Успешная посадка на землю первой ступени ракеты-носителя (РН) «Фалькон-9» после того, как этот РН вывел на орбиту коммерческую нагрузку в виде 11 спутников компании Orbcomm, является прологом к значительному удешевлению пусковых услуг. Это повысит их доступность для большего числа клиентов и даст значительное конкурентное преимущество перед «традиционными» полностью одноразовыми носителями, в частности «Протоном», «Ангарой» и «Союзом».
После того как ступень мягко коснулась земли, сотрудники SpaceX начали радостно скандировать: «США, США!
Эксперименты по возвращению первой ступени «Фалькона-9» стали проводиться с 2010 года, с момента ввода данного РН в эксплуатацию. Первоначально SpaceX пыталась использовать парашюты, но ступени не выдерживали аэро- и термодинамических нагрузок в ходе свободного падения до раскрытия тормозных куполов, а также повреждались соленой водой после приводнения. Стало ясно: чтобы добиться полноценной многоразовости, нужно возвращать их в место старта, или по крайней мере сажать на твердую поверхность.
Именно этим SpaceX и стала заниматься с 2013 года. Первые пять экспериментов состояли в попытках добиться мягкого и точного приводнения ступени с помощью работающих двигателей рядом с побережьем Флориды. Их можно назвать относительно успешными, но удары о воду были все же слишком сильны, чтобы ступени могли выдержать их без повреждений. Шестая и седьмая посадки были уже совершены на самоходную плавучую баржу Zone 1, специально приспособленную для этих целей. И снова – «почти, но не совсем». Первый раз ступень задела баржу по касательной, после чего взорвалась, а второй коснулась площадки почти в вертикальном положении, но после не удержалась и упала.
#{smallinfographicleft=752202}Но восьмая попытка, состоявшаяся 21 декабря 2015 года, оказалась абсолютно успешной (примечательно, что это произошло после того, как SpaceX потерпела «абсолютную неудачу», когда ее носитель вместе с беспилотным кораблем «Дракон» взорвался через две с половиной минуты после старта в конце июня этого года). Ступень не «прибаржилась», а именно приземлилась в намеченную точку на мысе Канаверал, откуда несколькими минутами ранее стартовал «Фалькон-9». Для того, чтобы совершить полностью успешную посадку, она должна была вертикально коснуться поверхности со скоростью не более 6 метров в секунду. Для сравнения: скорость снижения парашютиста составляет 5 метров в секунду. Перед посадкой опора внизу раскрывается четырьмя лепестками так, что ступень начинает напоминать установленную в крестовине новогоднюю елку.
Всего «Фалькон-9» состоит из двух ступеней. Первая, главная героиня этого рассказа, имеет длину 42 метра. Она работает несколько минут, поднимая «Фалькон» с полезной нагрузкой до высоты примерно 80 километров, после чего отделяется и начинает свой путь на землю – либо как сук, отломившийся от дерева, либо в качестве управляемого летательного аппарата.
Вторая ступень меньше – она всего лишь 15 метров в длину. Ее задача – перехватить «эстафетную палочку» у первой ступени и еще шесть минут продолжать толкать на околоземную орбиту космический корабль «Дракон», пока его не станет вращать вокруг Земли сэр Исаак Ньютон, а точнее, открытые им законы физики.
О том, какая важность придается возможности первой, а в перспективе и второй ступени «Фалькона-9» вернуться на землю, сказал глава SpaceX Илон Маск: «Если наш носитель не станет многоразовым, то мы будем считать, что нам его сделать не удалось».
Зачем эти игры?
Стоимость доставки одного килограмма груза на низкую земную орбиту может упасть до 1100 долларов, что в среднем в 20 с лишним раз меньше, чем берут за аналогичную работу другие одноразовые носители
Одноразовые носители, к числу которых относится «Фалькон-9», потому и называются одноразовыми, что предполагают свою полную утилизацию в ходе вывода полезной нагрузки на орбиту. Данная утилизация во многом определяет простоту, а соответственно, дешевизну этих РН.
