Сверхтяжёлые носители, второй заход

В мировой индустрии самые важные события в этом году ещё предстоят. Это полёт двух сверхтяжёлых ракет. В данный класс обычно зачисляют носители, способные вывести на низкую орбиту около 100 тонн. Человечество такие ракеты уже создавало под конкретные программы.

В 60–70-е были ракеты «Сатурн-5», выводившие «Аполлоны» на лунную орбиту. В СССР строили конкурента этих ракет Н-1 для лунной программы, но Н-1 так ни разу до космоса и не долетела. Зато в 80-е советская сверхтяжёлая ракета «Энергия» летала с космическим кораблём «Буран» и без него. Систему Space Shuttle тоже можно причислить к сверхтяжёлым ракетам, она выводила 95 тонн, правда, включая вес корабля. Сегодня самая мощная ракета из существующих — Falcon Heavy (полезная нагрузка — 64 тонны) Илона Маска. С натяжкой её тоже можно считать сверхтяжёлой ракетой.

Да, человечество такие ракеты делало, но сейчас случай особый. До настоящего времени, для хозяйственной деятельности, связанной с запуском спутников связи, дистанционного зондирования и так далее сверхтяжёлые ракеты были избыточны.

Хватало тяжёлых, средних и даже лёгких ракет. Даже для военных задач тяжёлых ракет грузоподъёмностью до 30 тонн достаточно. А сверхтяжёлые носители строили для каких-то отдельных задач — запуска людей на Луну или орбитальных ракетопланов на орбиту Земли.

В сто раз дешевле. От мануфактуры к конвейеру

Теперь же Starship может изменить все правила игры, баланс на рынке запусков и даже структуру индустрии. Если всё пойдёт как задумано, в космонавтике случится переворот. Это связано с падением цены на услуги запуска.

До сих пор все производители техники работали между сверхвысокой ценой вывода каждого грамма на орбиту и требованием повышения надёжности полезной нагрузки: раз уж заплатили такие деньги, то пусть всё работает долгие годы. Теперь появляется возможность снизить цены в десятки, а по некоторым исследованиям — даже в сотню раз. Требования к космической технике и её производству снизятся радикально.

Потери спутников не станут фатальными для компаний. Их можно будет делать из более дешёвых комплектующих и в больших количествах. Соответственно, и услуги эксплуатантов станут намного доступнее.

Сейчас даже сложно предположить, куда это нас приведёт. Ситуация похожа на состояние авиастроения и логистики до и после появления реактивных самолётов. Стоимость запуска на орбиту килограмма груза оценивается довольно сложными расчётами, и не всегда их корректно сравнивать. На частично многоразовой ракете Falcon 9 это 5 тысяч долларов. На российском «Союзе-2» — примерно 10 тысяч. Полезная нагрузка для МКС стоит до 20–25 тысяч.

Если эти цены снизятся в 10 раз, надо будет перестраивать все схемы проектирования и создания космических аппаратов. Конструкторам придётся здорово изменить мышление. За исключением массового производства спутников для космического интернета Starlink Илона Маска и проекта OneWeb (они производятся сотнями и тысячами), все спутники пока — результат ручной работы. Условно говоря, пока всё делают мануфактуры, а придётся построить конвейер.

Космическая держава № 2. Империя наносит ответный удар

Илон Маск и сам пока не знает, будет ли успешна модель Starship, свершится ли революция в спутникостроении, чтобы удешевить полезную нагрузку и обеспечить массовые запуски его сверхтяжёлой ракетой. Но в его идею уже поверил Китай.

Китай по многим показателям — уже вторая держава в космосе. При удачном стечении обстоятельств он вполне может оказаться в авангарде мировой космонавтики.

Китайские инженеры поначалу подошли к задаче создания сверхтяжёлого носителя классически. Они начали изготавливать нечто, технологически весьма напоминающее ракету «Энергия». По последней информации, они проект пересматривают полностью. Китай создаёт свой Starship, полностью многоразовый и стальной, как у Илона Маска, поднимающий на орбиту сотню тонн за относительно малые деньги. Китайцы очень быстро учатся и работают фактически с опережением.

Китай не ждёт, как «Роскосмос». Мы 10 лет смотрели, как Маск учился сажать многоразовые ракеты, и затем решили, что в этом что-то есть. Начали разрабатывать аналогичную ракету «Амур-СПГ».

