Частный космос — Per aspera ad astra

в 7:55, , рубрики: Blue Origin, Excalibur Almaz, Inspiration Mars, mars one, spacex, космонавтика, космос, метки: , , , , ,

Еще несколько лет назад перспективы частного космоса были весьма туманны. В этом нет ничего удивительного — разработки, связанные с запуском космических аппаратов дороги, а малейшие ошибки приводят к катастрофическим последствиям. Именно поэтому долгие годы — с самой зари космических полетов, и до недавнего времени — космос оставался доступен лишь правительствам ведущих мировых держав. Но все меняется. На рынок приходят новые игроки, индустрия становится чуть более открытой и коммерческой, чуть менее бюрократизированной и старомодной.

Частный космос — Per aspera ad astra

Дела давно минувших дней

Частный космос — Per aspera ad astra
Как ни странно, первые коммерческие попытки разработать космический аппарат были сделаны довольно давно. Еще в далеких 80-х годах прошлого века, немецкая компания OTRAG заявила о намерении создать то, что получило название Common Rocket Propulsion Units (CRPU).
Ракета эта заметно отличалась от используемых в то время многоступенчатых систем: принцип ее действия был основан на использовании параллельных, а не последовательных, ступеней. Компания разработала унифицированные ракетные модули — трубки диаметром 27 сантиметров и длиной около 6 метров. Четыре таких трубки, установленные одна над другой, превращались бы в 24-метровый топливный бак, на одном из концов которого устанавливался ракетный двигатель. Эти модули, в свою очередь, объединялись в концентрические слои, образующие ступени ракеты: роль первой ступени выполнял внешний слой, роль последней — самый внутренний. После отработки блоков каждой ступени, они должны были сбрасываться уменьшая массу и обнажая внутренние слои — примерный процесс старта показан на рисунке справа.

Компания провела несколько пробных запусков одиночных ступеней, но дальше этого дело не пошло — в середине 80-х проект был закрыт, во многом — из-за политического давления.

Roton

Теперь переместимся на десяток лет вперед и несколько тысяч километров западнее, в пустыню Мохаве на западе США.

Частный космос — Per aspera ad astra
KMVH — аэродром Mojave Air and Space Port

Здесь в конце 90-х человек по имени Гари Хадсон (Gary Hudson) основывает компанию Rotary Rocket, ставя перед собой амбициозную цель построить одноступенчатый многоразовый пилотируемый космический аппарат. Хадсон считал, что его творение сможет снизить цены запуска грузов на низкую околоземную орбиту в 10 раз.

Изначальная задумка была весьма интересной. Хадсон и его партнер Бевин МакКинли (Bevin McKinney) собирались объединить традиционный космический аппарат с неким подобием вертолета. КА должен был иметь ротор, на концах лопастей которого имелись специальные сопла — своего рода миниатюрные ракетные двигатели; концевые струи из этих сопел и должны были приводить лопасти в движение. Этот ротор планировалось использовать на начальной стадии запуска для того, чтобы поднять КА в воздух. Затем, после достижения высоты, на которой аэродинамический полет подобной схемы становился непрактичным, в дело должны были вступить ракетные двигатели, а ротор играл бы роль гигантского турбонасоса. Изначально компания планировала использовать уникальный вращающийся клиновоздушный двигатель, в чем-то аналогичный двигателю ракеты Н-1, разработанной в 60-х годах в СССР.


Один из пробных полетов

Расчеты показали, что такой подход действительно немного увеличивало удельный импульс, но лишь настолько, чтобы «бесплатно» поднять массу самого ротора. Иными словами, ротор не давал никакого преимущества при запуске, но и никак не мешал. Так для чего же он тогда нужен, спросите вы. А нужен он был для совершения посадки. Традиционные схемы, использовавшиеся тогда (да и сейчас недалеко ушли) для мягкой посадки КА, представляли собой либо парашютную систему, либо крылья. Вертолетная посадка имеет по сравнению с ними ряд преимуществ. Парашюты, в отличие от винта, не дают никакой возможности управлять процессом снижения, а аппарат с крыльями и «самолетной» посадкой зависит от инфраструктуры — ему для посадки требуется полоса. К тому же, вес ротора меньше веса крыльев примерно в 5 раз.

