Что является самым большим достижением космонавтики? Может быть, выход человека в космос или его полёт на Луну? А вот и нет. Самым большим достижением, в буквальном смысле этого слова, является сверхтяжёлая ракета. Огромная стометровая конструкция массой в тысячи тонн и стоимостью в сотни миллионов долларов… Да, такова цена прогресса… и полёта на Луну.

Но зачем людям нужны подобные монстры? В середине прошлого века ответ был очевиден — для полётов к Луне, а в скором времени и к Марсу. Но как мы знаем всё дело окончилось на естественном спутнике Земли, а к Красной планете летают лишь роботы. Зато какие были планы! А что сейчас?

На самом деле сегодня поменялось немногое. Люди вновь хотят оказаться на Луне и всё-таки добраться до Марса. Но концептуальная проблема осталась всё та же — деньги. Сверхтяжёлая ракета — это проект эпохального масштаба, в который были вложены огромные человеческие ресурсы, а, значит, и деньги. Это в свою очередь означает, что они должны как-то окупаться. Если расходы на те же ядерные ракеты обоснованы военно-политической необходимостью — именно они сегодня гарантируют мир между крупнейшими державами, то расходы на лунную миссию очевидны далеко не всем. «Зачем тратить деньги ради пары часов лунных прогулок и пары центнеров реголита?».

Это справедливый вопрос. Во времена Холодной войны он также стоял, правда, тогда политическая необходимость играла первостепенную роль. Американцы пытались обогнать русских на Луне и это давало нужную мотивацию для всё больших ассигнований проектов NASA. Но после нескольких удачных миссий изначальный вопрос вновь стал обсуждаться. И после ещё нескольких полётов программу «Аполлон» завершили.

Так как же добиться реальной окупаемости в условиях отсутствия политической? Создавать спутники. Как военные, так и гражданские. Причём такие или в таком количестве, что сверхтяжёлый носитель представлялся бы наиболее оптимальным способом их вывода в космическое пространство. Кроме самих нагрузок, необходимой характеристикой окупаемости является стоимость носителя. То есть расходы на его строительстве и запуск. Их снижение является едва ли не самой сложной задачей в создании действительно актуального сверхтяжёлого носителя. Фактически, мне видится лишь один оптимальный путь — внедрение многоразовости в ракету. Хотя бы частичной.

При соблюдении этих двух основных условий: создание нагрузки и снижение затрат на запуск, сверхтяжелый носитель надолго займёт место в ряде обычных ракет, превратившись, собственно, в ту же самую обычную ракету, которые у нас летают сотнями. Это, в свою очередь, позволит реализовывать и проекты полётов к Луне и к Марсу — ведь ракета уже есть. Вам нужна будет только непосредственно научная компонента вашей миссии. Всё.

Резюмируя: сверхтяжелый носитель — это не какой-то разовый сверхпроект. Нет. При грамотной концепции такая ракета может стать актуальной на много десятков лет. Теперь давайте поговорим, собственно, о проектах таких носителей. Сравнивать мы будем пример полного воплощения вышеназванной концепции (Starship от SpaceX) и пример создания проекта по старым лекалам (SLS от NASA).

Starship SpaceX

Немного истории

Прежде чем перейти непосредственно к  Starship , давайте в двух словах осветим историю компании SpaceX. В 2002 году Илон Маск основал космическую компанию, целью которой было снижение стоимости полёта в космос. Глобальной целью "спейсов" была и остаётся колонизация Марса и создание там города с населением в миллион человек.

После первой ракеты Falcon 1, компания смогла получить контракт NASA на разработку более тяжелого носителя, коим стал Falcon 9. Первый запуск состоялся в 2010 году, а спустя 5 лет компания смогла вернуть первую ступень Сокола на посадочную платформу. С этого момента началось постепенное замещение новых ускорителей на б/ушные. Да, небыстро (так, первый полёт с использованием летавшей ступени состоялся лишь через несколько лет. А уж сколько было аварий!), да, не без проблем, но процесс шёл. Так, сегодня порядка 92% запусков Falcon 9 приходится на уже ранее летавшие ступени. Эта статистика доказала принципиальную возможность создания эффективных многоразовых ракет.

