На разработку Starship, самого крупного носителя и космического корабля, когда-либо созданных на Земле, Американское космическое агентство выделило SpaceX финансирование. Примечательно, что выделенные средства предназначены для создания посадочного модуля, который должен доставить астронавтов с окололунной орбиты на поверхность Луны уже в 2024 году. Однако, по всей видимости, реализация лунной миссии по этой схеме и в указанные сроки для США невозможна. Тем не менее, государственная поддержка Starship способна радикально изменить состояние мировой космической индустрии и даже привести к его полету на Марс в 2020-х годах. Рассмотрим причины этого.
Для подготовки к проекту Artemis, предусматривающему высадку на Луну к 2024 году, NASA выделило SpaceX 135 миллионов долларов на разработку лунного посадочного модуля, основанного на Starship. Также в рамках этого проекта 579 миллионов долларов были предоставлены команде компаний Blue Origin, Lockheed Martin и Nortrop Grumman. Дополнительно, группе компаний Dynetics и Sierra Nevada было выделено 253 миллиона долларов.
Очевидно, SpaceX получила лишь одну седьмую часть от общего объема финансирования, что может показаться неожиданным. Ведь другим компаниям предстоит разработать лишь лунные посадочные модули, предназначенные для доставки грузов массой в десятки тонн.
Starship – это огромная конструкция, весом в тысячу тонн, превосходящая по объему и массе ракету «Сатурн-5» вместе с кораблем «Аполлон», на которой Соединенные Штаты более полувека назад совершили полет на Луну. Для реализации проекта Илона Маска такие внушительные характеристики просто необходимы: система предназначена для полета к Марсу, посадки на его поверхность и последующего возвращения. С меньшими габаритами выполнение этой задачи оказалось бы невозможным.
Несмотря на то, что для столь масштабного проекта, как Starship, выделенная сумма кажется небольшой и незначительной, это не совсем так. Как подчеркнул глава NASA Джим Брайденстайн, некоторые могут счесть финансирование недостаточным, но реальная ситуация иная».
Брайденстайн объяснил сокращение финансирования SpaceX тем, что объемы финансирования определялись самими компаниями, исходя из запланированных работ по созданию лунного посадочного модуля в течение ближайших десяти месяцев. Таким образом, SpaceX запросила меньший объем финансирования, чем другие компании, и это не связано с негативным отношением со стороны NASA.
По мнению экспертов, Blue Origin и Dynetics не смогут завершить разработку лунного посадочного модуля к 2024 году
Анализ истории позволяет оценить достижимость целей, поставленных NASA перед американскими компаниями. В 1960-х годах создание лунного посадочного модуля уже осуществлялось. Тогда работы выполняла компания Nortrop Grumman, а стоимость контракта составила 388 миллионов долларов (что эквивалентно 3,2 миллиарда долларов в современных условиях). Однако текущее финансирование рассчитано всего на десять месяцев, в то время как Nortrop Grumman в 1960-х годах работала над созданием лунного модуля в рамках шестилетнего (более 72 месяца) контракта).
Несмотря на это, можно с полной уверенностью утверждать, что разработать новый лунный модуль к 2024 году не удастся. Более того, даже в случае успешной реализации проекта, NASA не сможет высадиться на Луну в этом году. Причина тому — следующая.
Разработка первого лунного модуля (Apollo Lunar Module) заняла шесть лет. При этом он отличался компактными размерами, вмещал только двух астронавтов и весил не более 16 тонн. Современные лунные посадочные модули значительно массивнее – их вес достигает нескольких десятков тонн и превышает их. Эти конструкции больше и сложнее, и рассчитаны на работу нескольких астронавтов. Да, модули команды Blue Origin базируются на существующем корабле Orion.
Изначально этот аппарат не предназначался для посадки и взлета с поверхности Луны, поэтому ему потребуется существенная модернизация. Не менее важным является и тот факт, что «Orion» разрабатывается традиционными американскими компаниями, которые ранее не демонстрировали способности реализовать проект столь масштабного уровня за такой короткий срок.
Dynetics и Sierra Nevada, вторая команда, также обладают ограниченными возможностями для достижения цели – высадка на Луну в 2024 году, обещанная Трампом. Их лунный посадочный модуль разрабатывается с нуля и не использует существующие конструкции.