Увы, мечтам Хадсона также не суждено было сбыться. В 2001 году компания обанкротилась, а созданный ими для проведения атмосферных тестов аппарат Roton сегодня украшает собой космический центр в Мохаве в качестве вечного памятника.

Частный космос — Per aspera ad astra
Roton сегодня. Он довольно высокий — 19 метров

NASA, правительство и деньги

Как я уже говорил, космические запуски дороги. Более того, они очень дороги. Если верить википедии, то запуск Шаттла обходился в 500 миллионов долларов. Запуск Союза — примерно в 50-70 миллионов. Протон — 25-100 миллионов. Атлас-5 — 180 миллионов. Это немаловажная причина того, что запуски так долго оставались прерогативой правительств.

Во времена Холодной Войны, когда NASA изо всех сил стремилось обогнать СССР в лунной гонке, его бюджет разросся до невероятных размеров — в начале 70х он составлял почти 5 процентов всего национального бюджета США. Сегодня NASA получает примерно в 10 раз меньше — около 17 миллиардов долларов в год. Это заставляет их предпринимать различные меры по сокращению расходов. Одной из таких мер является заключение контрактов с частными коммерческими компаниями. И если раньше подобные контракты предусматривали полный контроль правительства над разработками, то сегодня NASA выступает исключительно в роли покупателя технологий, а не ментора-надзирателя.

Конечно, такие контракты — лакомый кусочек, поэтому молодые и амбициозные компании хотят заполучить их, оторвав значительный кусок рынка у таких исполинов как Boeing или Lockheed Martin.

Пожалуй, самой известных из таких частных компаний является SpaceX. На Хабре довольно много статей, посвященных этой фирме; например, можно найти кучу весьма впечатляющих видео с запусками Grasshopper.

SpaceX

Основатель SpaceX Элон Маск, который заодно является и основателем Tesla Motors, говорил, что всегда хотел изменять мир, а космос — это именно то, что изменит мир в наибольшей степени. SpaceX прошла долгий путь от своего основания в 2002 году до момента, когда она стала первой коммерческой компанией, сумевшей вывести на орбиту и удачно вернуть на Землю космический аппарат, а так же первой компанией, КА которой совершил стыковку с МКС.

Частный космос — Per aspera ad astra
Маск на фоне Falcon 9

Первым шагом компании стала ракета Falcon 1, из пяти запусков которой успехом завершилось два. В сентябре 2008 года ракета впервые достигла орбиты с массоразмерным макетом на борту, а через полгода вывела на орбиту спутник RazakSAT.

За Falcon 1 последовала Falcon 9. Превышающая Falcon 1 по размерам более чем в два раза, именно двухступенчатая Falcon 9 ознаменовала успех компании. Эта ракета способна выводить грузы как на низкою околоземную (до 12 тонн полезной нагрузки), так и на геосинхронную орбиту (до 4 тонн). При этом, стоимость вывода килограмма груза на низкую орбиту составляет около 4000 долларов, и по словам Маска эту цифру вполне реально снизить до отметки в 1000 долларов. К 2015 году SpaceX собирается сделать возможным полное повторное использование первой ступени за счет технологий посадки на тяге двигателей, которые оттачиваются сейчас на ракетах Grasshopper. Затем в планах компании – сделать всю ракету многоразовой, что позволит еще больше снизить стоимость запусков.


Запуск Falcon 9

Помимо средств доставки, в активах SpaceX числятся и, собственно, космические корабли. Во-первых это, конечно же Dragon – именно он пристыковался к МКС 25 мая 2012 года. Это многоразовый корабль, возвращение которого на Землю происходит путем приводнения в океане. В планах SpaceX – оснастить его системой вертикальной посадки, использующей тягу 18 ускорителей, которыми оборудован “Дракон”.

Частный космос — Per aspera ad astra
Наконец, у компании есть проект Red Dragon – посадочный модуль, который теоретически можно доставить на Марс уже к 2018 году. По предложению компании, он должен доставить на Красную Планету оборудование для сбора образцов и их возвращения на Землю. К сожалению, по состоянию на осень 2013 года, у NASA нет планов финансировать этот проект из-за бюджетных ограничений. Впрочем, SpaceX и так имеет ряд выгодных контрактов с NASA, последний из которых, предусматривающий 12 запусков к МКС в течение следующих нескольких лет, принесет SpaceX почти 1.8 миллиарда бюджетных денег

Sierra Nevada

Естественно, SpaceX — это не единственный претендент на контракты NASA. Например, компания Sierra Nevada, разработавшая корабль многоразового использования Dream Chaser – своего рода замену Шаттлам – получила от Агентства ряд крупных грантов, общая сумма которых приближается к 500 миллионам долларов.

