Новая российская ракета представляет собой ультрасовременный проект: предусмотрена возвращаемая первая ступень и метановый двигатель, который позволит многократно использовать ступень – до ста раз, в отличие от нескольких использований у SpaceX. Благодаря этому стоимость одного пуска оценивается в 22 миллиона долларов, что вдвое ниже, чем у SpaceX. Однако, несмотря на все инновационные особенности, к моменту первого запуска, запланированного на 2026 год, ракета, вероятно, устареет. Как и ее предшественник Falcon 9. Тем не менее, создание проекта «Амур» является позитивным сигналом для российской космической отрасли. Попробуем разобраться, в чем причина.
«Амур» и Falcon 9: очевидное сходство
В западных СМИ обсуждаются планы «Роскосмоса», касающиеся разработки новой ракеты комментируют статьями с говорящими заголовками: «Роскосмос» показал запланированную ракету «Амур» — и она кого-то очень напоминает». И в этот раз СМИ весьма близки к истине. Все основные решения «Амура», отличающие его от современных российских ракет, можно найти у компании SpaceX.
Одним из наиболее очевидных отличий является уширенный головной обтекатель, который сразу привлекает внимание. По представленным эскизам видно, что диаметр обтекателя ракеты «Амур» значительно превышает диаметр основной части – 5,1 и 4,1 метра соответственно. Подобный подход уже применялся при разработке Falcon 9, где диаметр основной части составляет 3,7 метра, а диаметр обтекателя – 5,2 метра. Благодаря уширенному обтекателю Falcon’ам удается выводить на орбиту более крупные объекты или сразу несколько относительно объемных спутников с различными орбитами. Аналогичные возможности появятся и у российских ракет с «Амуром.
У ракеты также имеются выдвижные посадочные опоры и решетчатые рули. Рули, судя по названию, будут управлять первой ступенью во время спуска в атмосфере, обеспечивая точную посадку в намеченном месте космодрома. Посадочные опоры не позволят ракете упасть при приземлении, а тяга центрального из пяти двигателей первой ступени позволит ей снизить скорость перед посадкой.
На первый взгляд, это и есть первое отличие. Да, «Амур» планирует возвращать свою первую ступень при посадке на хвост точно так же, как Falcon 9. Но у него, в отличие от американского «исходника», только пять двигателей, а не девять. Однако если мы присмотримся повнимательнее, то поймем, что число двигателей было бы ближе к американской ракете, если бы российские разработчики не сделали свою нынешнюю заметно меньшей.
Ракета «Амур» имеет массу 360 тонн, в то время как Falcon 9 — 549 тонн. В многоразовом режиме «Амур» сможет доставлять на орбиту до 10,5 тонн полезной нагрузки, а Falcon 9 в своей многоразовой конфигурации — 15,6 тонн. Стоит отметить, что ракета Falcon 9 1.0, являющаяся более ранней версией, могла вывести на орбиту 10,5 тонн, однако этот вариант уже не используется).
Очевидно, что перед нами творческая адаптация концепции Falcon 9, а не простое копирование. Кроме того, «Амур» по габаритам сопоставим с ракетой «Союз», в отличие от Falcon 9 FT (последней модификации) или российской ракетой «Протон». Это ракета среднего класса, а не тяжелая».
Почему российская сторона отдала предпочтение уменьшенным габаритам, учитывая, что увеличение размеров ракеты обычно приводит к снижению стоимости вывода полезной нагрузки за счет эффекта масштаба? Возможно, причина в том, что создание аналога Falcon 9 с сопоставимыми характеристиками создало бы слишком выгодный контраст с облегченными модификациями «Ангары»: ведь это одноразовая ракета, а стоимость ее запуска превышает стоимость запуска «Протона» (которая составляет не менее 62 миллиона долларов).
