Не так давно то, что казалось невозможным, стало реальностью, как это неоднократно происходило в предыдущие годы. Речь идет о многоразовых ракетах, получивших широкое признание. Способна ли Россия предложить конкуренцию SpaceX или Blue Origin?
Дальше – больше?
Несмотря на споры о том, кто впервые предложил идею многоразового использования ракет, это не меняет существенного факта. Так, за первые шесть месяцев 2020 года компания SpaceX осуществила больше запусков ракет-носителей, чем суммарно Россия, Европа и Япония: общее число стартов составило 11. Первая ступень усовершенствованной версии Falcon 9 Block 5 возвращается на морские и наземные платформы для последующего повторного использования, сопровождаемого громким звуком.
Обычно сначала переходят к практике после изучения теории, однако мы поступим иначе. Мог ли SpaceX добиться успеха без многоразовой ступени? Скорее всего, да. Маску и его команде удалось разработать носитель, отличающийся высокой экономичностью в своем классе и значительной надежностью, что, откровенно говоря, не всегда удается достичь. В качестве примера можно привести тяжелую ракету «Ангара-А5», запуск которой обходится примерно в два раза дороже, чем старт Falcon 9. И ей еще предстоит доказать свою надежность и соответствие заявленным параметрам.
Наличие возможности повторного применения значительно расширило колоссальный потенциал ракеты Falcon 9. Еще в марте 2016 года президент SpaceX Гвинн Шотвелл сообщила, что, согласно прогнозам компании, многоразовая первая ступень позволит уменьшить стоимость запуска Falcon 9 на 30%, то есть приблизительно с 62 миллионов до 42 миллиона долларов. Другими словами, повторное использование ступени – это выгодное и востребованное решение.
«Корона»: старые песни о главном
Достижения SpaceX создали трудности не столько для американских и европейских компаний, соперничающих с Маском, сколько для российской космической отрасли, которая долгое время выигрывала благодаря более низкой стоимости запусков. Тяжелая ракета «Протон-М», стоившая 65 миллионов долларов за старт, на протяжении долгого времени была самым доступным вариантом для выведения тяжелых грузов. Вместо нее, использующая небезопасный гептил в качестве топлива, разработана дорогая и малоэффективная ракета «Ангара-А5».
Вместо «Союз-2» будет использоваться принципиально новая ракета «Иртыш». Ни одна из этих ракет не обладает ощутимых конкурентных преимуществ. На основе «Иртыша» предполагается разработка многоразовой системы (что будет рассмотрено далее), однако в своей базовой конфигурации ракета станет одноразовым аналогом советского «Зенита» – ракеты, которая была хороша по меркам конца 80-х годов, но в настоящее время не имеет значительных достоинств по сравнению с другими.
Действительно ли в России реализуются проекты, совершающие прорыв? Страна осуществляла и, по имеющимся сведениям, продолжает реализовывать активные разработки собственного многоразового носителя. В начале 1990-х годов в ОАО «ГРЦ Макеева» приступили к созданию многоразовой ракеты-носителя вертикального взлета и посадки под названием «Корона». Предполагалось, что она будет представлять собой одноступенчатую конструкцию, то есть способную достичь орбитальной скорости без использования отделяемых ступеней (для сравнения, у Falcon 9 две ступени, а у «Союза-2» – три).
Необходимо сразу отметить, что данный принцип ранее не применялся на практике. Ярким примером проекта в этой области является американская McDonnell Douglas DC-X, которая не дошла до стадии полноценного изделия, а осталась прототипом. В теории, подобная технология способна значительно удешевить космические запуски, особенно если одноразовую ракету удастся вернуть на Землю. Однако на практике, после выведения с орбиты, носитель столкнется с избыточными нагрузками, а объем научно-исследовательских работ в этой сфере будет значительно превышать затраты на создание многоступенчатой ракеты-носителя.
