I mitten av 1900 -talet fascinerades mänskligheten av rymden. Lanseringen av den första satelliten, Gagarins flygning, rymdpromenad, landning på månen - det verkade lite mer - och vi kommer att flyga till stjärnorna, särskilt eftersom ambitiösa interplanetära rymdfarkostprojekt fanns. Och som baser på månen, flygningar till Mars - det var något som togs för givet.
Men prioriteringarna har förändrats. Teknologierna från förra seklet, även om de gjorde det möjligt att genomföra allt ovanstående, var extremt dyra. Expansion till rymden baserad på teknik från förra seklet skulle kräva en omorientering av alla ekonomier i de ledande länderna i världen för att ta itu med detta problem.
Intensiv rymdutforskning kräver lösningen av två grundläggande uppgifter: den första är att säkerställa möjligheten att sjösätta massiv skrymmande last i omloppsbana, och den andra är att minska kostnaderna för att sjösätta i omlopp per kilo nyttolast (PN).
Om mänskligheten klarade den första uppgiften relativt bra, sedan med den andra - allt visade sig vara mycket mer komplicerat.
Lång resa ut i rymden (och väldigt dyr)
Redan från början var lanseringsfordon (LV) engångsbruk. 1900 -talets teknik tillät inte skapandet av ett återanvändbart lanseringsfordon. Det verkar otroligt när hundratals miljoner eller miljarder rubel / dollar brinner upp i atmosfären eller kraschar på ytan.
Låt oss föreställa oss att fartygen bara skulle byggas för en utgång till havet, och efter det skulle de omedelbart brännas. Skulle i det här fallet era av stora geografiska upptäckter komma? Skulle den nordamerikanska kontinenten koloniseras?
Osannolik. Mest troligt skulle mänskligheten ha levt som isolerade civilisationscentrum.
Möjligheten att sjösätta stora och supertunga laster till lågreferensbana (LEO) implementerades i det amerikanska monströsa supertunga lanseringsfordonet Saturn-5. Det var denna raket, som kunde bära 141 ton PN till LEO, som gjorde det möjligt för USA att bli ledare i rymdloppet vid den tiden och leverera amerikanska astronauter till månen.
Sovjetunionen förlorade loppet om månen eftersom det inte kunde skapa ett supertungt lanseringsfordon som var jämförbart med Saturn-5.
Och Sovjetunionen kunde inte skapa ett supertungt lanseringsfordon på grund av bristen på kraftfulla raketmotorer. På grund av detta installerades 30 NK-33-motorer i den första etappen av den sovjetiska supertunga femstegs LV N-1. Med tanke på avsaknaden av möjlighet till datordiagnostik och synkronisering av motordrift vid den tiden, liksom det faktum att på grund av brist på tid och finansiering, markdynamiska och brandbänkstester av hela LV eller den första etappen inte genomförts slutade alla testlanseringar av LV N-1 med misslyckande i det första stegets skede.
Ett försök att radikalt minska kostnaderna för att skjuta upp en rymdfarkost i omloppsbana var det amerikanska rymdfärjeprogrammet.
I rymdfärjens återanvändbara rymdfarkoster (MTKK) returnerades två av tre komponenter - fastbränsleförstärkare med fallskärm sprutade ner i havet och efter kontroll och tankning kunde återanvändas och rymdflygplanet - en buss landade på banan enligt flygplanet. I atmosfären brann bara en tank för flytande väte och syre, vars bränsle användes av pendelns motorer.
Rymdfärjesystemet kan inte klassificeras som ett supertungt uppskjutningsfordon - den maximala vikten av nyttolasten som den satte i en låg referensbana (LEO) var mindre än 30 ton, vilket är jämförbart med nyttolastprestandan för det ryska Proton -lanseringsfordonet.
Sovjetunionen svarade med Energy-Buran-programmet.
Trots rymdfärjan och Energia-Buran-systemets yttre likhet hade de viktiga skillnader. Om i rymdfärjan genomfördes uppskjutningen i omloppsbana av två återanvändbara fasta drivkraftsförstärkare och själva rymdfarkosten, då var det sovjetiska projektet Buran en passiv last av Energia-uppskjutningsfordonet. Själva Energia -lanseringsfordonet kan med rätta hänföras till "superheavy" - det kunde sätta 100 ton i en låg referensbana, bara 40 ton mindre än Saturn -5.