Например, если стоимость запуска «Протона», способного доставить на низкую земную орбиту порядка 23 тонн, составляет 100–120 миллионов долларов, то шаттл выводил такую же нагрузку за сумму от полмиллиарда до полутора миллиардов долларов. Только сравнивать «Протон» и шаттл так же некорректно, как полуторатонный грузовик и междугородный туристический автобус, в багажное отделение которого войдет по массе тот же груз, что и в кузов полуторки, но который вдобавок везет еще и пассажиров.
Концепция многоразовости, по крайней мере в ее «шаттловом» воплощении, себя не оправдала – получилось слишком дорого и недостаточно надежно. Однако то, что предлагает SpaceX в виде «Фалькона-9», способно объединить лучшие черты одноразового и многоразового носителя и, как следствие, произвести настоящую революцию на рынке пусковых услуг.
Именно по гибридному пути и решил пойти основатель и глава SpaceX Илон Маск, попытавшись придать частично многоразовое качество классическому одноразовому носителю. Это не просто эксперименты одержимого техническим новаторством бизнесмена. Здесь есть прямой экономический расчет.
#{smallinfographicleft=778887}Стоимость запуска «Фалькона-9» составляет в настоящее время порядка 60 миллионов долларов, включая затраты в 200 тыс. долларов на топливо. Это, конечно, только носитель. Если говорить о миссии к МКС, которая предполагает использование «Фалькона» в связке с кораблем «Дракон», то стоимость возрастает до 133 миллионов долларов.
Возвращаемая ступень, по данным газеты The Washington Post, стоит 54 миллиона. Отнимаем от 60 миллионов 54 и получаем шесть миллионов. Именно столько и не больше будет безвозвратно терять SpaceX на «Фальконе-9», если (а точнее – когда) данная ступень научится «интеллигентно» садиться для повторного использования. Таким образом, получается, что SpaceX может запросить с клиентов за запуск их полезной нагрузки на «Фальконе» всего шесть миллионов долларов, ибо остальные деньги, потраченные компанией на носитель, вернутся к ней в качестве первой ступени.
Это может произвести настоящую революцию на мировом космическом рынке, ибо, по подсчетам Маска, стоимость доставки одного килограмма груза на низкую земную орбиту может упасть до 1100 долларов, что в среднем в 20 с лишним раз меньше, чем берут за аналогичную работу другие одноразовые носители.
Таким образом, «Протоны», «Союзы», «Арианы», «Дельты», «Атласы», «Великие походы» и проч. могли бы остаться без работы, если не одно «но». При всей своей многоразовости «Фалькон-9» не сможет заменить, например, «Протон», ибо грузоподъемность у российского носителя на 10 тонн больше, чем у детища Маска.
Впрочем, если речь не идет о каком-либо крупном космическом аппарате весом 20 тонн, то два «Фалькона-9» смогут вывести на орбиту 26 тонн за общую сумму 12 миллионов долларов, а один «Протон» – лишь 23 тонны за 100–120 миллионов. Получается, использовать два «Фалькона-9» неизмеримо выгоднее, чем один «Протон».
Путь «кузнечика»
Илон Маск на данном направлении не пионер. Была в Америке компания Kistler Aerospace, которая на рубеже 2000-х годов пыталась создать одноступенчатый носитель полностью многоразового использования (шаттл, кстати, тоже был лишь частично многоразовым, ибо возвращались челнок и твердотопливные ускорители, а кислородно-водородный бак оставался на орбите). Но компания разорилась раньше, чем осуществила свои замыслы.
Примерно в то же время фирма Lockheed Martin пробовала создать полностью многоразовый VentureStar, но и ее проект потерпел неудачу. В настоящее время частная американская компания Sierra Nevada уже приступила к аэродинамическим испытаниям рассчитанного на семь человек мини-шаттла под названием Dream Chaser. Первый вывод этого челнока на орбиту с помощью РН «Атлас-5» должен состояться уже в 2016 году. Разумеется, совершит Dream Chaser этот испытательный полет в автоматическом, беспилотном варианте.