Ещё в 2010 году Маск анонсировал сверхтяжелые носители. Работа над ними начались несколько лет спустя. Первым представителем новых ракет была ракета Falcon Heavy — SpaceX объединили три ступени Falcon 9, и получилась система, которая может вывести больше 60 тонн (!) в одноразовом варианте. В максимально многоразовом варианте (3 ступени возвращаются) на орбиту выводится до 30 тонн груза. Для сравнения, обычная ракета Delta IV Heavy при кратно большей цене запуска выводит те же 30 тонн. Также есть вариант возвращения только боковых ускорителей. В общем, очень многофункциональная машина.

Не ракетами едиными. Вместе с Falcon 9 SpaceX разработали космический корабль Dragon для доставки грузов на МКС. Он исправно снабжал станцию в течение 10 лет, после чего его заменил Crew Dragon — корабль, который вернул США возможность самостоятельно запускать людей в космос. Его характеристики позволяют принимать на борт до 6 человек. Не забыли и о многоразовости. Корабль после возвращения подвергается тщательному ТО и вновь отправляется в космос. SpaceX уже прекратили производство новых "драконов" — имеющегося корабельного парка достаточно для удовлетворения текущих потребностей NASA.

На сегодняшний день SpaceX является крупнейшим оператором США в сфере космических запусков. Компания Маска запускает порядка 60 ракет в год — это лидирующие показатели в отрасли.

Теперь можем перейти к нашему герою, а именно к сверхтяжелой ракете Starship. Что она из себя представляет?

Устройство Старшипа

Вот вся эта огромная бандурина и есть Starship собственной персоной. А ещё Старшип — это чёрная часть этой водокачки. Да, вся система носит название головного корабля. А первая ступень — это Super Heavy. Бустер увенчан 33 Рапторами — мощнейшими кислород-метановыми двигателями собственной разработки SpaceX. Вся конструкция имеет длину в 120 метров и стартовую массу под 5000 тонн! По заявлениям Маска ракета может вывести до 150 тонн на орбиту Земли в многоразовом варианте и до 250 тонн в одноразовом. Стоимость запуска за счёт полной многоразовости (о которой ниже) по расчётам будет варьироваться в интервале 2—20 млн долларов. Однако реальная стоимость обслуживания в будущем может оказаться существенно больше.

Так как корабль планируют использовать по его прямому назначению: для полётов людей на Марс, его внутренние габариты предусматривают комфортное размещение порядка 100 человек на время полёта к Красной планете. У людей будет возможность не только нормально питаться, но и организовать досуг и работу. Полёт до Марса неблизкий, его продолжительность составит до года, и в это время людям нужно будет чем-то себя занимать, а не только созерцать безликую пустоту.

Илон планирует разместить в корабле около 40 кают, где с комфортом можно размещать по 2-3 человека. В общем — 100 человек. Остальное пространство занимают бытовые, рабочие и досуговые помещения. И ещё одно важное место: специальное укрытие для защиты от солнечных вспышек.

Полёт Starship

Как же эта «труба» летает? Всю основную работу проделывает, естественно, Super Heavy. Поднимая ракету со стартового стола, он немного наклоняет систему по отношению к плоскости земной поверхности и выводит корабль на основную траекторию полёта. После происходит разделение, и Super Heavy начинает управляемый спуск с дальнейшей посадкой на стартовый стол. В этот момент начинается ТО бустера и его подготовка к следующему полёту.

Космический корабль продолжает полёт и выходит на орбиту Земли. Доставив груз к нужной точке, Старшип также начинает управляемый спуск через атмосферу Земли. Для этого его корпус болье чем на половину покрыт термоплитками, как это было у Шаттла и Бурана. Но у него нет шасси, поэтому садиться он будет на двигатели. На высоте в несколько километров от Земли бортовой компьютер запускает двигатели для манёвра Belly Flop — перевод Старшипа из горизонтального положения в вертикальное. И посадка. После приземления начинается ТО и подготовка к следующему полёту (неожиданно, да?).

