In het midden van de 20e eeuw was de mens gefascineerd door de ruimte. De lancering van de eerste satelliet, Gagarin's vlucht, ruimtewandeling, landing op de maan - het leek een beetje meer - en we zullen naar de sterren vliegen, vooral omdat er ambitieuze interplanetaire ruimtevaartuigprojecten bestonden. En als bases op de maan, vluchten naar Mars - het was iets dat als vanzelfsprekend werd beschouwd.
Maar de prioriteiten zijn veranderd. De technologieën van de vorige eeuw waren extreem duur, hoewel ze het mogelijk maakten om al het bovenstaande te implementeren. Uitbreiding naar de ruimte op basis van technologieën van de vorige eeuw zou een heroriëntatie van alle economieën van de leidende landen van de wereld vereisen om dit probleem aan te pakken.
Intensieve verkenning van de ruimte vereist de oplossing van twee basistaken: de eerste is om ervoor te zorgen dat enorme omvangrijke vracht in een baan om de aarde kan worden gelanceerd, en de tweede is om de kosten van het in een baan brengen per kilogram nuttige lading (PN) te verlagen.
Als de mensheid relatief goed met de eerste taak omging, dan met de tweede - alles bleek veel gecompliceerder.
Lange reis naar de ruimte (en erg duur)
Vanaf het allereerste begin waren draagraketten (LV) eenmalig. De technologie van de 20e eeuw stond de creatie van een herbruikbaar draagraket niet toe. Het lijkt ongelooflijk wanneer honderden miljoenen of miljarden roebels/dollars in de atmosfeer opbranden of op het oppervlak neerstorten.
Laten we ons voorstellen dat de schepen slechts voor één uitgang naar de zee zouden worden gebouwd en dat ze daarna onmiddellijk zouden worden verbrand. Zou in dit geval het tijdperk van grote geografische ontdekkingen komen? Zou het Noord-Amerikaanse continent worden gekoloniseerd?
Onwaarschijnlijk. Hoogstwaarschijnlijk zou de mensheid als geïsoleerde centra van beschaving hebben geleefd.
De mogelijkheid om grote en superzware ladingen in een lage referentiebaan (LEO) te lanceren, werd geïmplementeerd in het Amerikaanse monsterlijke superzware draagraket Saturn-5. Het was deze raket, in staat om 141 ton PN naar LEO te vervoeren, die de Verenigde Staten in staat stelde om op dat moment de leiders in de ruimtewedloop te worden en Amerikaanse astronauten naar de maan te brengen.
De Sovjet-Unie verloor de race om de maan omdat het geen superzwaar lanceervoertuig kon maken dat vergelijkbaar is met Saturn-5.
En de USSR kon geen superzwaar lanceervoertuig maken vanwege het ontbreken van krachtige raketmotoren. Daarom werden 30 NK-33-motoren geïnstalleerd in de eerste fase van de Sovjet superzware vijftraps LV N-1. Gezien het ontbreken van de mogelijkheid van computerdiagnose en synchronisatie van de motorwerking op dat moment, evenals het feit dat, vanwege een gebrek aan tijd en geld, gronddynamische en vuurbanktests van de gehele LV of de eerste trap werden uitgevoerd niet uitgevoerd, eindigden alle testlanceringen van de LV N-1 in een mislukking in de fase van de eerste fase.
Een poging om de kosten van het lanceren van een ruimtevaartuig in een baan om de aarde radicaal te verlagen, was het Amerikaanse Space Shuttle-programma.
In het herbruikbare transportruimtevaartuig (MTKK) van de Space Shuttle werden twee van de drie componenten teruggegeven - vaste brandstof boosters per parachute spatten in de oceaan en konden, na controle en tanken, opnieuw worden gebruikt, en het ruimtevliegtuig - een shuttle, landde op de startbaan volgens het vliegtuigschema. In de atmosfeer brandde alleen een tank voor vloeibare waterstof en zuurstof, waarvan de brandstof werd gebruikt door de motoren van de shuttle.