В отношении ракеты «Корона», она способна вывести на низкую опорную орбиту до семи тонн полезной нагрузки при помощи 30-метровой конструкции. Масса при старте составляет около 300 тонн. Для обеспечения возможности посадки и взлета предлагалось установить амортизаторы в задней части ракеты. Предполагалось, что ракета сможет совершать до ста полетов, а ее отдельные компоненты – не менее 25.
По оценкам специалистов Центра имени Макеева, проведение летных испытаний и опытная эксплуатация ракеты могли бы стоить менее двух миллиардов долларов. Несмотря на внушительную цифру, важно учитывать, что в 2012 году руководитель Федерального космического агентства Владимир Поповкин назвал затраты на создание ракеты «Ангара» в 160 миллиардов рублей, что эквивалентно 5,3 миллиарда долларов по курсу того времени. К сожалению, финансирование для создания еще одного носителя не было выделено ни в 1990-е, ни в 2000-е годы, что привело к приостановке разработки в 2012 году.
Однако, говорить о проекте в сравнении с деятельностью SpaceX было бы неуместно, если бы он был полностью прекращен. По всей видимости, на ситуацию повлияли первые достижения Илона Маска. Ещё в 2015 году сотрудники Государственного ракетного центра имени Макеева провели проектные и конструкторские работы по разработке внешнего вида перспективного носителя. В 2017 году РИА Новости сообщило, что российские специалисты согласовали план разработки ракеты «Корона»: несмотря на все изменения за прошедшие десятилетия, название носителя осталось неизменным.
Уже тогда было заявлено о выборе углепластика в качестве основного материала для конструкции. Прогнозировалось, что жидкостная ракета-носитель, использующая водород и кислород в качестве топлива, сможет доставить до 12 тонн полезной нагрузки на низкую опорную орбиту. Для этого, однако, потребуется «особая схема выведения». Подготовка ракеты к запуску с использованием упрощенных стартовых комплексов займет всего одни сутки.
Несмотря на то, что «Корона» не является приоритетным проектом для России, сведения о ней периодически появляются в средствах массовой информации, даже если речь идет исключительно о многоразовых носителях. В январе 2020 года ведущий инженер-конструктор Центра имени Макеева Александр Вавилин сообщил, что специалисты изучают возможность орбитальной дозаправки ракеты-носителя. Для реализации этой концепции потребуется два аппарата «Корона». По словам Александра Вавилина, ракета будет функционировать в режиме, когда два управляющих модуля решают одну задачу. После завершения дозаправки произойдет разделение ступеней и посадка.
Встречается ли вам это? Подобную концепцию давно продвигает Маск для перспективного корабля, известного как Starship. Предполагается, что аппарат сможет состыковаться с заправочным кораблем, созданным на его основе, перед полетом к Марсу. Однако вызывает больше вопросов другое. Фактически, Государственный ракетный центр имени Макеева никогда не разрабатывал с нуля полноценные космические ракеты, хотя в числе его разработок есть успешные боевые системы, такие как ракета Р-29РМУ2 «Синева» для подводных лодок. Ранее на предприятии также создавали ракеты-носители «Штиль», «Зыбь» и «Волна»: они были разработаны на базе баллистических ракет Р-27 и Р-29. Специалисты ГРЦ Макеева участвовали в работах над перспективным проектом «Русь-М», однако его закрыли в 2011 году из-за недостаточного финансирования.
В целом, «Корона» сложно назвать первой в России многоразовой ракетой. Это слишком рискованное и потенциально дорогостоящее предприятие, которое, к тому же, сталкивается с конкуренцией внутри страны.
«Крыло-СВ»: наследник «Байкала»
В последнее время все чаще говорят о другой идее, согласно которой ступени ракеты планируется возвращать, как это происходит в авиации. Это означает, что после выполнения своей функции она сможет совершать посадку на стандартный аэродром. Один из таких проектов получил название «Крыло-СВ», где «СВ» расшифровывается как «ступень возвращаемая». Прогнозируется, что она станет основой для разработки легкой ракеты.
