Основной вопрос, на который должна отвечать космическая программа – «зачем?»
Ответ на комментарий к новости «В России рассматривают целесообразность разработки многоразовой ракеты».
В космос вели несколько путей. В середине 1950-х всё было отнюдь не так однозначно, как кажется сейчас: полным ходом велись работы по гиперзвуковым крылатым ракетам с прямоточными воздушно-реактивными двигателями, о гиперзвуковых скоростях «мечтали в чертежах» самолетостроители... Но создатели межконтинентальных баллистических ракет (МБР) успели первыми. В том числе и потому, что дерзко — по тем временам — пошли на предельное сокращение продолжительности использования конструкции — и на ее одноразовость. Правда, это было «куплено» резким усложнением наземного обслуживания и значительным снижением надежности — но для боевых целей этого было достаточно, а для космических... Ну, человека выручает система аварийного спасения.
Между тем, с самого начала было очевидно, что как ТРАНСПОРТНОЕ средство одноразовые многоступенчатые ракеты совершенно не годятся. И чисто экономически: известное сравнение с «авто на одну поездку» здесь недостаточно, нужно говорить о «нескольких авто на одну поездку». И географически: отделившиеся ступени падают куда придётся, а совсем ненаселенных и никак не используемых мест на Земле не много. И даже в плане надежности: практически невозможно осмотреть отработавшие агрегаты, выяснить характер их механического и теплового нагружения в реальном полёте — а значит, направления их совершенствования определяются неоднозначными методами интерполяции стендовых испытаний и телеметрических данных, которые в принципе не могут быть полными...
Однако при малом грузопотоке на орбиту (т.е. при малом числе пусков), эти недостатки становятся не так явны, а на первый план выходит другое. Разработка многоразового, да еще и одноступенчатого, носителя обходится в разы дороже, чем носителя, опирающегося на конструктивно-технологические решения, отработанные на МБР. Просто потому, что, по-прежнему, сделать конструкцию, работающую «один раз в жизни» 5–10 минут, несоизмеримо проще, чем работающую в тех же условиях часы и многократно включающуюся повторно. С другой стороны, одноразовость предполагает большую серию, что выгодно производителю, позволяет снизить стоимость одной ракеты и повысить надежность именно за счет использования более эффективных технологий, неприменимых при штучном производстве. Отработанные технологии серийного выпуска и отлаженные процедуры эксплуатации, пусть даже сложные сами по себе, вкупе с «местными особенностями» ценообразования позволяют удешевить запуски при данном их общем числе.
Получается замкнутый круг: нет острой потребности в качественно новых средствах выведения, поскольку существующие справляются с имеющимся грузопотоком, а грузопоток не растет, поскольку запуски дороги и недостаточно надежны. А снизить стоимость и повысить надежность на базе существующих конструктивно-технологических принципов создания средств выведения невозможно…
Круг может быть разорван только двумя способами: либо будет совершено какое-то научное открытие, позволяющее создать средства выведения, работающие на совершенно новых физических принципах, либо начнется реализация космической программы, требующей резкого — в разы, а то и на порядки — роста грузопотока на околоземную орбиту. Разумеется, одно другому ни в малейшей степени не мешает, но первое трудно прогнозируемо и практически не зависит от политической воли главного заказчика — общества в лице государства. А вот второе зависит от этого целиком и полностью.
Уже первые шаги по освоению дальнего космоса — начиная с окололунного пространства — требуют как раз такого скачка грузопотока. Развертывание на поверхности Луны одной долговременной обитаемой базы с минимальным экипажем и даже не с постоянным, а со временным, дневным (напомню, что на Луне день и ночь длятся по 14 земных суток) пребыванием, требует частоты полетов ракет-носителей сверхтяжёлого класса, сравнимой с сегодняшней частотой запусков РН тяжелого класса, т.е. в 5 раз меньшей массы. Это несколько превосходит производственные мощности ракетостроительной промышленности всего мира, т.е. переход к многоразовым транспортным система становится неизбежным. Однако…
Однако в любой космической программе транспортные системы — совершенно необходимая, но далеко не достаточная часть. Нужно еще то, что будет доставляться в заданную область космического пространства и работать там, например, в случае с лунной базой — обитаемые модули, транспортные луноходы, грунторойная и подъёмно-монтажная техника, и, конечно, целевая исследовательская аппаратура. А так же средства доставки всего этого сначала с околоземной орбиты на окололунную, а потом и поверхность Луны, которые в состав ракеты-носителя могут входить, а могут и не входить. Это всё тоже нужно создавать, на это всё тоже нужны ресурсы и время, а значит — нужно четкое, на много лет вперед, представление о том, что из этого и когда будет нужно. А значит, первый вопрос, на который должна отвечать космическая программа — «зачем?».
