NASA оплатит корабль до Марса

Но только чтобы сесть на Луну
06.05.2020
Александр Березин

Американское космическое агентство выделило SpaceX средства на доводку Starship, крупнейшего носителя и космического корабля в истории Земли. Правда, деньги предназначены для несколько неожиданной цели: на создание посадочного модуля, который доставит астронавтов с окололунной орбиты на саму Луну в 2024 году. Можно заранее предсказать: никакой лунной высадки по этой схеме и в эти сроки у США не выйдет. Тем не менее, госфинансирование Starship может перевернуть всю космическую отрасль мира с ног на голову. И даже - привести к его полету на Марс в 2020-х годах. Разбираемся, почему.


Вторая ступень Starship (она тоже называется Starship) на поверхности Луны в представлении художника. Едва различимая деталь в центре - астронавты на спускаемой лебедками площадке. Для работы там SpaceX несколько модернизирует вторую ступень: с нее снимут часть тепловой защиты и уберут аэродинамические поверхности для рулежки в атмосфере Земли. Это повысит полезную нагрузку ракеты (в базовом варианте она будет равна ста тоннам) / ©NASA

NASA, в рамках подготовки проекта Artemis (высадка на Луне к 2024 году), дало SpaceX 135 миллионов для создания лунного посадочного модуля на базе Starship. В рамках того же проекта агентство выдало 579 миллионов долларов команде компаний Blue Origin Джеффа Безоса, Lockheed Martin и Nortrop Grumman. Еще 253 миллиона ушло группе компаний Dynetics и Sierra Nevada.

Легко видеть, что SpaceX досталась лишь одна седьмая часть этого финансирования, что может показаться странным. В конце концов, другие компании должны создать всего лишь лунный посадочный модуль, массой в десятки тонн.

А вот Starship - это махина массой тысячи тонн, объемнее и тяжелее, чем связка «Сатурна-5» и «Аполлона», на которой Штаты более чем полвека назад достигли Луны. Такие монструозные параметры новому проекту Илона Маска абсолютно необходимы: система рассчитана на полет к Марсу, посадку на него и возвращение обратно. При меньших размерах все это было бы невозможно.


Связка ракеты «Сатурн-5» и корабля «Аполлон» на стартовой площадке. Когда же США наконец сумеют повторить достижение команды фон Брауна полувековой давности? / ©Wikimedia Commons

Кажется, что для сверхамбициозного проекта типа Starship такая сумма мала и ничего не решает. Но это только кажется. Глава NASA Джим Брайденстайн специально пояснил: «Многие взглянут на финансирование в долларах и решат, что у нас есть фавориты. А на деле это совсем не так».

Объясняя причины меньшего финансирования SpaceX, Брайденстайн отметил, что эти суммы выдавали исходя из пожеланий самих компаний, а также объема работ по подготовке лунного посадочного модуля, которые эти компании планируют в ближайшие десять месяцев. Иными словами, SpaceX получила меньше остальных потому, что просила меньше остальных, а не потому, что в NASA ее не любят.

Почему Blue Origin и Dynetics ни за что не успеют сделать лунный модуль к 2024 году

Чтобы понять, насколько реальны цели, которые NASA поставило перед американскими компаниями, достаточно обратиться к истории. Лунный посадочный модуль уже делали в 1960-х. Тогда работы выполнила Nortrop Grumman, а контракт стоил 388 миллионов долларов (3,2 миллиарда в сегодняшних ценах). Правда, нынешнее финансирование - только на десять месяцев, а Nortrop Grumman в шестидесятых работала по своему контракту на лунный модуль шесть лет (более 72 месяцев).


National Human Landing System, разработка Blue Origin и ее партнеров. Этот модуль намного больше того, что использовали в шестидесятых / ©NASA

И, тем не менее, можно быть железно уверенным, что создать новый лунный модуль к 2024 году не получится. Более того, даже если бы это вдруг случилось, высадиться на Луне в этом году NASA все равно не смогло бы. И вот почему.

Мы не зря упомянули, что первый лунный модуль (Apollo Lunar Module) создавали шесть долгих лет. При этом он был очень компактным, вмещал всего двух астронавтов и имел массу не более 16 тонн. Нынешние лунные посадочные модули имеют массу от пары десятков тонн и выше. Это более крупные и сложные изделия, рассчитанные на несколько астронавтов. Да, модули команды Blue Origin основаны на уже существующем корабле Orion.


Apollo Lunar Module, доставивший людей с окололунной орбиты на саму поверхность Луны. Небольшие размеры модуля легко видеть по двери, размеры которой немногим больше астронавта в скафандре / ©Wikimedia Commons

Но дело в том, что тот исходно не задумывался именно для посадки и взлета с Луны - а значит, ему потребуется радикальная переделка. Что еще важнее - Orion делают традиционные американские космические игроки, а они еще никогда в истории не показали способности сделать проект такого размаха всего за четыре года.