Кроме того, его конструкция имеет свои особенности: на внешней поверхности расположены крупные солнечные батареи, что представляется рискованным решением для эксплуатации в лунной среде. Опыт посадок 1960-70-х годов показывает, что посадочные модули поднимают значительное количество мелкой пыли из-за тяги двигателей. Очевидно, что эта пыль будет оседать на батареях и уменьшать их энерговыдачу, однако точную степень снижения предсказать сложно.
Apollo Lunar Module не применял фотоэлементы для получения энергии, используя вместо этого батареи. В связи с этим, для него пыль не представляла такой большой проблемы. Решение, предложенное Dynetics, несет в себе ощутимые риски, что может помешать NASA при получении следующего этапа финансирования в рамках программы Artemis.
Даже в случае, если обе компании смогли бы создать свои посадочные модули всего за четыре года – что маловероятно – организация перелета на Луну для них оказалась бы серьезной задачей. Посадочные модули, подобно перелетному кораблю для астронавтов, требуют вывода на окололунную орбиту с помощью ракеты SLS Block 1B. Сложность заключается в том, что, несмотря на уже потраченные 15 миллиардов долларов на разработку SLS, она до сих пор не совершила полет, а сроки начала полетов остаются неясными.
Не вызывает сомнений, что запуск ракеты уже несколько раз откладывался, а число обнаруженных технических недостатков поражает даже опытных экспертов отрасли. Проект ракеты SLS часто сравнивают с историей разработки БМП «Брэдли», схематично изображенной в фильме «Войны Пентагона». Вокруг проекта циркулируют слухи о коррупции и недостаточной квалификации исполнителей.
Для достижения цели – доставку людей на Луну к 2024 году – ракета SLS должна пройти серию испытаний, и срыв любого из них приведет к задержке ее готовности. В настоящее время этот носитель еще не готов к первому из таких испытательных пусков. По всей видимости, это делает американскую лунную программу, запланированную на второй срок президентства Трампа, весьма сомнительной.
Как Starship способна радикально изменить глобальную космическую отрасль
Starship сложно назвать «лунным посадочным модулем» в прямом смысле – это возможно лишь с рядом оговорок. Его вес значительно превышает массу лунного модуля прошлых лет, который составлял 16 тонн, или десятки тонн, характерные для современных проектов. Starship весит пять тысяч тонн, что на пару тысяч тонн больше, чем, к примеру, ракета «Сатурн-5.
Starship должен не только достичь Луны, совершить посадку на ее поверхность и подняться обратно. Самостоятельно, без дополнительных ступеней, эта двуступенчатая ракета стартует с Земли и способна достигать любых целей. Ее вторая ступень сочетает в себе функции космического корабля и посадочно-взлетного модуля. Она должна осуществлять посадку как на другие небесные тела, так и на Землю при возвращении).
Starship выделяется среди прочих модулей, поскольку использует совершенно новые технические решения, которые ранее не применялись в конструкции летательных аппаратов. В ее конструкции используются метан-кислородные жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) Raptor, в которых происходит полная газификация всех компонентов топлива.
В других жидкостных ракетных двигателях, даже в таких передовых, как российский РД-180, в газ полностью переходит лишь один из компонентов топлива. При этом, чем полнее происходит превращение компонентов топлива в газ, тем выше эффективность двигателя.
Метан также ранее никогда не использовался в качестве ракетного топлива для вывода аппаратов в космос. В Советском Союзе проводились наземные испытания двигателей, работающих на метане, однако после аварии дальнейшие разработки в этой перспективной области были прекращены.
Изначально Маск планировал использовать водород для своей «марсианской ракеты», однако впоследствии отказался от этой идеи, поскольку водородный вариант оказался неэффективным для длительных перелетов из-за значительных утечек из баков. Керосин также не подходит, так как его запасы отсутствуют на Марсе. Без дозаправки на месте ракета для полета на Марс получилась бы непомерно громоздкой и дорогостоящей. Метан, в свою очередь, SpaceX может производить непосредственно из марсианского грунта посредством реакции Сабатье, и именно эта возможность стала определяющим фактором при выборе топлива.
Starship также спроектирован как полностью многоразовая система. Для минимизации расхода топлива во время посадки он будет тормозить в атмосфере Земли, ориентируясь «брюхом вниз» и совершая разворот поперек воздушного потока. Благодаря этим характеристикам Starship сможет выводить на орбиту не менее 100 тонн за один запуск, при этом стоимость выведения составит всего несколько миллионов долларов – что значительно ниже текущих цен на вывод полезной нагрузки на орбиту.
Становится очевидным из перечня характеристик Starship, что это самый масштабный космический проект, когда-либо созданный человеком. Возникает вопрос: почему NASA решило включить его в программу Artemis, предполагающую высадку на Луне уже в 2024 году? Какие цели преследует Агентство?