Пока именно компания SpaceX во главе с Маском смогла дойти до реальных испытаний «послешаттловых» многоразовых космических систем. С этой целью она построила технологический демонстратор, представлявший собой уменьшенный прототип первой ступени под названием «Кузнечик». Действительно, было что-то общее в облике насекомого и этого устройства, стоящего на земле на четырех тонких суставчатых ногах.
Да и то, что делал этот прототип, полетами назвать трудно. Скорее речь о прыжках. Всего он совершил восемь успешных подскоков, самый большой из которых достиг высоты 744 метра, а продолжался 79 секунд. После этого «Кузнечик» был отправлен «на пенсию», а его место занял другой, уже более продвинутый технологический демонстратор, максимально приближенный к техническим параметрам реальной первой ступени «Фалькона-9».
Он смог достичь высоты 1000 метров, но пятая попытка запуска стала для него последней: из-за возникшей аномалии в ходе полета система самоуничтожения ликвидировала демонстратор. Печально, но не беда. SpaceX строит третий, еще более продвинутый демонстратор, который сможет достигать высоты 90 километров. И это к тому, что система возвращения первой ступени «Фалькона-9» уже испытывается в ходе реальных миссий этого носителя.
Любопытно, что победа SpaceX внесла новый элемент конкуренции между частными космическими компаниями США. Если раньше они боролись в основном за государственные контракты, то теперь стали соревноваться между собой. Как известно, на пути создания возвращаемой ступени компанию SpaceX неожиданно обошла конкурирующая фирма Blue Origin, чья ракета-носитель New Shepard в ноябре 2015 года после вывода беспилотного корабля на суборбитальную траекторию смогла совершить управляемую посадку рядом с местом старта. Илон Маск в своей реакции на это событие дал понять, что не намерен уступать пальму первенства компании Blue Origin в создании ракет-носителей многоразового использования, что и было продемонстрировано два дня назад.
Деньги? Не только.
Когда Маск популярно объясняет, зачем он тратит столько сил и средств на разработку системы возвращения первых ступеней на Землю, он обычно отвечает с помощью такого примера: «Представьте, что каждый «Боинг-747» выбрасывался бы после первого же своего рейса, допустим, в Лондон. Вы видите в этом смысл? Кто из его пассажиров смог бы позволить себе билет стоимостью в миллион долларов? Если б и нашлись такие чудаки, они никогда не смогли бы сделать пассажирскую авиацию массовой. Так же и с космическими пусками. Пока ракеты не станут многоразовыми, как самолеты, они никогда не будут доступны массовому клиенту».
Но дело не только в деньгах. Мечты и планы Маска простираются далеко за пределы околоземной орбиты. Его цель – Марс, а в более широком смысле – колонизация Солнечной системы. На Марсе почти нет атмосферы, напоминает он, а значит, пока люди не научатся сажать тяжелые космические аппараты и корабли на поверхность планеты с помощью двигателей, о широкомасштабном освоении Марса придется забыть.
Недаром, поздравляя Маска с успешным приземлением первой ступени «Фалькона-9», исполнительный директор американской общественной организации Explore Mars, цель деятельности которой – ускорить подготовку к колонизации Красной планеты, сказал: «Выдающееся достижение команды SpaceX указывает путь к радикальному снижению стоимости пусковых услуг. Сниженная цена космических запусков сделает пилотируемое освоение космоса, включая полеты на Марс, куда более доступными. Важность этого достижения для будущего исследования Марса трудно переоценить».
Есть и еще одно, не менее важное, достижение SpaceX, которое трудно переоценить. Согласно газете The Washington Post, после того как ступень мягко коснулась земли, сотрудники SpaceX начали радостно скандировать: «США, США!» Обратим внимание, они славили не Маска и не SpaceX, а страну, которая создала возможности для развития национальной космической науки и техники. Хороший пример и урок того, как без заклинаний о необходимости любить родину можно поддерживать в гражданах патриотизм.