Het Space Shuttle-systeem kan niet worden geclassificeerd als een superzwaar lanceervoertuig - het maximale gewicht van de lading die het in een lage referentiebaan (LEO) bracht, was minder dan 30 ton, wat vergelijkbaar is met de prestaties van het laadvermogen van het Russische Proton-lanceervoertuig.
De Sovjet-Unie reageerde met het Energy-Buran-programma.
Ondanks de uiterlijke gelijkenis van de Space Shuttle en het Energia-Buran-systeem, hadden ze belangrijke verschillen. Als in de Space Shuttle de lancering in een baan om de aarde werd uitgevoerd door twee herbruikbare boosters voor vaste stuwstof en het ruimtevaartuig zelf, dan was in het Sovjetproject Buran een passieve lading van het Energia-lanceervoertuig. Het Energia-lanceervoertuig zelf kan met recht worden toegeschreven aan de "superzware" - het was in staat om 100 ton in een lage referentiebaan te brengen, slechts 40 ton minder dan Saturn-5.
Op basis van het Energia-lanceervoertuig was het de bedoeling om een Vulcan-lanceervoertuig te maken met een groter aantal zijblokken tot 8 stuks, in staat om 175-200 ton nuttige lading aan LEO te leveren, wat het mogelijk zou maken om vluchten uit te voeren naar de maan en Mars.
De meest interessante ontwikkeling kan echter het "Energy II" - "Hurricane" -project worden genoemd, waarin alle elementen herbruikbaar moesten zijn, inclusief het orbitale ruimtevliegtuig, het centrale blok van de tweede fase en de zijblokken van de eerste fase. Door de ineenstorting van de USSR kon dit ongetwijfeld een interessant project niet worden gerealiseerd.
Ondanks al het epische karakter werden beide programma's ingekort: een - vanwege de ineenstorting van de USSR, en de tweede - vanwege het hoge aantal ongevallen met 'shuttles' waarbij een dozijn Amerikaanse astronauten omkwam. Bovendien voldeed het Space Shuttle-programma niet aan de verwachtingen wat betreft een radicale verlaging van de kosten voor het in een baan brengen van een nuttige lading.
Na de voltooiing van het Energia-Buran-programma heeft de mensheid geen superzware lanceervoertuigen meer. Rusland had hier geen tijd voor en de Verenigde Staten hadden hun ruimtevaartambities aanzienlijk verloren. Om de huidige dringende taken op te lossen, waren de lanceervoertuigen die beschikbaar waren voor beide landen voldoende (behalve het tijdelijke gebrek aan het vermogen van de Verenigde Staten om onafhankelijk astronauten in een baan om de aarde te lanceren).
Het Amerikaanse ruimtevaartagentschap NASA voerde geleidelijk het ontwerp uit van een superzwaar lanceervoertuig om ambitieuze taken op te lossen: zoals een vlucht naar Mars of de bouw van een basis op de maan. Als onderdeel van het Constellation-programma werd het superzware draagraket Ares V ontwikkeld. Er werd aangenomen dat "Ares-5" 188 ton nuttige lading naar LEO zou kunnen brengen en 71 ton PN naar de maan zou kunnen brengen.
In 2010 werd het Constellation-programma afgesloten. De ontwikkelingen op "Ares-5" werden gebruikt in een nieuw programma voor het maken van een superzware LV - SLS (Space Launch System). Het superzware SLS-draagraket in de basisversie zou 95 ton laadvermogen aan LEO moeten kunnen leveren, en in de versie met een verhoogd laadvermogen - tot 130 ton laadvermogen. Het SLS LV-ontwerp maakt gebruik van motoren en boosters voor vaste stuwstof die zijn gemaakt als onderdeel van het Space Shuttle-programma.
In feite zal het een soort moderne reïncarnatie van "Saturn-5" zijn, vergelijkbaar met zowel kenmerken als kosten. Ondanks het feit dat het SLS-programma hoogstwaarschijnlijk nog zal worden voltooid, zal het geen revolutie teweegbrengen in de Amerikaanse of de wereldruimtevaart.
Dit is een bewust doodlopend project.
Hetzelfde lot wacht het Russische project van het Yenisei / Don superzware draagraket, als het is gebouwd op basis van "traditionele" oplossingen die worden gebruikt in de ruimtetechnologie.