Частный космос — Per aspera ad astra
Dream Chaser

Dream Chaser представляет собой аппарат вертикального взлета и горизонтальной аэродинамической посадки; он может доставить до 7 человек на низкую околоземную орбиту. Запуски планируется производить, используя ракету-носитель Атлас-5. Еще стоит отметить, что корабль можно использовать и для суборбитального полета – в целях космического туризма.

Конфигурация Dream Chaser позволяет снизить перегрузки при входе в атмосферу до 1.5g, что весьма и весьма немного. Более того, для посадки ему не нужно никакой специальной инфраструктуры – он может приземляться на любую ВПП, способную принимать коммерческие авиалайнеры. Кстати, именно Sierra Nevada разрабатывали двигатели для SpaceShipOne, который в 2004 году получил Ansari X-Prise как первый частный летательный аппарат, преодолевший линию Кармана.

26 октября 2013 года, то есть совсем недавно, состоялся первый пробный свободный полет Dream Chaser. Аппарат с помощью вертолета подняли на высоту около 4 километров и сбросили вниз. В его задачу входило самостоятельно добраться до ВПП и произвести автоматическую посадку; длительность полета должна была составить около минуты. После отрыва от вертолета, Dream Chaser успешно добрался до аэродрома, идеально точно выровнялся над осевой полосы, и начал производить посадку, однако по каким-то причинам у аппарата не вышла левая стойка шасси, и после касания полосы он завалился на бок и съехал в пустыню.


Тот самый полет Dream Chaser

Наблюдать за ним после съезда с полосы было почти невозможно из-за большого количества поднятой пыли. Однако когда специалисты стали осматривать корабль, они обнаружили, что кабина не повреждена, а все оборудование исправно работает.

Не стоит думать, однако, что NASA полностью перешла на поддержку частных разработок. «Старая гвардия» — те компании, которые годами получали оборонные контракты в аэрокосмической сфере — тоже не прочь ухватить свой кусок пирога. Пожалуй самый сильный игрок среди них – это United Launch Alliance, совместное предприятие Boeing и Lockheed-Martin. У этих ребят есть огромный опыт — Локхид занимался, в числе прочего, разработкой ракет Атлас-5, о которых я уже упоминал выше, а Boeing — разработкой ракет семейства Delta. Всето не мешает, однако, частному космосу успешно расширять сферы своего влияния.

Blue Origin

Еще одним игроком, на этот раз сосредоточенным на космическом туризме, является компания Blue Origin, основанная со-основателем Amazon Джефом Безосом. Изначально компания поставила перед собой амбициозную цель осуществлять по одному суборбитальному запуску в неделю уже в 2010 году. К сожалению, такие планы оказались слишком оптимистичными. Сроки были сдвинуты на 2011 год для беспилотного, и 2012 год для пилотируемого полетов. Но и в эти рамки компания не уложилась. По состоянию на конец 2013 года, новой информации о ориентировочных датах первого запуска, увы, нет.

Но что же есть в активе Blue Origin? Во-первых, им нельзя отказать в энтузиазме. Безос еще в школе мечтал о космосе, а в 18 лет говорил о том, как хочет запускать космические отели и парки развлечений, чтобы на орбите могли одновременно находиться до 2-3 миллионов человек. Во-вторых у них есть и несколько успешных проектов.

Первой разработкой Blue Origin стала система Charon, которая 5 марта 2005 года успешно поднялась на высоту около 100 метров, а затем совершила контролируемую посадку в точке старта. Вторым шагом стал аппарат Goddart, впервые взлетевший в ноябре 2006, и совершивший, согласно данным FAA, еще два пробных запуска.

Одной из основных разработок компании является корабль New Shepard, предназначенный для суборбитальных полетов. По задумке, управление кораблем полностью должно осуществляться бортовым компьютером. Первый тестовый полет состоялся 24 августа 2011 года, и закончился неудачей – по сообщениям компании, на высоте 14 километров и скорости 1.2 Маха аппарат вышел за допустимые значения углов атаки, и система безопасности отключила двигатели. Это еще одно напоминание о том, что космос не прощает ошибок.