В 2018 году Фонд перспективных исследований (ФПИ) объявил о планах по созданию в России в течение последующих четырех лет полнофункционального демонстратора возвращаемой ступени ракеты-носителя. По словам представителей ФПИ, реализация проекта будет осуществляться поэтапно: сначала будет разработан и испытан дозвуковой демонстратор, после чего будут внесены необходимые корректировки для минимизации рисков на последующих этапах. В качестве головного предприятия выступает Экспериментальный машиностроительный завод имени В. М. Мясищева. Первый испытательный полет возвращаемой ступени ракеты-носителя «Крыло-СВ» запланирован на 2022–2023 годы.
В 2018 году аналогичную идею предложил ПАО «Ил», тогда руководимый Алексеем Рогозиным, сыном главы «Роскосмоса» Дмитрия Рогозина. Однако его высказывание показалось весьма необычным. «У нас нет возможности приземлиться на морскую платформу. «Роскосмос» и Фонд перспективных исследований поставили задачу найти способ организовать посадку, подобную самолетной», – отметил Рогозин-младший.
В России ранее уже осуществлялись разработки в данной области. В 2001 году на авиакосмическом салоне «МАКС» был показан макет многоразового ускорителя «Байкал», оснащенного шасси и крыльями. Планировалось использовать ускоритель в составе ракет семейства «Ангара» легкого, среднего и тяжелого классов, а также для других ракетных систем. При успешной реализации проекта рассчитывали снизить стоимость выведения грузов на орбиту до 50%.
Первая ступень ракеты Falcon 9, о которой идёт речь, способна совершать посадку не только на плавучую морскую платформу, но и на наземную. Как отмечалось ранее, это происходит регулярно и с хорошими результатами.
Несмотря на кажущуюся незначительность этих аспектов, они блекнут перед действительно серьезными проблемами, с которыми столкнулся «Крыло-СВ». Схема, напоминающая самолетную конструкцию, выглядит универсальной, однако возникает закономерный вопрос: почему ее до сих пор не удалось воплотить в реальных условиях? Известный популяризатор науки и специалист в области ракетостроения Виталий Егоров поделился своим мнением по этому поводу. По его словам, «шасси, аналогичные используемым в ракете Falcon 9, требуют минимального веса и определенных доработок, в отличие от других конструкций. Приземление с использованием самолетной схемы возможно, однако экономия на этом неприемлема», – как он отмечал ранее.
Действительно, для совершения посадки на самолетном режиме ракета нуждается не только в достаточном запасе топлива для возвращения, но и в комплексе сложных, дорогостоящих и массивных систем, включая элементы, отвечающие за крылья, шасси и прочие сопутствующие компоненты.
«Союз-7»: по стопам Илона Маска
В последние годы термин «Союз» стал вызывать затруднения для российской космической отрасли из-за неоднозначности его значения. Под этим названием понимают и серию пилотируемых космических кораблей, и советские ракеты-носители, и перспективный «Иртыш», также известный как «Союз-5». Особую путаницу вызывает обозначение «Союз-7», которое в последнее время используется для обозначения сразу двух типов перспективных носителей: «Союз-СПГ» и версию «Союз-5», предназначенную для космодрома Sea Launch»).
Недавно российская компания S7 приобрела этот проект. Плавучий космодром рассматривался как экономичный способ доставки коммерческих грузов на орбиту, а основателя S7, Владислава Филёва, порой сравнивали с «русским Илоном Маском». Однако, американская идея не воплотилась в жизнь: платформа в конечном итоге не заинтересовала никого. Еще в марте 2020 года судно, предназначенное для сборки и управления, и сам космодром прибыли в порт Славянка, расположенный в Приморском крае. Вскоре после этого было предложено отправить его на переработку для получения металлолома.