Over het algemeen was de situatie in de Verenigde Staten en Rusland tot op zekere hoogte relatief vergelijkbaar: noch van NASA, noch van Roskosmos, zouden we nauwelijks doorbraakoplossingen hebben gezien in termen van het in een baan brengen van de lading. Ook in andere landen werd niets nieuws gezien. De ruimtevaartindustrie is erg conservatief geworden.
Particuliere bedrijven hebben alles veranderd, en het is heel natuurlijk dat dit gebeurde in de Verenigde Staten, waar de meest comfortabele omstandigheden voor zaken zijn gecreëerd.
Prive ruimte
Natuurlijk hebben we het allereerst over het SpaceX-bedrijf Elon Musk. Zodra hij niet werd genoemd - een oplichter, "succesvolle manager", "Ostap Petrikovich Mask" enzovoort, enzovoort. De auteur heeft op een van de bronnen een pseudo-wetenschappelijk artikel gelezen over waarom het Falcon-9-draagraket niet zal vliegen: zijn lichaam is niet hetzelfde, te dun en de motoren zijn niet hetzelfde, over het algemeen zijn er een miljoen redenen waarom "nee". Dergelijke beoordelingen werden trouwens niet alleen uitgedrukt door onafhankelijke analisten, maar ook door functionarissen, hoofden van Russische staatsstructuren en ondernemingen.
Musk werd beschuldigd van het feit dat hij zelf niets heeft ontwikkeld (en hij alle ontwerpdocumentatie zelf moest maken en vervolgens het lanceervoertuig zelf moest monteren?), En dat SpaceX veel informatie en materiaal ontving over andere projecten van NASA (en SpaceX moest alles vanaf het begin doen, alsof er daarvoor geen ruimteprogramma's in de Verenigde Staten bestonden?).
Op de een of andere manier, maar het Falcon-9-lanceervoertuig heeft plaatsgevonden, vliegt met een benijdenswaardige regelmaat de ruimte in, de uitgewerkte eerste trappen landen met dezelfde regelmaat, waarvan er één al 10 (!) Keer heeft gevlogen. Roskosmos heeft het grootste deel van de markt verloren voor het lanceren van nuttige ladingen in een baan om de aarde, en na de oprichting van SpaceX van het herbruikbare bemande ruimtevaartuig Crew Dragon (Dragon V2) en de markt voor het afleveren van Amerikaanse astronauten in een baan om de aarde.
Maar SpaceX heeft ook een Falcon Heavy-raket die meer dan 63 ton aan LEO kan leveren. Het is momenteel het zwaarste en meest nuttige draagraket ter wereld. De eerste trap en zijboosters zijn ook herbruikbaar.
Een andere Amerikaanse miljardair, Jeff Bezos, ademt in het achterhoofd van SpaceX. Natuurlijk, terwijl haar successen veel bescheidener zijn, maar er zijn nog steeds prestaties. Allereerst is dit de creatie van een nieuwe methaan-zuurstofmotor BE-4, die zal worden gebruikt in het New Glenn-lanceervoertuig en in het Vulcan-lanceervoertuig (dat het Atlas-5-lanceervoertuig zal vervangen). Aangezien Atlas-5 nu op Russische RD-180-motoren vliegt, zal Roskosmos na het verschijnen van BE-4 een nieuwe verkoopmarkt verliezen.
In de Verenigde Staten en in andere landen zijn er honderden start-ups om lanceervoertuigen en andere soorten vliegtuigen te creëren om ladingen in een baan om de aarde te lanceren, start-ups om satellieten en ruimtevaartuigen te creëren voor verschillende doeleinden, industriële technologieën voor de ruimte, orbitaal toerisme, enzovoort.
Waar zal dit alles toe leiden?
Het feit dat de ruimtemarkt snel zal groeien, en de concurrentie op de markt voor het in een baan om de aarde brengen van een nuttige lading zal leiden tot een aanzienlijke verlaging van de kosten van verwijdering uit de berekening voor één kilogram.