Вторая команда - Dynetics и Sierra Nevada - имеет еще меньше шансов успеть к обещанной Трампом лунной высадке 2024 года. Их лунный посадочный модуль не основан на уже существующих конструкциях, его придется делать с нуля.


Лунный посадочный модуль Dynetics Human Landing System использует крупные солнечные батареи, которые могут стать его уязвимым местом / ©NASA

К тому же, он довольно необычный - у него большие солнечные батареи снаружи, что может быть рискованным решением в лунных условиях. По опыту посадок 1960-70-х известно, что модуль поднимает огромное количество мелкой пыли за счет тяги двигателей. Ясно, что пыль осядет на батареях и снизит выдачу ими энергии, но насколько именно - заранее сказать нельзя.

Apollo Lunar Module не использовал фотоэлементы как источник энергии, обходясь батареями. Поэтому ему пыль была не так страшна. Решение Dynetics объективно более рискованное, и это может остановить NASA при выделении следующей порции финансирования в рамках проекта Artemis.

И даже если бы вдруг обе компании создали свои посадочные модули за четыре года - хотя мы готовы ставить деньги на то, что этого не случится - лететь к Луне им было бы очень сложно. Ведь посадочные модули, как и перелетный корабль для астронавтов, должны выводиться к окололунной орбите ракетой SLS Block 1B. Проблема в том, что хотя на разработку SLS уже потрачено 15 миллиардов долларов, она пока не летает, и когда начнет летать - толком неизвестно.


За один ракетный двигатель для SLS (RS-25, на фото) NASA платит 156 миллионов долларов. И несмотря на уйму потраченных средств, сама ракета все еще не летает / ©Wikimedia Commons

Однозначно можно сказать только то, что ее первый полет уже переносился несколько раз, а количество выявленных технических проблем этой конструкции удивляет даже привычных ко всему отраслевых наблюдателей. Многие сравнивают проект ракеты SLS с историей БМП «Брэдли», схематично показанной в фильме «Войны Пентагона». Вокруг проекта действительно немало слухов о его коррупционной подоплеке и большой некомпетентности исполнителей.

Чтобы доставить людей к Луне к 2024 году, SLS нужно провести целый ряд испытательных полетов, неудача любого из которых отложит готовность ракеты. На сегодня же этот носитель далек даже от первого из таких испытательных пусков. Кажется, что все это превращает американскую попытку высадиться на Луне к 2024 году (чтобы успеть во второй срок президентства Трампа) в крайне маловероятное событие.

Как Starship может полностью перевернуть мировую космическую индустрию

Starship, строго говоря, вообще невозможно оценивать как «лунный посадочный модуль» - разве что в кавычках и с кучей оговорок. Он весит не 16 тонн, как лунный модуль из шестидесятых, и не десятки, как новые, - его масса пять тысяч тонн, на пару тысяч тонн тяжелее «Сатурна-5», например.


Посадка на поверхность Луны должна быть чуть проще, чем на Землю: здесь нет бокового ветра или качающейся морской платформы, на которую часто сажают носители SpaceX / ©NASA

Кроме того, он должен не только прилететь к Луне, спуститься на нее и взлететь обратно. Ведь Starship сам по себе - двуступенчатая ракета, взлетающая с самой Земли и летящая к любой цели самостоятельно. Ее вторая ступень объединяет в себе еще и космический корабль, а также посадочно-взлетный модуль. Она должна целиком садиться как на другие небесные тела, так и на Землю (при возврате).

Кроме того, в отличие от остальных модулей, Starship опирается на принципиально новые и никогда ранее не летавшие технические решения. Она оснащена метан-кислородными жидкостными ракетными двигателями (ЖРД) Raptor, с полной газификацией всех компонентов топлива.

В других ЖРД, даже таких совершенных, как российский РД-180, полностью превращается в газ лишь один из компонентов топлива. А чем выше уровень превращения в газ его компонентов, тем выше эффективность жидкостного ракетного двигателя.


Ракетный двигатель Raptor в прошлом году стал первым метановым ЖРД, оторвавшимся от Земли на своей тяге (на борту прототипа Starship). Метан при горении почти не дает сажи, что резко упрощает многократное использование ракет, летающих на этом горючем / ©Wikimedia Commons

Да и метан как ракетное топливо еще никогда ранее не отрывался от Земли. Отдельные двигатели на нем проходили наземные испытания в СССР, но после его обрушения никто не рисковал связываться с настолько новой тематикой.

Не рискнул бы и Маск, изначально целившийся на использование в своей «марсианской ракете» водорода. Но оказалось, что водородный вариант неприемлем для длинных полетов (велики утечки из баков). Керосин не подходит тоже - его просто нет на Марсе. А без дозаправки на месте ракета для полета туда выйдет слишком большой и слишком дорогой. Метан для Starship вполне можно получить на месте из марсианского грунта с помощью реакции Сабатье. Такая возможность и определила выбор SpaceX в пользу этого топлива.