New Shepard

В конце 2012 года, компания успешно провела испытания по аварийному отстрелу капсулы от макета ракеты-носителя. Капсула поднялась на высоту около 700 метров, а затем успешно совершила мягкую посадку при помощи парашютов.

Есть у Blue Origin и проект орбитального космического аппарата многоразового использования. Любая подходящая многоразовая ракета-носитель должна вывести корабль на суборбитальную траекторию, после чего вернуться на Землю. Сам же космический аппарат, используя собственные двигатели, должен продолжить ускорение до достижения заданных параметров орбиты. Вход в атмосферу и посадка должны обеспечиваться средствами, аналогичными таковым у New Shepard. На сегодняшний день, компания успешно провела тесты двигательных установок.

Естественно, Blue Origin успешно сотрудничает с NASA, получив от Агентства около 30 миллионов долларов на различные этапы разработок, в основном речь идет о работах над двигательными установками.

Курс на Марс!

Ну а как же наша любимая Красная Планета? Ведь наверное межпланетный полет – дело гораздо более сложное, и недоступное для частных компаний?

Не совсем.

Во-первых, все вы должно быть слышали о Mars One. Этот амбициозный проект, задуманный Басом Лансдорпом, уже стартовал, и даже собрал больше 200 тысяч добровольцев, готовых поучаствовать в отборе претендентов на пилотируемый полет, который должен состояться в 2022 году. Кстати, для полета к Марсу компания планирует использовать модифицированный вариант Mars One Dragon от SpaceX. Ну а поднять с Земли его должна будет ракета Falcon 9 Heavy той же компании.

Первые беспилотные запуски по программе Mars One запланированы уже на 2018 год, так что ждать осталось не долго.

Создатели проекта уверяют нас, что стоимость отправки людей в один конец, и снабжения их всем необходимым до самой смерти, не превысит 6 миллиардов долларов. Из всего этого также хотят устроить грандиозное реалити-шоу, на средства от показа которого и планируется профинансировать экспедицию.

Частный космос — Per aspera ad astra
Примерно так создатели проекта представляют себе марсианскую колонию

Хотя в списке советников проекта значится достаточное количество специалистов, многие все-же весьма скептически относятся к этой затее, считая, что у основателей Mars One нет достаточно глубокого понимания всех проблем, с которыми придется столкнуться. Время покажет, кто прав.

Но Mars One – не единственная частная попытка отправить людей на Марс. Например, первый космический турист Деннис Тито основал несколько месяцев назад организацию Inspiration Mars, целью которой является запустить в 2018 году экспедицию для облета Марса и возвращения обратно на Землю.

Полет, высота перицентра которого составить 160 км от поверхности Марса, должен будет продлиться 501 день. Экипаж из двух человек попытается воспользоваться сближением Марса и Земли, которое произойдет в 2018 году, и позволит максимально снизить затраты топлива на полет.

Тито и его соавторы составили документ, описывающий техническую сторону экспедиции, и направили его на рассмотрение в IEEE. Однако в связи с произведенными ими расчетами возникает ряд вопросов. Так, например, ни один из существующих носителей не подходит для вывода на орбиту модулей такого веса и размера, которые указаны в отчете. Для старта можно было бы использовать систему SLS NASA, но маловероятно, что она будет закончена к 2017 году.

Частный космос — Per aspera ad astra
Жилая капсула и возвращаемый модуль, в представлении художника

Этот проект, как и Mars One, подвергается некоторой критике. Так, например, в одной из статей журнала Economist поднимается вопрос о воздействии космической радиации во время полета, а так же о безопасности возвращения на Землю в связи с высокой скоростью входа в атмосферу Земли на обратном пути.

С другой стороны, Роберт Зубрин, президент Mars Society, считает, что проект технически вполне осуществим, а главной проблемой является добыча необходимых средств.

Представители же NASA отмечают малое количество оставшегося до предполагаемого запуска времени, космическую радиацию, а также проблемы психологии и физиологии пребывания экипажа в ограниченном пространстве на протяжении 500 дней. В любом случае, как и в ситуации с Mars One, ответы мы узнаем довольно скоро – ведь до 2018 года осталось совсем немного.