De kosten van het lanceren van 1 kg nuttige lading naar LEO door het Space Shuttle-systeem of door de Delta-4-raket bedragen ongeveer $ 20.000. De Russische Proton-lanceervoertuigen zijn in staat om LEO ladingen te leveren voor minder dan $ 3.000 per kilogram, maar deze raketten draaien op het zeer giftige asymmetrische dimethylhydrazine en zijn momenteel niet in productie. Goedkoop, ontwikkeld in de USSR, Russisch-Oekraïense zenits behoren ook tot het verleden.
Het Falcon-9-lanceervoertuig kan, op voorwaarde dat de eerste retourtrap wordt gebruikt, een lading in een lage referentiebaan lanceren tegen een kostprijs van minder dan $ 2.000 per kilogram. Volgens Elon Musk kan de Falcon-9 de kosten van het lanceren van een payload mogelijk verlagen tot $ 500-1100 per kilogram.
Je zou je kunnen afvragen, waarom is het nu zoveel duurder voor klanten om payloads af te nemen?
Ten eerste worden de kosten niet alleen bepaald door de lanceringskosten, maar ook door de marktomstandigheden - de prijzen van concurrenten. Welke kapitalist zou extra winst opgeven? Het is winstgevend om iets lager te zijn dan concurrenten en geleidelijk de markt te veroveren in plaats van te dumpen zonder iets te verdienen, vooral omdat in zo'n specifieke kritieke industrie als de markt voor ruimtelancering, controlestructuren in ieder geval meerdere leveranciers zullen ondersteunen, zelfs als er een is prijzen vele malen hoger dan die van de concurrent.
Er kan worden aangenomen dat de prijsverlaging van SpaceX alleen zal worden veroorzaakt door de opkomst van concurrenten in het gezicht van Blue Origin met zijn New Glenn-draagraket of andere bedrijven en landen die middelen zullen creëren voor het lanceren van nuttige ladingen met lage lanceringskosten.
De meeste start-ups en veelbelovende projecten hebben echter te maken met de lancering van een lading van honderden, hoogstens duizend kilogram, in een baan om de aarde. Dit zal geen revolutie teweegbrengen in de ruimte - het bouwen van iets groots vereist zware en superzware herbruikbare lanceervoertuigen met lage kosten om een lading in een baan om de aarde te lanceren. En hier, zoals we hierboven al hebben gezien, is alles triest.
Alles behalve het belangrijkste project van SpaceX, een volledig herbruikbaar ruimtevaartuig Starship met een volledig herbruikbare Super Heavy eerste trap
Herbruikbaar super zwaar
Het verschil tussen Starship (hierna Starship genoemd als een combinatie van Starship + Super Heavy) en alle andere draagraketten is dat beide stages herbruikbaar zijn. Tegelijkertijd moet het laadvermogen van het Starship naar een lage referentiebaan 100 ton zijn, dat wil zeggen, het is een volwaardige superzware raket. Voor Starship heeft SpaceX nieuwe, unieke Raptor-methaan-zuurstofmotoren met gesloten cyclus ontwikkeld met volledige vergassing.
SpaceX is van plan al zijn draagraketten te vervangen door het Starship, inclusief de zeer succesvolle Falcon 9. Gewoonlijk is het lanceren van een superzware raket extreem duur - in de orde van grootte van een miljard dollar. Om de lanceringskosten laag te houden, is SpaceX van plan beide fasen vele malen te gebruiken - 100 lanceringen elk, en mogelijk meer. In dit geval zullen de kosten met bijna twee ordes van grootte dalen - tot tien miljoen dollar per lancering. Rekening houdend met de maximale belasting van 100 ton, krijgen we de kosten om de lading naar LEO te brengen op het niveau van ongeveer 100 (!) Dollars per kilogram.
Natuurlijk zullen de teruggekeerde fasen onderhoud nodig hebben, motorvervanging na 50 starts, tanken, gronddiensten zullen moeten worden betaald, maar Starship zelf zal hoogstwaarschijnlijk minder dan een miljard dollar kosten, en de productie- en onderhoudstechnologieën zullen continu worden verbeterd als ervaring is opgedaan door SpaceX.