Роскосмосу» не хотелось бы закрывать проект «Ангары», поскольку в него инвестированы значительные средства, а инфраструктура космодрома Восточный была спроектирована, в том числе, с учетом его реализации. Отказ от проекта может вызвать вопросы о целесообразности многолетней работы над ним, завершенной в 2014–2020 годах, особенно в свете появления Falcon 9 с возвращаемой первой ступенью, сделавшей одноразовые ракеты устаревшей концепцией?
Метановый поворот
Помимо габаритов, «Амур» отличается от американского предшественника важной особенностью: метановые двигатели РД-0169А, которые в настоящее время разрабатываются в воронежском «Конструкторском бюро химавтоматики». Falcon 9 использует двигатели на керосине, поскольку в начале своей деятельности в космической отрасли у Маска и его ключевых инженеров SpaceX было недостаточно опыта для создания сложных метановых двигателей. Поэтому они остановились на разработке наиболее простой конструктивно керосиновой модели Merlin.
Идея о том, что многоразовые ракеты должны использовать бессажевые метановые двигатели, была впервые озвучена SpaceX много лет назад. В отличие от воронежского «КБ химавтоматики», компания уже провела испытания такого двигателя – правда, значительно большего размера, предназначенного для Starship. Метановые двигатели не используются для Falcon’ов – и причина этого будет разъяснена ниже.
Использование метана значительно выгоднее, чем использование керосина. При сгорании метан не производит сажи, что позволяет ракетным двигателям функционировать гораздо дольше по сравнению с двигателями на керосине. В связи с этим, первую ступень Falcon 9 не планируют использовать более десяти раз, а первую ступень ракеты «Амур» предполагается отправлять в космос до ста раз.
Александр Блошенко, исполнительный директор «Роскосмоса» по перспективным программам и науке, опроверг ранее высказанные аргументы против использования метановых ракет. В частности, речь идет о утверждениях о том, что жидкий метан при сгорании выделяет на 60% меньше энергии, чем керосин аналогичного объема. По словам Блошенко, эти утверждения не соответствуют действительности, поскольку при охлаждении до экстремально низких температур сжиженный газ становится достаточно плотным для использования стандартных топливных баков».
Амур» возьмёт на вооружение у Falcon не только посадку первой ступени с использованием посадочных опор и уширенного (более пяти метров) головного обтекателя. Переохлаждение компонентов топлива до экстремально низких температур станет пятым заимствованным элементом. Впервые эту технологию в XXI веке использовал Илон Маск несколько лет назад. Благодаря ей стало возможным увеличить количество топлива в баках Falcon 9 и, как следствие, повысить его грузоподъемность.
В период существования СССР, при Сергее Королёве, начиная с Р-9А, для некоторых ракет использовали глубокое переохлаждение компонентов топлива. Однако современные российские ракеты либо разрабатывались после Королёва, либо являются производными от Р-7 — конструкции того времени, когда переохлажденное топливо еще не применялось.
В XXI веке Россия не предпринимала попыток применения переохлажденного топлива в двигателях, использующих «Ангару» и «Амур». Это не вызывало обеспокоенности, поскольку западные партнеры по космической отрасли также не применяли подобную технологию, а о достижениях отечественной космонавтики известно не всем. Отсутствие информации о неиспользовании глубокого переохлаждения ракетного топлива в России не вызывало тогда особого внимания.
Ситуация изменилась: Маск, спустя полвека после Королёва, внедрил глубокое переохлаждение на Западе, и, в соответствии с традиционной для российских руководителей склонностью к копированию западных разработок, мы, наконец, вернулись к собственным историческим решениям. Это вызывает положительные эмоции: ведь если бы не идея, пришедшая извне, мы бы продолжали эксплуатировать топливные системы с пониженной полезной нагрузкой.
Почему проект «Амур» не будет реализован — и в чем его ценность, даже несмотря на это
По словам представителей «Роскосмоса», в рамках проекта новой ракеты приняты решения, призванные усилить конкурентные преимущества разрабатываемой модели».
