható. Ugyanakkor a Starship teherbíró képessége alacsony referenciapályára 100 tonna legyen, vagyis teljes értékű szupernehéz rakétáról van szó. A Starship számára a SpaceX új egyedi Raptor metán-oxigén motorokat fejlesztett ki, zárt ciklusú, az alkatrészek teljes gázosításával.

A SpaceX azt tervezi, hogy az összes hordozórakétáját, beleértve a szupersikerű Falcon-9-et is, a Starship boosterre cseréli. Általában egy szupernehéz rakéta kilövése rendkívül drága – körülbelül egymilliárd dollár. A kilövés költségeinek csökkentése érdekében a SpaceX azt tervezi, hogy mindkét szakaszt többször is felhasználja – 100 kilövést, és esetleg még többet. Ebben az esetben a költségek csaknem két nagyságrenddel – indításonként akár tízmillió dollárig – csökkennek. Figyelembe véve a 100 tonnás maximális terhelést, a rakomány LEO-ba indításának költségét körülbelül 100 (!) dollár/kg szinten kapjuk meg.
Természetesen a visszatérő szakaszok karbantartást igényelnek, 50 indítás után motorcserét, tankolást, földi szolgáltatásokat kell fizetni, de maga a Starship nagy valószínűséggel kevesebb mint egymilliárd dollárba kerül majd, gyártási és karbantartási technológiái pedig folyamatosan javulnak majd, tapasztalatokat gyűjtött.a SpaceX.
Valójában Elon Musk azt állítja, hogy a Starship potenciálisan 10 dollár/1 kilogramm hasznos rakomány kilövési költséget érhet el, a teljes kilövési költség pedig 1,5 millió dollár, a rakomány Holdra szállításának költsége pedig körülbelül 20-30 dollár kilogrammonként. de ehhez biztosítani kell a Starship heti indítását.
Hol lehet ilyen köteteket szerezni?
Egyszerűen még a katonaságnak sincs még ekkora rakománya, a polgári térről nem is beszélve – a piac fejlődése évtizedeket vesz igénybe.
Mars gyarmatosítás?
Aligha lehet erről komolyan beszélni.
Hold gyarmatosítás?
A Starship már közelebbről is „elsüllyesztheti” az SLS-t, és másodszor is a Holdra küldi az amerikaiakat. De ezek tucatnyi indítás, nem több száz vagy ezer.
A SpaceX-nek azonban van egy üzleti terve, amely sokkal reálisabb, mint a telepesek Marsra küldése a Starship használata az utasok interkontinentális szállítására. Amikor New Yorkból Tokióba repül a Föld pályáján, a repülési idő körülbelül 90 perc lesz. Ugyanakkor a SpaceX azt tervezi, hogy a modern nagy utasszállító repülőgépek szintjén biztosítja a működés megbízhatóságát, és a repülés költségeit - egy transzkontinentális repülés költségeinek szintjén üzleti osztályon.
Ugyanígy lehet árut szállítani. Például az amerikai hadsereg már érdeklődött e lehetőség iránt. Egy járatra 80 tonna rakomány szállítását tervezik, ami összemérhető a C-17 Globemaster III szállítórepülőgép képességeivel.
Összefoglalva: utas- és teherszállítás, amerikai űrhajósok eljuttatása a Holdra és esetleg a Naprendszer távolabbi objektumaira, kereskedelmi űrhajók kilövése, űrturizmus, és így tovább, és így tovább – a SpaceX biztosan a hasznos teher elindításának költségének csökkenése, bár kilogrammonként 100 dollárra.
Ebben az esetben a Starship új korszakot nyit az űrkutatásban és azon túl is.
Kilátások és következmények
Jelenleg a Csillaghajót némi gyanakvással nézik. Úgy tűnik, hogy papíron minden szép, és a SpaceX élménye önmagáért beszél, de valahogy minden túl rózsás?
Néha az az érzés, hogy ennek a rendszernek a potenciális képességei egyszerűen nem férnek bele az amerikai fegyveres erők vezetésének, a NASA vezetésének, a különböző iparágakban működő vállalkozások tulajdonosainak és vezetőinek fejébe. Túl sokáig több millió dolláros költséget jelentett még egy kis rakomány űrbe helyezése is.
A kérdés az, hogy mi lesz, ha a kilónkénti 100 dollár valósággá válik?
Amikor az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumának írástudó emberei rájönnek, hogy egy feltételes harckocsit gyorsabb és olcsóbb pályára dobni, mint katonai szállító repülőgéppel szállítani repülés az amerikai kontinenstől Európáig milyen következtetésekre jutnak?