Кстати, подготовка к запуску, а именно монтаж двух частей системы, производит огромная механическая рука на стартовом столе. Мехазилла. Она же должна помогать Super Heavy садиться, цепляя бустер за решетчатые рули стабилизации.

Собственно вот анимация полёта на Марс:

SpaceX всего планирует 4 версии корабля:

• Космический корабль Starship — полностью многоразовая система для людей и грузов. Орбитальное такси для всех-всех-всех. Летает на околоземную орбиту, к Луне, ну и к Марсу, конечно же.

• Лунный посадочный модуль или же Starship Lunar. Эта версия корабля будет использоваться в рамках лунной программы США «Артемида». Она без термоплиток и с измененным расположением двигателей для посадки на лунный реголит. То есть да, корабль не предназначен для посадки на Землю и оперирует только в космическом пространстве. Это вообще весьма интересный проект с любопытной историей.

• Топливный танкер (Starship Tanker). По названию понятно — тащит топливо для орбитальной заправки. Она нужна для дальних полётов к Марсу и дальше.

• Транспортный корабль (Starship Cargo). Его задача — доставка самых больших, объёмных и тяжёлых грузов на разные орбиты. Планируемый грузовой отсек будет больше телескопа Хаббл.

Итого имеем универсальную, полностью многоразовую сверхтяжёлую систему с широкой линейкой модификаций. Её заявленная стоимость невелика, и, даже если она будет отличаться на порядок, это всё равно будет очень и очень хороший результат, которого до селе не было среди ракет этого класса. То есть один пункт нашей концепции выполнен — приемлемая стоимость. А что по нагрузкам? Ведь деньги для полёта на Марс не из воздуха появятся.

Экономика Starship

На этот вопрос отвечает ещё один проект компании SpaceX, о котором мы ранее умолчали, — спутниковая система Starlink.

Илон Маск хочет создать спутниковый интернет, который был бы доступен по всему земному шару. Австралия, Индия, Канада, Арктика или Антарктика — везде человек должен иметь возможность выйти в сеть. Для этого необходим пользовательский терминал, который автоматически настраивается на спутник, и, собственно, средство приёма сигнала от терминала — телефон, планшет, ноутбук и т. д. При этом, понятное дело, пользоваться такими возможностями будут не только мирные граждане, но и военное командование, т. е. Пентагон.

Для реализации этого проекта требуется более 42 000 спутников — это колоссальное число спутников тот же Falcon 9 будет выводить десятки лет. В один момент Сокол просто перестанет пополнять группировку и будет стараться поддерживать её численность — начнёт сказываться срок службы спутников.

Для полноценного развёртывания Старлинка как раз таки и нужен Старшип. Его огромный грузовой отсек позволяет вмещать около 400 спутников, что в 6-7 раз больше возможностей Falcon 9. Это позволяет вывести все 42000 спутников за 105 запусков. Так что лет за пять весь процесс может завершиться. Уже сейчас компания получает хорошие деньги за счёт Старлинка, а через несколько лет прибыль пойдёт на миллиарды долларов в месяц. И тогда деньги на такой капитальный проект, как полёт на Марс, появятся.

Из этого и складывается экономика Старшипа — когда он войдёт в эксплуатацию, у него уже будет расписан график задач на несколько лет вперёд. А дальше уже подоспеют разного рода контракты от NASA и Пентагона. Точнее, от NASA они уже есть. Это упомянутый ранее Lunar Starship. Коммерческие компании также вступают в дело. Известно как минимум об одном контракте на доставку орбитальных спутников Старшипом.