På grundval av Energia lanseringsfordon var det planerat att skapa ett Vulcan lanseringsfordon med ett ökat antal sidblock till 8 delar, som kan leverera 175-200 ton nyttolast till LEO, vilket skulle göra det möjligt att utföra flygningar till månen och Mars.
Den mest intressanta utvecklingen kan dock kallas "Energy II" - "Hurricane" -projektet, där alla element skulle återanvändas, inklusive det orbitala rymdplanet, det andra stegets centrala block och sidblocken i det första steget. Sovjetunionens sammanbrott tillät inte detta utan tvekan ett intressant projekt att realiseras.
Trots all sin episka karaktär inskränktes båda programmen: ett - på grund av Sovjetunionens kollaps, och det andra - på grund av den höga olycksfrekvensen för "pendlar" som dödade ett dussin amerikanska astronauter. Dessutom uppfyllde rymdfärjeprogrammet inte förväntningarna när det gäller en radikal minskning av kostnaden för att lansera en nyttolast i omloppsbana.
Efter genomförandet av Energia-Buran-programmet har mänskligheten inga supertunga skjutbilar kvar. Ryssland hade ingen tid för detta, och USA hade avsevärt tappat sina rymdambitioner. För att lösa de nuvarande pressuppgifterna var de lanseringsfordon som fanns tillgängliga för båda länderna tillräckligt (förutom den tillfälliga bristen på USA: s förmåga att självständigt skjuta astronauter i omloppsbana).
Den amerikanska rymdorganisationen NASA genomförde gradvis designen av ett supertungt uppskjutningsfordon för att lösa ambitiösa uppgifter: till exempel en flygning till Mars eller byggandet av en bas på månen. Som en del av Constellation-programmet utvecklades det supertunga lanseringsfordonet Ares V. Det antogs att "Ares-5" kommer att kunna föra 188 ton nyttolast till LEO och leverera 71 ton PN till månen.
2010 stängdes Constellation -programmet. Utvecklingen på "Ares-5" användes i ett nytt program för att skapa en supertung LV-SLS (Space Launch System). Det supertunga SLS -lanseringsfordonet i grundversionen ska kunna leverera 95 ton nyttolast till LEO, och i versionen med en ökad nyttolast - upp till 130 ton nyttolast. SLS LV-designen använder motorer och fasta drivmedelsförstärkare som skapats som en del av rymdfärjeprogrammet.
Faktum är att det kommer att vara någon form av modern reinkarnation av "Saturn-5", liknande den både i egenskaper och kostnad. Trots att SLS -programmet troligtvis fortfarande kommer att slutföras kommer det inte att revolutionera vare sig den amerikanska eller världs astronautiken.
Detta är ett medvetet återvändsgränd projekt.
Samma öde väntar det ryska projektet Yenisei / Don supertunga uppskjutningsfordon, om det är byggt på grundval av "traditionella" lösningar som används inom rymdteknik.
Generellt sett var situationen i USA och i Ryssland upp till en viss grad relativt lika: varken från NASA eller från Roskosmos skulle vi knappast ha sett några genombrottslösningar när det gäller att placera nyttolasten i omloppsbana. Inget nytt syntes heller i andra länder. Rymdindustrin har blivit mycket konservativ.
Privata företag har förändrat allt, och det är helt naturligt att detta hände i USA, där de mest bekväma affärsvillkoren har skapats.
Privat utrymme
Naturligtvis pratar vi först och främst om SpaceX -företaget Elon Musk. Så snart han inte kallades - en bedragare, "framgångsrik chef", "Ostap Petrikovich Mask" och så vidare och så vidare. Författaren har läst på en av resurserna en pseudovetenskaplig artikel om varför Falcon-9-startbilen inte kommer att flyga: karossen är inte densamma, för tunn och motorerna är inte desamma, i allmänhet finns det en miljoner skäl till varför "nej". Sådana bedömningar uttrycktes förresten inte bara av oberoende analytiker, utan också av tjänstemän, chefer för ryska statliga strukturer och företag.
Musk anklagades för att han själv inte utvecklade någonting (och han var tvungen att göra all designdokumentation själv och sedan montera skjutbilen på egen hand?), Och att SpaceX fick mycket information och material om andra projekt från NASA (och SpaceX fick göra allt från grunden, som om rymdprogram inte fanns i USA innan det?).