Elon Musk stelt zelfs dat Starship potentieel een lanceringskost van ongeveer $ 10 per kilogram kan bereiken met een totale lanceringskosten van $ 1,5 miljoen, en de kosten voor het afleveren van vracht naar de maan zullen ongeveer $ 20-30 per kilogram zijn. maar hiervoor moet het Starship wekelijks worden gelanceerd.
Waar zijn dergelijke volumes te krijgen?
Zelfs het leger heeft eenvoudigweg niet zo'n hoeveelheid nuttige lading dat er al civiele ruimte is - de ontwikkeling van de markt zal tientallen jaren duren.
Kolonisatie van Mars?
Het is nauwelijks mogelijk om hier serieus over te praten.
Kolonisatie van de maan?
Dichterbij zou Starship de SLS kunnen laten zinken en de Amerikanen een tweede keer naar de maan sturen. Maar dit zijn tientallen lanceringen, niet honderden of duizenden.
SpaceX heeft echter een businessplan dat veel reëler is dan het sturen van kolonisten naar Mars - Starship gebruiken om passagiers intercontinentaal te vervoeren. Wanneer u van New York naar Tokio vliegt via een baan om de aarde, zal de vliegtijd ongeveer 90 minuten zijn. Tegelijkertijd is SpaceX van plan om de operationele betrouwbaarheid te garanderen op het niveau van moderne grote vliegtuigen, en de kosten van de vlucht - op het niveau van de kosten van een transcontinentale vlucht in business class.
Vrachten kunnen op dezelfde manier worden afgeleverd. Het Amerikaanse leger is bijvoorbeeld al geïnteresseerd in deze mogelijkheid. Het is de bedoeling om 80 ton vracht in één vlucht af te leveren, wat vergelijkbaar is met de capaciteiten van het C-17 Globemaster III-transportvliegtuig.
Samengevat: het vervoer van passagiers en vracht, de levering van Amerikaanse astronauten naar de maan en mogelijk naar verder verwijderde objecten van het zonnestelsel, de terugtrekking van commerciële ruimtevaartuigen, ruimtetoerisme, enzovoort, enzovoort, en dergelijke - SpaceX kan heel goed zorgen voor een verlaging van de kosten van het intrekken van de lading, hoewel het zou oplopen tot $ 100 per kilogram.
In dit geval zal Starship een nieuw tijdperk inluiden in ruimteverkenning en daarbuiten.
Vooruitzichten en implicaties
Starship wordt momenteel met enige argwaan bekeken. Het lijkt erop dat alles mooi is op papier en de ervaring van SpaceX spreekt voor zich, maar op de een of andere manier is alles te rooskleurig?
Soms is er het gevoel dat het potentieel van dit systeem gewoon niet past in de hoofden van de leiders van de Amerikaanse strijdkrachten, het NASA-management, eigenaren en managers van ondernemingen in een breed scala van industrieën. Al te lang betekende het lanceren van zelfs een kleine lading in de ruimte een kostenpost van meerdere miljoenen dollars.
De vraag is, wat gebeurt er als $ 100 per kilogram werkelijkheid wordt?
Als goed opgeleide mensen van het Amerikaanse ministerie van Defensie begrijpen dat het sneller en goedkoper is om een conventionele tank in een baan om de aarde te brengen dan hem met een militair transportvliegtuig van het Amerikaanse continent naar Europa te vervoeren, tot welke conclusies zullen ze dan komen?
Nee, we zullen de Abrams niet op de maan zien, maar de tank is niet het doelwit, het is gewoon een manier om het projectiel aan de vijand af te leveren. Wat als het gemakkelijker is om dit projectiel rechtstreeks vanuit een baan om de aarde te krijgen? Hoe snel zullen de Verenigde Staten zich terugtrekken uit het Peaceful Outer Space Treaty als het daarin (in de ruimte) een strategisch voordeel behaalt? Hoe snel zal het Amerikaanse leger in een baan om de aarde migreren?