Несмотря на кажущуюся неочевидность, данный выбор выглядит вполне обоснованным. Несмотря на то, что прототипы Starship от SpaceX часто подвергаются авариям, компания демонстрирует высокую скорость совершенствования конструкции. Также стоит отметить, что исторически SpaceX всегда сталкивается с рядом незначительных инцидентов на ранних этапах разработки ракетных систем.
В отличие от традиционных компаний, которые тратят до пяти лет на доработку систем между испытаниями, компания Илона Маска внедряет изменения оперативно, в сжатые сроки. Неудачи при подготовке к полетам не останавливают ее, а стимулируют к более интенсивной работе. Именно так были выведены на орбиту ракеты Falcon, первые запуски которых имели значительные проблемы, и таким же образом будет реализован проект Starship.
Брайденстайн объяснил свое решение следующим образом: «SpaceX демонстрируют высокую эффективность в области космических полетов и испытаний, поскольку они умеют не только проводить запуски, но и извлекать уроки из неудач. Да, наблюдатели могут удивляться, увидев очередное разрушение Starship, и задаться вопросом, почему с компанией заключен контракт. Однако причина в том, что SpaceX последовательно проводят испытания и устраняют выявленные недочеты… Если их проект окажется успешным, он кардинально изменит мировую космическую индустрию, значительно снизив стоимость запусков и расширив возможности доступа в космос… Я убежден, что Маск добьется успеха».
Утверждения Брайденстайна не лишены под собой оснований. Как мы помним, в 2011 году NASA, оценивая возможность замены небезопасных космических кораблей шаттлов, пришла к выводу, что создание новой ракеты, соответствующей традиционной схеме, обойдется в четыре миллиарда долларов. Однако к 2012 году SpaceX выполнила ту же задачу, затратив лишь 0,4 миллиарда долларов.
До 2014 года специалисты NASA высказывали сомнения в возможности посадки первой ступени ракеты Falcon 9 на Землю. Они утверждали, что многоразовые ракетные системы обходятся дороже одноразовых, ссылаясь на опыт Агентства с космическими шаттлами. Однако впоследствии стало ясно, что SpaceX добилась успеха в реализации концепции частичной многоразовости, и что стоимость таких пусков значительно ниже, чем стоимость разовых запусков на аналогичных Falcon 9.
Брайденстайн умело избегает ошибок, которые допускали его предшественники, недооценивая SpaceX (что отличает его, например, от Рогозина). Опытный руководитель, он также осознает, что конкуренты этой компании не смогут осуществить американскую высадку на Луну к 2024 году: история США и всего мира не знает примеров столь оперативной реализации пилотируемой экспедиции на другое небесное тело.
За четыре оставшихся года необходимо выполнить объем работ, который превосходит достижения американских компаний, работающих в космической отрасли за аналогичные периоды. Даже когда их усилиями руководил Вернер фон Браун, создатель первой ракеты, покорившей космос в 1944 году, подобного успеха не было достигнуто. И сейчас, тем более, это невозможно.
Инвестиции NASA в Starship вполне могут оказаться целесообразными. Хотя сроки завершения проекта Илоном Маском к 2024 году выглядят маловероятными, его компания обладает значительным опытом в разработке ракет. Starship должен не просто совершать полёты, но и включать в себя надежную систему поддержки жизни.
Внутренний обитаемый объем этого сооружения, который является герметичным, достигает почти тысячи кубометров, что немного превышает показатели МКС. В связи с этим, необходима будет разработка сложной системы для поддержания и восстановления состава атмосферы. SpaceX ранее не создавала системы жизнеобеспечения для объектов столь значительных размеров, и решение этой задачи представляет собой серьезное техническое испытание.
К 2024 году Starship, вероятно, начнет совершать полеты, однако нет уверенности, что разработчикам удастся довести все системы до необходимого уровня надежности для пилотируемых миссий в окрестностях Луны.
Несмотря на то, что амбициозные планы Трампа по высадке на Луну в 2024 году, вероятно, не будут реализованы, финансирование NASA, полученное SpaceX, окажется весьма полезным. Благодаря этому компания и Агентство смогут к середине 2020-х годов разработать и усовершенствовать носитель и космический корабль, способные доставлять грузы и экипажи как на Луну, так и на Марс. Это позволит, наконец, положить конец череде неудач, преследующих носители и программы Агентства с 2003 года.