På ett eller annat sätt, men Falcon-9 lanseringsfordon har ägt rum, det flyger ut i rymden med en avundsvärd regelbundenhet, de utarbetade första etapperna landar med samma regelbundenhet, varav en redan har flugit 10 (!) Gånger. Roskosmos har tappat större delen av marknaden för att lansera nyttolaster i omloppsbana, och efter skapandet av SpaceX av den återanvändbara bemannade rymdfarkosten Crew Dragon (Dragon V2) och marknaden för att leverera amerikanska astronauter till omloppsbana.
Men SpaceX har också en Falcon Heavy -raket som kan leverera över 63 ton till LEO. Det är för närvarande det tyngsta och mest nyttolastbilen i världen. Dess första steg och sidoförstärkare är också återanvändbara.
En annan amerikansk miljardär, Jeff Bezos, andas i ryggen på SpaceX: s huvud. Naturligtvis, medan hennes framgångar är mycket mer blygsamma, men det finns fortfarande prestationer. Först och främst är detta skapandet av en ny metan-syre motor BE-4, som kommer att användas i New Glenn lanseringsfordon och i Vulcan lanseringsfordon (som ska ersätta Atlas-5 lanseringsfordon). Med tanke på att Atlas-5 nu flyger på ryska RD-180-motorer, efter utseendet på BE-4, kommer Roskosmos att förlora ytterligare en försäljningsmarknad.
I USA och i andra länder finns det hundratals nystartade företag för att skapa uppskjutningsfordon och andra typer av flygplan för att skjuta nyttolast i omloppsbana, nystartade företag för att skapa satelliter och rymdfarkoster för olika ändamål, industriell teknik för rymden, orbitalturism, och så vidare.
Vart ska allt detta leda?
Till det faktum att rymdmarknaden kommer att expandera snabbt, och konkurrensen på marknaden för att placera en nyttolast i omloppsbana kommer att leda till en betydande minskning av kostnaden för dess borttagning från beräkningen för ett kilo.
Kostnaden för att skjuta 1 kg nyttolast till LEO med rymdfärjessystemet eller med Delta-4-raketen är cirka 20 000 dollar. Rysslands Proton -lanseringsfordon kan leverera nyttolast till LEO för mindre än 3000 dollar per kilo, men dessa missiler körs på det mycket giftiga asymmetriska dimetylhydrazinet och är för närvarande ur produktion. Billiga, utvecklade i Sovjetunionen, rysk-ukrainska Zenits är också ett minne blott.
Falcon-9 lanseringsfordon, förutsatt att det första steget i retur används, kan lansera en nyttolast i en låg referensbana till en kostnad av mindre än $ 2000 per kilo. Enligt Elon Musk kan Falcon-9 potentiellt minska kostnaderna för att lansera en nyttolast till 500-1100 dollar per kilo.
Man kan fråga sig, varför är det nu så mycket dyrare för kunder att ta ut nyttolaster?
För det första bestäms kostnaden inte bara av lanseringskostnaden, utan också av marknadsförhållanden - konkurrenternas priser. Vilken kapitalist skulle ge upp extra vinst? Det är lönsamt att vara något lägre än konkurrenterna, gradvis fånga marknaden, snarare än att dumpa utan att tjäna någonting, särskilt eftersom i en så specifik kritiskt bransch som rymdlanseringsmarknaden kommer kontrollstrukturer i alla fall att stödja flera leverantörer, även om man har priser flera gånger högre än konkurrenten.
Det kan antas att SpaceXs prissänkning endast kommer att föranledas av att konkurrenter uppstår inför Blue Origin med sitt New Glenn -lanseringsfordon eller andra företag och länder som kommer att skapa medel för att starta nyttolast med en låg lanseringskostnad.
De flesta nystartade och lovande projekt är dock relaterade till lanseringen av en nyttolast som väger hundratals, högst tusen kilo, i omloppsbana. Detta kommer inte att revolutionera rymden - att bygga något stort kommer att kräva tunga och supertunga återanvändbara skjutbilar med en låg kostnad för att skjuta en nyttolast i omloppsbana. Och här, som vi redan har sett ovan, är allt sorgligt.