Наконец, Starship должен быть полностью многоразовым, а для снижения затрат топлива при посадке на хвост он будет тормозить в атмосфере Земли, развернувшись «брюхом вниз», поперек воздушного потока. Все эти особенности должны позволить ему выводить как минимум 100 тонн при каждом пуске - при цене пуска в считанные миллионы долларов. Это на порядки ниже существующих цен выведения полезных грузов на орбиту.

Из списка особенностей Starship легко видеть, что речь идет о самом амбициозном из когда-либо строившихся в металле космических проектов землян. Возникает вопрос: как NASA вообще додумалось включить его в программу Artemis, по которой высадка на Луне должна состояться уже к 2024 году? На что вообще рассчитывают в Агентстве?

Как ни странно, именно этот выбор относительно рационален. Хотя прототипы Starship от SpaceX постоянно попадают в аварийные ситуации, компания очень быстро совершенствует их. Кроме того, исторический опыт показывает, что SpaceX всегда имеет много мелких аварий на начальных этапах разработки носителей.


Сомнений в том, что американские астронавты вернутся на Луну в 2020-х, немного. Но почти наверняка они не успеют сделать это к 2024 году, как этого хочет Трамп / ©NASA

Если традиционные игроки готовы по пять лет отлаживать системы между испытательными полетами, то компания Илона Маска поступает ровно наоборот - все изменения вносятся «бегом», на ходу, в очень сжатые сроки. Неудачи на взлетной площадке ее не обескураживают, а заставляют работать еще упорнее. Так она вывела на орбиту ракеты Falcon, первые пуски которых были стабильно провальными, и так же она поступит со Starship.

Брайденстайн так и объяснил свое решение: «SpaceX очень хороши в том, чтобы заставлять вещи летать, и в испытаниях тоже - а равно «хороши» в своем умении проваливать пуски и исправлять ситуацию. Да, люди смотрят на все это и спрашивают «Боже ж мой, мы только что видели, как Starship снова взорвался. Почему вы заключили с ними контракт?» Ответ в том, что SpaceX на самом деле умеют последовательно испытывать и исправлять недостатки, выявленные на испытаниях... Их проект, если он будет успешным, полностью изменит всю ситуацию [в мировой космической индустрии]. Он сильно снизит цены на запуски и резко расширит доступ в космос... Я полностью уверен, что Маск добьется успеха».

Уверенность Брайденстайна имеет свои основания. Напомним: в 2011 году NASA, рассматривая замену небезопасному шаттлу, посчитало, что по своей традиционной схеме может разработать новую ракету в сегменте Falcon 9 за четыре миллиарда долларов. А к 2012 году SpaceX справилась с той же задачей, потратив 0,4 миллиарда долларов.

Затем, вплоть до 2014 года, скептики из NASA говорили, что идея посадки первой ступени Falcon 9 на Землю нерабочая. Что многоразовые носители дороже одноразовых - и что Агентство точно установило это на своем опыте с шаттлами. А потом вдруг оказалось, что SpaceX преуспела с частичной многоразовостью, и что цена таких пусков заметно ниже, чем разовых на тех же Falcon 9.

Брайденстайн мудро избегает ошибок своих предшественников в плане недооценки SpaceX (что выгодно выделяет его на фоне Рогозина, например). Будучи человеком опытным, он понимает и то, что никакой американской высадки на Луну к 2024 году у конкурентов этой компании не получится: вся история США и мира не знает прецедентов такой быстрой реализации высадки людей на другом небесном теле.

За оставшиеся четыре года надо сделать столько, сколько традиционные игроки американского космоса никогда не делали за такое короткое время. Не делали даже тогда, когда их усилия возглавлял Вернер фон Браун, конструктор первой ракеты землян, достигшей космоса еще в далеком 1944 году. Тем более они не смогут сделать этого сейчас.

А вот вложения в Starship для NASA вполне могут и оправдаться. Да, сомнительно, что к 2024 году Маск успеет довести свой проект до полной готовности. Его компания хорошо умеет делать ракеты, но Starship должен не только летать, но и иметь мощную систему жизнеобеспечения.

Герметичный обитаемый внутренний объем этой громадины приближается к тысяче кубометров, он чуть больше, чем у МКС. Значит, потребуется сложная система контроля состава воздуха и его регенерации. SpaceX никогда не делала системы жизнеобеспечения для таких крупных объемов, а задача эта технически весьма сложная.

К 2024 году Starship вполне может начать полеты. Но далеко не факт, что его разработчики успеют довести все системы до такого уровня испытанности, чтобы без опаски сажать туда экипаж для полетов у Луны.

Тем не менее, даже при срыве наполеоновских планов Трампа по высадке на Луну в 2024 году, средства NASA, полученные SpaceX, принесут много пользы. Они позволят компании и Агентству к середине 2020-х довести до ума носитель и корабль, пригодные для полетов и на Луну, и на Марс. А это значит, что о тяжелой серии неудач, преследующих носители и программы Агентства с 2003 года, можно будет, наконец, забыть.

Источник: Naked Science

Читайте другие наши материалы