Nem, Abramseket nem fogjuk látni a Holdon, de a tank nem célpont, csak egy lövedék eljuttatásának módja az ellenségnek. Mi lenne, ha egyszerűbb lenne ezt a lövedéket közvetlenül a pályáról szállítani? Milyen gyorsan fog kilépni az Egyesült Államok a békés világűrről szóló szerződésből, ha abban (az űrben) stratégiai előnyhöz jutnak? Milyen gyorsan kezdi meg az amerikai hadsereg pályára vándorlását?
Sőt, még a meglévő Falcon-9 és Falcon Heavy hasznos teher pályára állítási képességei is elegendőek lesznek a tömeggyártású műholdtechnológiákkal kombinálva ahhoz, hogy a LEO tele legyen hírszerzési, parancsnoki és kommunikációs műholdakkal, így az Egyesült Államok figyelni fogja a Föld felszínét. a bolygó 24/365. Felejtsd el a nagy felszíni erőket, katonai csoportokat, mobil földi rakétarendszereket – mindez csak célpont lesz fegyverek nagy távolság repülési útvonal korrekcióval.
A Csillaghajó sikere lehetővé teszi, hogy ezt a készletet egy csapásmérő űrfokozattal egészítsék ki, amikor a kérés beérkezése után néhány tíz percen belül eltalálják a célpontot az űrből. A világon egyetlen politikai vezető sem érezheti magát magabiztosan, ha tudja, hogy az elkerülhetetlen volfrámzápor bármelyik pillanatban lezuhanhat az űrből.
Kilogrammonként 100 dolláros áron mindenki és mindenki mászni fog az űrbe - gyógyszergyárak, kohászat, bányászat. A későbbiekben még szó lesz az űrgazdaságról. A rakomány olcsó indításának és pályamentesítésének lehetőségével az űrből az új Klondike lesz. Mit is mondhatnánk kilogrammonként 10 dollárról...
Valószínűleg éppen most, a szemünk előtt zajlik egy történelmi esemény, amely fordulópontot jelenthet az emberiség fejlődésében.
Megállhat ez a folyamat?
Talán a történelem kiszámíthatatlan. Emberi kapzsiság, butaság vagy csak egy baleset - kudarcok láncolata, amely eltemet minden, a legsikeresebb vállalkozást. Elég néhány nagyobb, több száz ember halálát okozó csillaghajó-baleset, és az űrkutatás folyamata ismét nagymértékben lelassulhat, ahogy az már a XX.
Abban az esetben, ha az Egyesült Államok egyoldalú előnyhöz jut az űrben, a jelenleginél sokkal agresszívebb politikát kezd folytatni. A térbeli paritás biztosításának képessége hiányában lecsúszhatunk Észak-Korea szintjére, egy „nukleáris bőröndön” ülve azzal fenyegetőzve, hogy aláássuk magunkat, szomszédainkat és mindenki mást, ha valami történik (ami láthatóan sőt furcsa okokból lenyűgöz néhányat).
E tekintetben fokozott figyelmet kell fordítani az űriparra, amelynek jelenlegi állapota nem kelt optimizmusra.
Vegyük például a Yenisei / Don szupernehéz hordozórakéta projektet - csak nézze meg a különböző vezetők és osztályok egymást kölcsönösen kizáró nyilatkozatait a projektről, és világossá válik, hogy elvileg senki sem tudja, miért jön létre. , és az sem, hogy végül milyenné kell válnia. Ha ez egy másik Angara, akkor a projektet azonnal le lehet zárni - nincs értelme az emberek pénzét erre költeni.
Ugyanakkor Kína nem ül tétlenül.
A hagyományos hordozórakéták fejlesztése mellett aktívan tanulmányozzák és átveszik az amerikai tapasztalatokat, nem jönnek zavarba a közvetlen másolástól. Nemzetbiztonsági kérdésekben minden eszköz jó.
A Nemzeti Űrkutatás Napján a Kínai Rakétakutató Intézet bemutatta egy olyan szuborbitális rakétarendszer projektjét, amely kevesebb, mint egy óra alatt szállítja az utasokat a bolygó egyik pontjáról a másikra.
Elmondhatjuk, hogy ezek egyelőre csak rajzok, de Kína többször is bebizonyította, hogy képes felzárkózni a tudomány és az ipar különböző ágainak vezetőihez.
Oroszországnak is itt az ideje, hogy félretegye az űriparban tapasztalható zűrzavart és ingadozást, világosan megfogalmazza a célokat, és minden eszközzel biztosítsa azok megvalósítását.
Ha Kína és Oroszország új technológiai szinten felveheti a versenyt az Egyesült Államokkal az űrben, akkor az alacsony pályák csak a kezdetet jelentik, és az emberiség valóban egy új korszakba lép, amely eddig csak a tudományos-fantasztikus regények lapjain létezik.
Információk