Allt utom SpaceX: s viktigaste projekt, ett fullt återanvändbart rymdskepp av Starship med ett fullt återanvändbart Super Heavy första steg
Återanvändbar super tung
Skillnaden mellan Starship (nedan kallad Starship som en kombination av Starship + Super Heavy) från alla andra lanseringsfordon är att båda etappen är återanvändbara. Samtidigt bör Starships nyttolast till en låg referensbana vara 100 ton, det vill säga det är en fullfjädrad supertung raket. För Starship har SpaceX utvecklat nya, unika Raptor-metan-syre-motorer med slutna cykler med fullkomponentförgasning.
SpaceX planerar att ersätta alla sina lanseringsfordon med Starship, inklusive den mycket framgångsrika Falcon 9. Vanligtvis är det extremt dyrt att lansera en supertung raket - i storleksordningen en miljard dollar. För att hålla lanseringskostnaderna låga planerar SpaceX att använda båda stadierna många gånger - 100 lanseringar var och kanske fler. I det här fallet kommer kostnaden att sjunka med nästan två storleksordningar - upp till tio miljoner dollar per lansering. Med hänsyn till den maximala belastningen på 100 ton får vi kostnaden för att föra nyttolasten till LEO på ungefär 100 (!) Dollar per kilo.
Naturligtvis kommer de återlämnade stadierna att kräva underhåll, motorbyten efter 50 starter, tankning, marktjänster måste betalas, men Starship själv kommer sannolikt att kosta mindre än en miljard dollar, och dess produktion och underhållsteknik kommer att förbättras kontinuerligt erfarenhet fås av SpaceX.
I själva verket säger Elon Musk att Starship potentiellt kan uppnå en nyttolastlanseringskostnad på cirka 10 dollar per kilo med en total lanseringskostnad på 1,5 miljoner dollar, och kostnaden för att leverera last till månen kommer att vara cirka 20-30 dollar per kilo. men detta kräver att Starship lanseras varje vecka.
Var kan man få sådana volymer?
Även militären har helt enkelt inte en sådan mängd nyttolast att det redan finns civilt utrymme - utvecklingen av marknaden kommer att ta årtionden.
Kolonisering av Mars?
Det är knappast möjligt att prata om detta på allvar.
Kolonisering av månen?
Närmare kan Starship sänka SLS och skicka amerikanerna till månen en andra gång. Men det här är dussintals lanseringar, inte hundratals eller tusentals.
SpaceX har dock en affärsplan som är mycket mer verklig än att skicka kolonister till Mars - med Starship för att transportera passagerare interkontinentalt. När du flyger från New York till Tokyo genom jordens bana kommer flygtiden att vara cirka 90 minuter. Samtidigt planerar SpaceX att säkerställa driftsäkerhet på moderna stora flygplan och kostnaden för flygningen - på samma nivå som kostnaden för en transkontinental flygning i business class.
Last kan levereras på samma sätt. Till exempel har den amerikanska militären redan blivit intresserad av denna möjlighet. Det är planerat att leverera 80 ton last på en flygning, vilket är jämförbart med kapaciteten hos C-17 Globemaster III transportflygplan.
Totalt sett: transport av passagerare och last, leverans av amerikanska astronauter till månen, och möjligen till mer avlägsna föremål i solsystemet, tillbakadragande av kommersiella rymdfarkoster, rymdturism, och så vidare och så vidare, och liknande - SpaceX kan mycket väl ge en minskning av kostnaden för att dra tillbaka nyttolasten, även om det skulle uppgå till nivån $ 100 per kilo.
I detta fall kommer Starship att inleda en ny era inom rymdutforskning och därefter.
Utsikter och konsekvenser
Starship ses med viss misstanke just nu. Det verkar som att allt är vackert på papper, och SpaceX erfarenhet talar för sig själv, men på något sätt är allt för rosigt?
Ibland finns det en känsla av att potentialen i detta system helt enkelt inte passar in i ledningen för de amerikanska väpnade styrkorna, NASA -ledningen, ägare och chefer för företag inom en mängd olika branscher. För lång tid innebar att lansera även en liten nyttolast i rymden flera miljoner dollar.
Frågan är, vad händer när $ 100 per kilo blir verklighet?
När utbildade personer i det amerikanska försvarsdepartementet förstår att att slänga en konventionell tank i omloppsbana är snabbare och billigare än att transportera den med ett militärt transportflygplan från den amerikanska kontinenten till Europa, vilka slutsatser kommer de då att dra?