Первые испытания и развитие проекта

Как развивается проект и какие дальнейшие планы? Стратегические сроки проекта, озвучиваемые Маском, крайне редко имеют какое-либо отношение к реальности. Это неудивительно для отрасли в целом. Можно смело брать любое заявление и сдвигать его вправо на пару лет. Так, по старым заявлениям Илона к Марсу мы должны отправиться уже в следующем году! Надо ли говорить о реальности подобных сроков?

Ну да ладно. В целом, проект динамично развивается. С 2019 года SpaceX отстроили огромную испытательную площадку в Бока-Чика, которая уже фактически стала космодромом Starbase. На ней было множество раз испытаны двигатели, ускоритель, сам космический корабль (главным образом трюк Belly Flop) и, в конечном итоге, полностью готовая система Starship. Первоначально полёт шёл ± стабильно, да, двигатели выключались, но ракета шла вверх. На высоте в 39 км произошёл взрыв. Как оказалось, за минуту до достижения этой точки контроль над ракетой был потерян, и была выслана команда на самоликвидацию. Испытание завершилось.

Основные цели были достигнуты — корабль не взорвался на стартовом столе, оторвался от него и пролетел несколько десятков километров. По заявлениям компании, прочность конструкции даже превзошла их ожидания. Маск говорит, что следующее испытание планируется провести в течение осени, в реальности, я думаю, сроки можно спокойно сдвигать на конец 2023 или начало 2024 года. Там и посмотрим на новые результаты. Ввод в полноценную эксплуатацию напрямую зависит от результатов этих испытаний. Так что, при условии успешного прохождения этого и следующих 1-2 испытаний, можно ожидать первые полёты со спутниками Starlink. Это может произойти в период с 2025 по 2027 год, думаю, так.

Старшип сочетает в себе два указанных требования к актуальному на долгие годы сверхтяжелому носителю. Это снижение стоимости запуска за счёт применения принципа многоразовости и создание соответствующей нагрузки для регулярных полётов ракеты. Получается доступная космическая система, предназначенная, в первую очередь, для реализации текущих нужд государственных структур и целей самой компании SpaceX, и способная реализовать самые смелые устремления человечества в Солнечной системе. Всё это делает Старшип концептуальным совершенством в нынешней космической отрасли.

Space Launch System — сверхтяжелый проект NASA

История SLS

В 2003 году произошла катастрофа шаттла "Колумбия". Космический челнок при спуске в атмосферу начал разрушаться и в конечном итоге полностью сгорел. Десятки тысяч обломков были разбросаны на просторах США. В этой трагедии погибло 7 астронавтов NASA.

С этого момента правительство США приняло решение: программу «Спейс Шаттл» сворачивать. Причем катастрофа Колумбии была, скорее, поводом начать закрытие — ещё после аварии Челленджера было понятно, что «Шаттл» провалился. Непомерные расходы на обслуживание и запуск, проблемы с безопасностью корабля — всё это было постоянным спутником американских челноков. Около полумиллиарда долларов за запуск 20 тонн и 4-7 человек. Это крайне… непрактично. Фраза «Поехать на КАМАЗе до ларька» в случае Шаттла актуальна как никогда.

К 2012 году программу свернули, и челноки разъехались по музеям, но уже в нулевые стали думать, что делать вместо Шаттла. Ведь США нужна была какая-то стратегическая цель. Джордж Буш в 2004 году начал программу Созвездие, конечной целью которой являлась экспедиция к Марсу.

Решили создавать семейство РН Ares. Оно планировалось из нескольких разных ракет, которые собирались по принципу модульности. В основном работа шла по младшей ракете — Ares I и старшей — Ares V. Но оба проекта были отменены в 2010 году. Ares V преобразовали в Space Launch System — сверхтяжелую систему, основанную на технологиях Шаттла. Кроме «бога войны», NASA создавало космический корабль Orion и лунный посадочный модуль (он был также отменён).