Bovendien zullen zelfs de bestaande mogelijkheden om payloads in een baan om de aarde te brengen in de vorm van Falcon-9 en Falcon Heavy, gecombineerd met technologieën voor de constructie van massale satellieten, voldoende zijn om LEO te hinderen met verkennings-, commando- en communicatiesatellieten, wat ertoe leidt dat dat de Verenigde Staten het aardoppervlak 24/365 zullen volgen. Vergeet grote oppervlaktetroepen, militaire groeperingen, mobiele grondraketsystemen - dit zullen allemaal slechts doelen zijn voor langeafstandswapens met vluchtbaancorrectie.
Het succes van Starship zal een space strike-echelon aan deze set toevoegen, waarbij het doelwit binnen enkele tientallen minuten na ontvangst van een verzoek vanuit de ruimte wordt geraakt. Geen enkele politieke leider ter wereld kan erop vertrouwen dat er elk moment een onvermijdelijke wolfraamregen uit de ruimte kan vallen.
Tegen een prijs van $ 100 per kilogram zal iedereen die niet te lui is - farmaceutische bedrijven, metallurgische bedrijven, mijnbouwbedrijven - de ruimte in klimmen. We zullen later meer praten over ruimte-economie. Indien mogelijk, goedkoop lanceren en verwijderen van vracht uit een baan, wordt de ruimte de nieuwe Klondike. Wat kunnen we zeggen over 10 dollar per kilogram …
Het is heel goed mogelijk dat we op dit moment getuige zijn van een historische gebeurtenis die een keerpunt zou kunnen worden in de ontwikkeling van de mensheid
Kan dit proces stoppen?
Misschien is het verhaal onvoorspelbaar. Menselijke hebzucht, domheid of gewoon een ongeluk - een reeks mislukkingen kan elke, de meest succesvolle onderneming begraven. Een paar grote ongelukken Starship met de dood van honderden mensen zijn genoeg, en het proces van ruimteverkenning kan opnieuw ernstig worden vertraagd, zoals het al in de twintigste eeuw was.
In het geval dat de Verenigde Staten een eenzijdig voordeel behalen in de ruimte, zullen ze een veel agressiever beleid gaan voeren dan nu het geval is. Als er geen mogelijkheid is om gelijkheid in de ruimte te garanderen, kunnen we heel goed naar het niveau van Noord-Korea afglijden, op een "nucleaire koffer" zitten en dreigen onszelf, onze buren en alle anderen te ondermijnen in geval van iets (wat, blijkbaar, om vreemde redenen, spreekt sommigen zelfs aan).
In dit opzicht is het noodzakelijk om meer aandacht te besteden aan de ruimtevaartindustrie, waarvan de toestand op dit moment geen optimisme oproept.
Neem bijvoorbeeld het project van het superzware draagraket "Yenisei" / "Don" - het volstaat om naar alle elkaar uitsluitende verklaringen van verschillende leiders en afdelingen over dit project te kijken, en het wordt duidelijk dat niemand, weet in principe waarom het wordt gemaakt, noch wat het uiteindelijk zou moeten worden. Als dit de volgende "Angara" is, kan het project nu worden gesloten - het heeft geen zin om er geld van mensen aan uit te geven.
Tegelijkertijd zit China niet stil.
Naast het ontwikkelen van traditionele draagraketten, bestuderen en adopteren ze actief de Amerikaanse ervaring, en aarzelen niet om ze rechtstreeks te kopiëren. Alles is eerlijk op het gebied van nationale veiligheid.
Op National Space Day sprak het Chinese Rocket Research Institute over het project van een suborbitaal raketsysteem, dat passagiers in minder dan een uur van het ene punt van de planeet naar het andere moet brengen.
We kunnen zeggen dat dit tot nu toe alleen tekeningen zijn, maar China heeft onlangs herhaaldelijk bewezen dat het in staat is om leiders in verschillende takken van wetenschap en industrie in te halen.
Het is ook tijd voor Rusland om verwarring en aarzeling in de ruimtevaartindustrie opzij te zetten, duidelijke doelen te formuleren en de uitvoering ervan met alle middelen te verzekeren.
Als China en Rusland op een nieuw technologisch niveau in de ruimte kunnen concurreren met de Verenigde Staten, dan zullen lage banen nog maar het begin zijn en zal de mensheid inderdaad een nieuw tijdperk ingaan, dat tot nu toe alleen bestaat in de pagina's van sciencefictionromans.