Можно много говорить о нереализованных перспективах, однако сейчас космодрому не хватает ракет. Поставки носителей из Украины (с «Морского старта» осуществлялись запуски ракет «Зенит») невозможны по очевидным причинам, а новой ракеты под названием «Союз-5» также нет. На этом фоне особенно неожиданной оказалась новость, прозвучавшая в мае 2020 года: инженеры НПО имени Лавочкина планируют вскоре закончить работу над эскизным проектом носителя «Союз-7» для космодрома «Морской старт». Даже предварительный выбор разгонного блока – «Фрегат-СБУ» – был сделан».
В 2019 году стало известно о планах российской частной компании Laros на первый запуск разработанного ею многоразового носителя. Одноступенчатая ракета, высотой 17 метров, должна стартовать с крупного автомобильного прицепа. На текущий момент перспективы ракеты остаются неопределенными, поскольку Laros не обладает опытом разработки ракет, а последнее сообщение на официальном сайте компании относится к декабрю 2019 года.
Внешне ракета выглядит весьма схожей с Falcon 9. Как и у носителя SpaceX, первая ступень должна возвращаться на Землю вертикально. «Я, вероятно, повторюсь, но одноразовая ракета не более «эффективна», чем одноразовый самолет. Разработка одноразового носителя – это не просто отсутствие прогресса, а движение назад», – отмечал в 2018 году бывший руководитель S7 Space Сергей Сопов. В качестве основы носителя выступает эскизный проект «Союз-5». От этой ракеты перспективный носитель должен перенять двигатель, а именно – жидкостный керосиновый РД-171, который Сопов обозначил как «многоразовый».
Трудно утверждать, существовали ли когда-либо шансы у этого проекта, но на текущем этапе вера в его успех представляется несколько необоснованной. В настоящее время отсутствует ни «Союз-5» (то есть база для многоразовой ракеты), ни «Морской старт» (как функционирующий комплекс). Кроме того, привязывать свои успехи к разработке ракеты компанией «Энергия» – рискованная стратегия.
Что касается упомянутого «Союз-СПГ»? Предполагается, что носитель, создаваемый в РКЦ «Прогресс», позволит значительно сократить разрыв между «Роскосмосом» и частными американскими компаниями. По заявлению главы ведомства Дмитрия Рогозина, речь идет о ракете среднего класса, которая должна заменить «Союз-2». Она будет не только многоразовой, но и использовать метан в качестве топлива, то есть сжиженный природный газ. Следует отметить, что в настоящее время метановые двигатели признаются наиболее перспективными. Метан отличается низкой стоимостью, имеет обширную базу сырья и, в отличие от керосина, не производит побочных продуктов горения, таких как сажа – это особенно важно при многоразовом использовании двигателей.
Действительно, существует одно исключение. В настоящее время Россия не располагает такими ракетными двигателями, хотя в 2018 году «Энергомаш» начал работу над разработкой изделия под названием РД-169. Тогда же было объявлено, что испытания метанового двигателя могут начаться в течение нескольких лет.
О характеристиках новой ракеты известно немного. Ее стартовая масса будет меньше, чем у ракеты «Союз-2», а грузоподъемность, напротив, выше – до 10 тонн на низкую околоземную орбиту при запуске с космодрома «Восточный» («Союз-2» способна вывести на НОО до 9,2 тонны). Механизм возвращения первой ступени пока не определен. По словам Дмитрия Рогозина, если система «Крыло-СВ» продемонстрирует свою эффективность на легкой ракете, ее можно будет использовать и на ракете среднего класса.
У ракеты-носителя есть убежденные сторонники, среди которых, например, бывший руководитель Центра Хруничева Владимир Нестеров. Недавно он отметил преимущества «Союза-СПГ», назвав «Иртыш» неудачным проектом. Однако, этих заявлений недостаточно для того, чтобы перспективный метановый носитель получил возможность для реализации.
К сожалению, российские многоразовые технологии пока остаются лишь проектами и планами на будущее. На текущий момент отсутствуют готовые изделия, опытные образцы и даже конкретные сроки проведения испытаний подобных ракет. В то же время, конкуренты продолжают развиваться. И даже если SpaceX прекратит свою деятельность, ее место займет другая частная компания, которая продолжит реализацию аналогичных разработок.