К сожалению, ни советская (в том объеме, в каком она известна), ни российская космическая программа ответа на этот вопрос не давала и не дает. Имеются некие общие декларации — и предельно конкретный перечень проектов, предложенных отраслью «снизу», связь которого с общими декларациями не прописана никак. Впрочем, это, насколько можно судить, полностью относится и ко всем остальным национальным космическим программам, начиная с американской.
А без долговременной программы, предполагающей значительный рост грузопотока, единственным критерием оценки многоразовых систем становится экономический, причем в самой убогой форме. Который, как уже сказано, в конкретных сегодняшних условиях работает скорее «против» многоразовых систем, чем «за» них.
Так что же происходит?
В области коммерческих пусков уже несколько десятилетий имеется значительный избыток располагаемых возможностей по выведению полезных нагрузок на различные орбиты по сравнению с наличием самих нагрузок. Во-первых, ряд стран и межгосударственных объединений — Россия, Китай, Индия, Европейское космическое агентство (ЕКА) — имеют серийно выпускаемые носители близкой грузоподъемности и предлагают их на рынке, а во-вторых, количество и масса коммерческих спутников растут, но достаточно медленно. Носители США (без продукции SpaceX), Японии и Израиля частично позволяют этим странам решать национальные космические задачи, но в силу дороговизны на рынке их нет.
В США, ЕКА, Индии и Китае существуют государственные программы по созданию многоразовых систем, но ведутся они ни шатко, ни валко: у Китая нет нужной научно-технической базы, у Европы — ресурсов, а у Индии — и того, и другого. В США же ситуация симметрична отечественной: нет чёткого представления, а зачем, собственно?
Но в США активно действует фирма SpaceX, успешно эксплуатирующая носитель среднего класса Falcon-9 с повторно используемой первой ступенью. Причем ей не только доверен запуск спутников NASA и других государственных ведомств США, но она успешно вышла и на рынок пусковых услуг. Не пытаясь как-то умалить технические достижения команды Илона Маска (в отсутствии у него самого технической грамотности теперь уже нет никаких сомнений), необходимо заметить, что с экономикой здесь всё не так просто.
Низкая стоимость Falcon-9, а значит, и конкурентоспособность SpaceX никак не связана с многоразовостью отдельных частей ракеты. Во-первых, носитель сразу начали производить большой серией, что — при высоком уровне развития общепромышленных технологий и организации подготовки производства (и то, и другое имеется в США и полностью отсутствовало и отсутствует в нашей стране) — позволяет быстро сократить стоимость единичного изделия до минимальной величины. Во-вторых, SpaceX не ведет каких-либо научно-исследовательских работ, целиком и полностью опираясь на готовый (в основном от NASA) научно-технический задел: вопреки распространенному мнению, НИКАКИХ новых, ранее неизвестных, технологий в ее ракетах не используется. В третьих, насколько можно судить, удалось предельно упростить предстартовое обслуживание Falcon-9 на стартовой позиции. Эта малозаметная, но радикальная мера одна позволяет сократить стоимость запуска в разы — но требует учета в конструкции ракеты. В четвертых, есть основания предполагать, что немалую экономию дает объединение на одном предприятии изготовления всех компонентов носителя, как корпусов, так и двигателей. Это тем более интересно, что во всем мире (и у нас тоже) уже несколько десятилетий проповедуется неправильность, несовершенство и неэкономичность такого подхода и декларируется необходимость узкой специализации предприятий в рамках кооперации. Ну и, наконец, следует помнить, что SpaceX — не публичная (акционерная) компания, а частная собственность Илона Маска, и достоверность информации о её экономическом состоянии… вызывает вопросы.