Китай, конечно, заимствует идеи, но сегодня в космонавтике непросто привнести что-то своё. Например, тот же Starship вобрал многие идеи Space Shuttle. Но уже нельзя сказать, что Китай живёт чистым копированием.

Например, китайцы поставили плазменные двигатели малой тяги на станцию «Тяньгун» для компенсации торможения в верхних слоях атмосферы. Их грузовые корабли идейно и технологически идут от российских кораблей «Прогресс». Но сегодня они изменили двигатели, увеличили грузовместимость и создали свою систему стыковки — на каждом стыковочном узле разместили маленькие манипуляторы, подтягивающие их к станции. Это прилично облегчило конструкцию.

Например, доставляли грунт с Луны не напрямую, как советские станции, а с помощью автоматической стыковки у Луны, что позволило доставлять в 20 раз больше грунта. Эта программа осуществлена полностью самостоятельно.

При этом электроника для космоса у Пекина своя. Есть лишь один эпизод, когда после запуска первого китайского лунохода в 2014 году китайцев обвинили в покупке американской санкционной продукции для него. Более ничего подобного не было, и Китай свою космическую индустрию обеспечивает собственной элементной базой.

Частный бизнес наступает. Захват низких орбит

Во всём мире мы наблюдаем бурные успехи частной космонавтики. В неё привлекаются огромные инвестиции. Идёт испытание частных ракет и ракетных двигателей, строятся частные космодромы.

Ещё 10 лет назад частная космонавтика считалась скорее экзотикой. Про Илона Маска писали, что у него все деньги от Пентагона и государства, которые фактически спонсируют его бизнес. Но сегодня уже видно, что космическая частная индустрия намного больше, чем компании Маска. Это, помимо ракетостроения, создание спутников, наземных станций, массовых коммуникаций, разгонных блоков, аппаратов для обслуживания на орбите.

Частный космос развивается иногда с участием Маска, стартуя на его ракетах, а чаще без него. И это уже не просто инвестиционные стартапы, а вполне работоспособный бизнес. Мне очень импонирует молодая финская компания Iceye, развивающая сеть из десятков сравнительно небольших спутников для радарной съёмки.

Компания специализируется на наблюдении за ледовой обстановкой, это очень востребованная судовая навигационная услуга в высоких широтах. Спутниковая фото- и видеосъёмка в этих районах по большей части бесполезна из-за постоянной плохой погоды. Выпускники наших грандов, имеющих огромный опыт в космической деятельности, вроде Бауманского университета или МАИ, не достигли подобных успехов, а финны смогли.

Бурное развитие спутниковых сервисов связано с развитием микроэлектроники. Блоки оборудования уменьшаются, надёжность растёт, постоянно совершенствуется система передачи данных. Обрабатывают этот всё возрастающий поток данных суперкомпьютеры и искусственный интеллект, тоже находящийся в развитии. Все архивы гигантских объёмов космических данных обрабатываются без участия человека по требованию. Вы можете при необходимости наблюдать историю изменений конкретного места, района.

Много лет назад первыми в истории космонавтики коммерчески успешными стали геостационарные спутники. С них, например, раздаётся спутниковое телевидение. Сегодня в мировой индустрии одновременно идёт переориентация бизнеса и коммерческих планов с использования геостационарных спутников на высоких орбитах на низкоорбитальные.

Большие и тяжёлые геостационарные спутники проигрывают конкуренцию намного более лёгким, простым и дешёвым серийным спутникам на орбитах высотой до 1000 км. На низких орбитах спутников нужно намного больше, ведь они захватывают куда меньше площади Земли.

Некоторые крупнейшие производители, например Boeing, ещё вчера царствовавшие на космических рынках, уже чувствуют наступление более мелких конкурентов. Уходя от конкуренции, они часто стремятся покупать растущие космические амбициозные стартапы.

Огромная европейская монополия Ariane обнаружила, что ракета следующего поколения Ariane 6, которую делают более 10 лет и ещё не сделали, уже неконкурентоспособна. То есть до космодрома ей ещё два года, ракеты фактически ещё нет, а конкуренты запускают грузы в два раза дешевле. С первого запуска Евросоюзу придётся выплачивать на производство Ariane 6 дотации, чтобы не обанкротить европейского производителя. Уже слышны разговоры о том, чтобы списать деньги на разработку и без производства переходить к проектированию новой многоразовой Ariane 7.