В итоге после 2010 года у NASA остались только SLS и Orion — две ракеты, для полёта на Луну. С этого момента официально началась их долгая и тяжёлая история. А так, эти проекты идут с 2004 года. Орион первый раз слетал в космос в 2014 году. В целом, ок. А вот SLS…

Первый полёт новой ракеты был запланирован на 2017 год. В этот год ракета, понятное дело, не полетела. Не случилось этого и в следующий, и в последующий… И так до 2022 года. Срыв сроков первого полёта на пять лет. А деньги… Оооо, давайте и о них поговорим. Несмотря на заимствование технологий от Шаттла, общая стоимость проекта постоянно росла. Причиной роста была, в том числе, и политика самого национального агентства — NASА выделяло деньги на SLS и Orion по схеме «затраты плюс», т. е. «Вот эту сумму мы вам дадим на ракету и транспортник, но если что-то выйдет за её рамки, мы и это с радостью оплатим».

Звучит как отличный план хорошенько подзаработать. Так оно и вышло, собственно. Изначально стоимость программы оценивалась в 7 млрд долларов, но год от года сумма росла и росла. В конце 2020 года ценник перевалил за 20 млрд и он, понятное дело, продолжает расти. Для понимания — стоимость обслуживающей башни «фермы» ракеты составила 1 млрд долларов. Постройка Бурдж-Халифы, высочайшего здания современности, обошлась в $1.5 млрд. Кстати, именно столько стоит и сам запуск ракеты.

Полвека назад в похожую сумму обходился старт пятого Сатурна, но он и выводил на несколько десятков тонн больше и не брал технологии от предшественника, так как того просто не было.

Устройство SLS

Senate Launch System представляет собой классическую ракету, просто большую. Боковые твердотопливные ускорители, примыкающие к центральной ступени с 4 двигателями и космический корабль наверху конструкции — всё как всегда.

Тактико-технические характеристики базовой ракеты позволяют выводить на орбиту Земли порядка 95 тонн полезной нагрузки. Модификации в виде Block 1B, которая добавляет 4 ступень, позволяет довести выводимый груз до 110 тонн.

Не самые выдающиеся характеристики, особенно после Сатурна. Почему так? Смотрите, проект разрабатывается с использованием элементов почившего Шаттла. От него взяли много чего.

Начнём с двух белых твердотопливных ускорителей. На сегодняшний день они являются мощнейшими бустерами в истории космонавтики. Для увеличения эффективности им добавили две секции, облегчили конструкцию и убрали парашютную систему.

Между бустерами располагается центральная ступень. Её внешний вид напоминает подвесной топливный бак Шаттла. В реальности же это фактически полностью новая система. Так как в основании ступени находятся 4 двигателя RS-25, а сверху на неё опирается полезная нагрузка.

Движки, кстати, взяты также от Шаттлов. Их буквально сняли с летавших челноков, форсировали и воткнули в основание SLS. Но не Шаттлом едины, вторая ступень ракеты — это позаимствованный ускоритель от тяжелой Delta IV Heavy.

Во многом «каннибализм» по отношению к Шаттлу и повлиял на ограниченность характеристик SLS — это не полностью новая система, а эдакий Франкенштейн. Хотя идея более чем хорошая, кроме шуток. Не нужно разрабатывать множество систем — лишь модифицировать их и интегрировать в единый носитель. Казалось бы, задача несколько проще разработки с нуля. И по деньгам, и по времени. Но вышло как вышло.

Цели, задачи, экономика и немного будущего SLS

Главная цель SLS была, есть и остаётся одна – возвращение американцев на Луну. Также она обеспечивает возможность вывода больших грузов на околоземную орбиту и отправку дальних экспедиций к планетам Солнечной системы.

Задачи соответствующие: доставка на Луну 20-40 тонн полезной нагрузки, а также как минимум 4 человек в космическом корабле Orion. Это позволит осуществлять постройку и обслуживание как орбитальной окололунной базы, так и базы непосредственно на поверхности спутника. Также под SLS готовятся несколько научных экспедиций к внешним планетам Солнечной системы.

За счёт чего складывается экономика SLS? Так как это проект не частной компании, SLS не нуждается в строгой окупаемости. Ракета живёт за счёт бюджета NASA и навряд ли найдётся какая либо компания, которая захочет отправить на орбиту что-то за 1.5 млрд долларов.