За пределами США

Частный космос не ограничивается только США. К примеру, английская компания Excalibur Almaz заявила о готовности начать коммерческие полеты вокруг Луны уже в 2015 году. Их корабль уже провел 9 успешных пробных полетов, и основной проблемой, по заявлениям представителей компании, является сейчас получение всех необходимых лицензий.

Космический аппарат, разрабатываемый Excalibur Almaz, сделан на основе возвращаемого аппарата Транспортного Корабля Снабжения, разработанного в СССР в 70-х годах прошлого века, причем “сделан” в буквальном смысле. В 2011 году компания получила два корпуса КА, использовавшиеся в программе “Алмаз”, и планирует “Использовать эти модули для того, чтобы предоставить дополнительное пространство для туристов и исследователей”. Они примерно соответствуют модулю Звезда из российского сегмента МКС, то есть будут предоставлять около 95 кубических метров пространства при собственном весе порядка 29 тонн. Вся электроника модулей будет полностью заменена на современную.

Частный космос — Per aspera ad astra
Облет Луны кораблем компании, в представлении художника

При этом, представители компании также отмечают, что за счет модернизации уже многократно проверенны решений вместо разработки с нуля, им удастся сэкономить суммарно около 2 миллиардов долларов. Запуски планируется осуществлять с космодрома Байконур на ракетах Протон.

Отдельного упоминания также заслуживает и Copenhagen Suborbitals – некоммерческая организация из Дании, основанная в 2008 году.

Первой разработанной этой ими крупной ракетой стала HEAT-1X. Она представляет собой одноступенчатую ракету длиной в 9 метров и диаметром в 64 сантиметра, запуск которой был произведен 3 июня 2011 года. Ракета успешно стартовала и успела набрать высоту в 2.8 километра, когда двигатель пришлось дистанционно отключить с земли из-за превышения ракетой допустимого отклонения по вертикали.

Частный космос — Per aspera ad astra
Heat 1X на стартовой платформе

Затем последовали ракеты SMARAGD и Sapphire, запущенные в 2012 и 2013 годами соответственно. Запуск первой из них прошел лишь частично удачно – через некоторое время после старта отказала электроника. Зато запуск второй, которая была предназначена для отработки системы управления полетом, прошел без каких-либо проблем. Конечной целью компании является разработка ракеты Heat-1600, подходящей для суборбитального полета.

Одновременно с этим, компания разрабатывает и пилотируемые капсулы. Первый блин вышел комом – проект экспериментальной капсулы Tycho Brahe, космонавт в которой должен был находиться стоя, был отвергнут после первого испытания на манекене из-за слишком больших вертикальных перегрузок во время запуска.

Вторая капсула была запущена в рамках проверки системы аварийного спасения. Она успешно отделилась и выпустила парашюты, однако, из-за аэродинамической неустойчивости она не успела набрать безопасную высоту, в результате чего парашюты не успели наполниться воздухом, и капсула упала в воду, получив при этом некоторые повержения.

Важно понимать, что сотрудники этой организации являются добровольцами, и никто из них не является профессионалом ракетостроения. Учитывая это, а также тот факт, что работают они, фактически, на пожертвования и собственные средства, то тот факт что им удалось построить полноразмерную ракету – весьма и весьма значительное достижение.

В России же ярким представителем частного космоса является компания Даурия Аэроспейс, у которой есть свой блог на Хабре, и о успехах которой вам еще не раз, наверное, расскажет Zelenyikot.

Заключение

Итак, сегодня частный космос – это уже не фантастика, а реальность. Конечно, это титанический труд. Например Маск, которому приходится одновременно руководить и SpaceX, и Tesla, говорит, что “Все сложно, когда дела идут хорошо, и невероятно сложно если что-то идет не так”, и он, без сомнения, прав. Космос не прощает ошибок. Стоит лишь немного ошибиться – и все усилия могут пропасть даром. В этом бизнесе от успеха до неудачи даже не один шаг – а гораздо меньше. Но мы, конечно, будем надеяться, что все это выльется во что-то большое и серьезное. Что запуски будут дешеветь, а их надежность расти, и через несколько лет или десятилетий каждый из нас сможет позволить себе слетать разок в Космос.

Автор: Singerofthefall

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js