Разработка ракеты предполагает необходимость её конкурентоспособности на рынке космических запусков. В отличие от проекта «Ангара», созданного, вероятно, по инерции, новая ракета разрабатывается для того, чтобы успешно конкурировать с другими летательными аппаратами. «Роскосмос» может рассчитывать на успех в этой борьбе, главным образом, благодаря SpaceX, поскольку остальные участники рынка предлагают ракеты по более высокой цене и зависят от государственных заказов или лоббистской поддержки, что у американских военных иногда перерастает в коррупцию).
Амур» демонстрирует недостаточную конкурентоспособность. Действительно, стоимость его запуска в 2,5 раза ниже, чем у Falcon’ов на текущий момент, однако… Первый запуск российской метановой ракеты запланирован на 2026 год. Все, кто наблюдает за развитием космической отрасли и не связан с «Роскосмосом», осознают, что к этому сроку Starship будет активно использоваться компанией SpaceX. В SpaceX открыто заявляют о том, что Falcon’ы не смогут конкурировать со Starship, и с началом эксплуатации новой ракеты-носителя, Falcon 9 будет выведена из эксплуатации. Это вполне объяснимо.
Ожидаемая стоимость запуска Starship на начальном этапе составляет приблизительно 50 миллионов долларов, а на последующих этапах, по мере совершенствования конструкции, она снизится до нескольких миллионов долларов. Starship также использует метановые двигатели, и с подтверждением возможности стократного полного повторного использования цена запуска будет неуклонно уменьшаться. Вполне вероятно, что в перспективе она опустится ниже 22 миллионов долларов за пуск, заявленных для ракеты «Амур».
Ракета «Амур» сможет осуществлять многоразовые запуски, выводя в космос 10,5 тонны полезной нагрузки, в то время как Starship на первом этапе сможет доставлять 100 тонн (с последующим увеличением грузоподъемности). Конструкции и спутники, которые будет выводить «Амур», поместятся в обтекатель диаметром пять метров, а Starship сможет разместить их в корпусе диаметром девять метров, с внутренним жилым объемом свыше 800 кубических метров, что сопоставимо с объемом МКС. В условиях коммерческого рынка, где присутствует Starship, «Амур» не сможет быть конкурентоспособным.
Несмотря на это, «Роскосмос» планирует разработку новой ракеты лишь с частичной многоразовостью, что, очевидно, уступает полностью многоразовым конструкциям, таким как Starship. Наиболее вероятное объяснение: в «Роскосмосе» пока не осознают масштаб влияния Илона Маска и надеются на неудачу проекта Starship.
Понятно, почему они так считают. Конструкция «звездного корабля» и используемые методы торможения в атмосфере настолько сильно отличаются от существующих ракет, что для представителя консервативной космической отрасли он может показаться нечто вроде инопланетного дредноута. Те, кто десятилетиями боролся за снижение стоимости полетов на 5% и всегда считал одноразовые носители наиболее экономичным решением, не могут быстро изменить свою точку зрения под воздействием даже самых логичных доводов.
Российская госкорпорация «Роскосмос» поверит в Starship лишь после начала его регулярных полетов. Россия инвестировала миллиарды долларов в создание ракеты-носителя «Ангара» и планирует потратить еще 0,9 миллиарда долларов на разработку «Амура». Однако, нет гарантии, что эти планы будут реализованы: финансирование «Амура» отсутствует в Федеральной космической программе, что ставит под сомнение целесообразность его проектирования и, возможно, указывает на попытку имитировать активную инновационную деятельность.
Несмотря на это, обсуждение проекта «Амур» на официальном уровне остается весьма ценным. Оно демонстрирует, что наши чиновники, несмотря на явное превосходство конкурентов, готовы начать перенимать их подходы. Это значительный прогресс: подобное осознание необходимости копировать успешные решения будет крайне полезно для России в 2020-х и 2030-х годах, когда неизбежно возникнет необходимость в создании аналога Starship.