Nej, vi kommer inte att se Abrams på månen, men tanken är inte målet, det är bara ett sätt att leverera projektilen till fienden. Vad händer om det är lättare att få denna projektil direkt från omloppsbana? Hur snabbt kommer USA att dra sig ur det fredliga yttre rymdfördraget om det får en strategisk fördel i det (i rymden)? Hur snabbt kommer den amerikanska militären att börja migrera till en bana?
Dessutom kommer även de befintliga möjligheterna att placera nyttolaster i omloppsbana i form av Falcon-9 och Falcon Heavy, i kombination med teknik för masssatellitkonstruktion, att räcka för att LEO ska fastna med spanings-, kommando- och kommunikationssatelliter, vilket leder till att att USA kommer att övervaka planetens yta 24/365. Glöm stora ytstyrkor, militära grupperingar, mobila markraketsystem - allt detta kommer bara att vara mål för långdistansvapen med flygbanekorrigering.
Framgången för Starship kommer att lägga till ett rymdstrejkspel till den här uppsättningen, där målet kommer att träffas från rymden inom några tiotals minuter efter att ha mottagit en begäran. Ingen politisk ledare i världen kan känna sig säker på att en oundviklig volframdusch kan falla från rymden när som helst.
Till ett pris av 100 dollar per kilo kommer alla som inte är för lata - läkemedelsföretag, metallurgiska, gruvföretag - att klättra ut i rymden. Vi kommer att prata mer om rymdekonomi senare. Om möjligt, billigt att starta och ta bort last från omloppsbana, kommer rymden att bli den nya Klondike. Vad kan vi säga om 10 dollar per kilo …
Det är fullt möjligt att vi just nu bevittnar en historisk händelse som kan bli en vändpunkt i mänsklighetens utveckling
Kan denna process stoppas?
Kanske är historien oförutsägbar. Mänsklig girighet, dumhet eller bara en olycka - en kedja av misslyckanden kan begrava alla de mest framgångsrika företagen. Ett par stora olyckor Starship med hundratals människors död är tillräckligt, och processen för utforskning av rymden kan återigen bromsas kraftigt, som det var redan under XX -talet.
För att få en ensidig fördel i rymden kommer USA att börja föra en mycket mer aggressiv politik än den är nu. I avsaknad av en möjlighet att säkerställa jämlikhet i rymden, kan vi mycket väl glida ner till nivån i Nordkorea, sitta på en "kärnväska" och hota att undergräva oss själva, grannar och alla andra i händelse av något (vilket tydligen av konstiga skäl, tilltalar till och med vissa).
I detta avseende är det nödvändigt att ägna ökad uppmärksamhet åt rymdindustrin, vars tillstånd för närvarande inte orsakar någon optimism.
Ta till exempel projektet med det supertunga lanseringsfordonet "Yenisei" / "Don" - det räcker med att titta på alla ömsesidigt uteslutande uttalanden från olika ledare och avdelningar om detta projekt, och det blir klart att ingen, i princip vet varför det skapas, inte heller vad det är. ska så småningom bli. Om detta är nästa "Angara", då kan projektet stängas nu - det är ingen idé att lägga människors pengar på det.
Samtidigt sitter Kina inte ledigt.
Förutom att utveckla traditionella lanseringsfordon studerar och antar de aktivt den amerikanska upplevelsen, utan att tveka att direkt kopiera. Allt är rättvist i frågor om nationell säkerhet.
På National Space Day talade det kinesiska raketforskningsinstitutet om projektet med ett suborbital raketsystem, som ska leverera passagerare från en punkt på planeten till en annan på mindre än en timme.
Vi kan säga att det hittills bara är teckningar, men Kina har nyligen vid upprepade tillfällen bevisat sin förmåga att komma ikapp ledare inom olika grenar av vetenskap och industri.
Det är också dags för Ryssland att lägga undan förvirring och oro i rymdindustrin, tydligt formulera mål och se till att de genomförs på något sätt.
Om Kina och Ryssland kan konkurrera med USA i rymden på en ny teknisk nivå, då kommer låga banor bara att vara början, och mänskligheten kommer verkligen att gå in i en ny era, som hittills bara finns på sidorna i science fiction -romaner.