Но ступени садятся и летают повторно, и это «давит на психику» как отечественных создателей ракетно-космической техники, так и отечественного государственного руководства. Тем более, что уже более десятилетия рядом отечественных специалистов активно пропагандируется идея МРКС — многоразовой ракетно-космической системы, включающей многоразовую первую ступень и одноразовую — на первом этапе — вторую. Причем МРКС предлагается именно как средство сокращения стоимости запусков и повышения их надежности, и многоразовость — только часть решения. Главное отличие отечественного проекта — «самолетная» посадка спасаемых блоков на аэродром вблизи стартового комплекса. Это связано в первую очередь с тем, что по самолетной посадке у нас имеется немалый («бурановский») научно-технический задел, а вот по вертикальной посадке всё придется начинать с нуля. Однако МРКС была «заморожена» на этапе эскизного проекта, просто потому, что силы, выделенные на его выполнение, были совершенно недостаточны, а наращивать их те, от кого это зависело, отказались.
И вот теперь, три года спустя, средствами спасения блоков 1-й ступени и их повторного использования предполагается оснастить новую ракету-носитель «Союз-5». Она, кстати, тоже имеет весьма нетривиальную историю создания.
Сначала куйбышевский РКЦ «Прогресс» (тогда еще — ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс») предложил некую программу развития старой доброй «семерки» (МБР Р-7, на базе которой созданы РН «Восток», «Молния», «Союз» и «Союз-2») с отказом от конусности блоков 1-й ступени и новыми двигателями. Увеличение объема баков, а, стало быть, и стартовой массы, позволяло существенно повысить грузоподъемность ценой — как декларировалось — небольших переделок технологического оборудования, а стало быть — дешево. Потом — к 2013 году — от преемственности с «семеркой» отказались, и название «Союз-5» получил проект ракеты на жидком метане в качестве горючего. Он тоже претерпел несколько трансформаций, и в конце концов (к началу 2014 года) из пакета блоков превратился в моноблочный носитель среднего класса, первую ступень которого можно было использовать в носителе сверхтяжелого класса — эдакий аналог днепропетровского «Зенита», но не на керосине, а на метане. Эта ракета стала известна под названием «Феникс». На рубеже 2014–2015 гг. «Феникс» не пережил очередной коррекции Федеральной космической программы, однако уже через год он в нее вернулся — правда, уже снова керосиновый. Теперь уже речь просто шла о реинкарнации «Зенита», только — предположительно — в другом диаметре, не 3,9, а 4,1 м. Но уже прямо говорилось и об обязательном использовании в конструкции сверхтяжёлого носителя (условно называемого «Энергия-5»), и о возможности многократного использования.
Тут надо напомнить, что ступень «Зенита», которая использовалась в составе сверхтяжелой «Энергии», тоже предполагалось спасать и использовать повторно, для чего испытывалась парашютная система с двигателями мягкой посадки. «Довести» ее до прекращения программы не успели, да и проблем в принятой конфигурации средств спасения хватало. Так что в принципе, РКК «Энергия», сейчас выступившая с идеей спасаемой ступени «Союза-5», как и обещала, использует имеющиеся наработки, но сами эти наработки были не слишком успешны.
Но надо учесть еще, что пока заявления о многоразовости ступеней «Союза-5» — не более, чем декларация о намерениях. Судя по всему, ни у руководства «Энергии», ни у руководства «Прогресса» (где носитель и будут делать) нет сколько-нибудь вразумительных представлений по этому поводу. Да, имеется пример Маска. Имеется некий задел по парашютной посадке. Но имеется и немалый задел по самолетной посадке. Есть задел по посадке на авторотирующем сверхзвуковом роторе. А есть еще активные энтузиасты, много лет пробивающие парашютную посадку с вертолетным подхватом…
Но пока нет программы, предполагающей значительный рост грузопотока на орбиты, нет критериев оценки перспективности того или иного варианта, а с точки зрения экономики без роста числа пусков все они хуже одноразового… Воистину, остается вслед за римским философом Сенекой констатировать: если не знаешь, куда плыть, никакой ветер не будет попутным!