Космическая держава № 3. А может быть, уже № 4

Дмитрий Олегович возглавлял нашу космонавтику четыре года и ушёл так, что провожать его не хочется. Я не увлекаюсь темами военной отрасли, поэтому о достижениях Борисова знаю мало. Но космическая отрасль эту рокировку встретила без сожаления как минимум. Стиль Борисова куда менее публичный, что сильно контрастирует с поведением его предшественника. И очевидно, что в наши дни для космической индустрии на первое место выходят задачи обороны.

Россию санкции на электронные компоненты для космоса настигли не сегодня, а в 2014 году. Тогда «Роскосмос» начал покупать электронику в других странах — там, где ещё продавали: Тайвань, Южная Корея, Китай. Проблема России в том, что новая электроника должна пройти весь цикл разработки и испытаний заново. Сначала испытываются элементы, потом приборы с их включением, и наконец надо собрать и испытать спутник. Всё это годы работы и много денег.

Если будет полное эмбарго со вторичными санкциями против неамериканских компаний, ситуация ещё более осложнится.

Реактор в космосе. Вот — новый поворот

Наша страна в новых разработках сделала ставку на космический буксир с ядерным реактором мегаваттного класса и ионными двигателями. Планируется, что он будет поднимать космические нагрузки с низких орбит на высокие, разгонять корабли для отправки их на Луну и к другим планетам. Сомнения в его необходимости в ближайшем будущем вызывают именно коммерческие перспективы.

Ведь под такой буксир нужны грузы, которые он за деньги будет обслуживать. Но лунная программа США рассчитана на другие носители. А у России лунной программы в планах нет.

Если будет российская обитаемая база на Луне, будет и потребность в ядерном буксире. Китайская пилотируемая лунная программа развивается не так интенсивно, как американская. И сверхтяжёлая ракета, которую Китай строит, тоже сможет заменить ядерный буксир в полётах к Луне.

На Луну наш ядерный буксир будет лететь два месяца. То есть речь исключительно о грузовых рейсах без человека. Но имеющиеся ракеты доставят грузы намного дешевле и быстрее.

Похожая ситуация и с межпланетными перелётами. Все аппараты, которые во множестве запускаются или планируются к запуску на Марс, — беспилотные автоматы. Им неважно, как долго они летят, всё равно, рано или поздно доберутся. Выкладывать большие деньги на ядерный буксир ради резкого уменьшения срока полёта на Марс невыгодно, потому что туда пока никто не летит.

Тут уже можно было бы говорить о возможностях международной кооперации, но разговоры о запуске людей на Марс идут уже полвека, а никто к подобному проекту не приступил. Получается, что мы делаем современный высокотехнологичный проект, эффективный в решении несуществующих пока задач.

Для ионных двигателей ядерного буксира будут использовать ксенон. Если посмотреть на характеристики, то одна заправка его — 20 тонн ксенона. Это треть мирового производства в год, а цена одной заправки — почти 30 миллиардов рублей (почти полмиллиарда долларов) по современным московским ценам. На эти деньги можно купить очень большую бочку керосина, то есть даже большие классические ракеты выйдут дешевле.

Существует вероятность, что наш ядерный космический буксир своей историей повторит судьбу корабля «Буран». С технической точки зрения он был произведением искусства. И абсолютно бесполезен с экономической точки зрения: адекватных грузов для него не было, он был неконкурентоспособен рядом с одноразовыми ракетами.

Подводя итог, надо упомянуть, что

В 90-е годы появились перспективы, можно было встраиваться в мировую космическую экономику. В 2000-е и 2010-е годы наша индустрия занимала большую долю рынка космических запусков.

Даже события 2014 года не разрушили до конца эти перспективы. 2022 год окончательно похоронил всякую коммерческую перспективу для российской космонавтики. От неё остались лишь многочисленные презентации различных проектов.

Впредь все успехи нашей отрасли будут определяться потребностями государства. Приоритеты смещаются в сферу нужд обороны. Гражданские и научные проекты получат низкий приоритет. На случай, если ситуация изменится, пока сохраняются заделы на будущее развитие в международной кооперации. Это ракетостроение, пусковые услуги, строительство ракетных двигателей, пилотируемая космонавтика. Важное значение имеет низкая стоимость рабочей силы, в том числе инженеров, в нашей космической индустрии. Профессиональных кадров у нас достаточно. Всё это позволит в будущем уверенно конкурировать на многих мировых рынках космической деятельности, если исключить влияние неэкономических факторов.