На сегодняшний день SLS будет точно использоваться для полётов к Луне в рамках программы Артемида. Федеральное агентство приняло бюджет минимум на 8 полётов — с Artemis I по Artemis VIII. Планируются полёты по крайней мере до девятой Артемиды. В дальнейшем SLS, скорее всего, будет также летать с пилотируемыми экспедициями к Луне. Как писал выше, ведутся разговоры о полётах АМС к дальним краям Солнечной системы, прежде всего, к Урану и Нептуну.

Ииии… всё? В целом, да. От SLS не требуются какие-то сверхзадачи. Это ракета фактически под одну конкретную цель — Луну. Всё, остальное — побочки. Проблема в другом — в существовании Старшипа. Так как эти два монстра действуют в рамках одной космической программы — программы США, то их задачи во многом пересекаются. В отношении Луны, если быть точнее.

Starship Lunar, о котором писалось выше, является ещё одной ракетой для Луны. И несмотря на то, что это фактически посадочный корабль, в реальности он имеет все возможности отнять у SLS лунные миссии.

Смотрите, лунный Старшип запускается с Земли только один раз — у него нет термоплиток для возвращения. Он летит к окололунной станции Gateway и/или летит на поверхность спутника. Работа так и продолжается — Луна — Gateway. Вы спросите: «И как это помешает SLS, задача которой возить людей как раз таки на орбиту Луны? Они же просто дополняют друг друга!» А что если мы кое что изменим?. Например, Старшип будет летать не к окололунной станции, а к орбите Земли. То есть станет такси: Земля — Gateway — Луна. В таком случае необходимость SLS оказывается под большим вопросом. Зачем она нужна, если Старшип может забирать людей с околоземной орбиты и переправлять на окололунную?

Кроме того, полёты с людьми до орбиты Луны может осуществлять и обычный Старшип. Естественно, когда пройдёт соответствующую сертификацию (так как, скорее всего, Lunar Starship куда раньше примет на свой борт первых астронавтов).

В итоге может выйти так, что SLS останется на свалке истории через 10-15 лет с момента первого полёта. Её просто сметут конкуренты, если NASA, конечно, будет руководствоваться только экономическими интересами. А это навряд ли произойдет. Здесь имеет место как фактор обычного для США лоббизма, так и фактор резервирования систем, дабы в случае непредвиденной аварии Старшипа NASA могло положиться на свой носитель.

За полтора десятилетия NASA смогло всё-таки построить сверхтяжелую ракету. Space Launch System — вообще не самая совершенная с технической точки зрения ракета. Выводит всего 95 тонн груза, стоит больше миллиарда, задержки по срокам — огромные, и продолжаются до сих пор. Первый полёт в рамках программы Artemis I прошёл более чем успешно — было протестировано огромное количество систем и, более того, они были подвергнуты дополнительной нагрузке. Это подтвердило общую надёжность всей системы, и поэтому уже во второй Артемиде в капсулу космического корабля Orion сядут 4 астронавта и впервые в XXI веке полетят к Луне.

Концептуально эта ракета принадлежит к старой школе: одноразовая дорогая машина, которая выводит до 100 тонн груза. Её отличие от того же Сатурна заключается в том, что ракета фон Брауна делалась буквально с нуля — у неё не было предшественника, с которого она бы брала двигатели или ускорители. SLS взяла у Шаттла двигатели и два ускорителя, а на выходе получилась система, уступающая своему предшественнику буквально на десятки тонн.

Эпилог

Сравнивая лоб в лоб концепции двух ракет одной страны, мы видим фундаментальное различие между ними.

Starship — система нового времени с новыми подходами. Она старается стать доступной как для коммерческих компаний, которые более не могут себя ограничивать в массе, габаритах спутника и их количестве, так и для федеральных агентств, требованиям которых он также удовлетворяет. Этой цели он достигает за счёт своей полной многоразовости. А чтобы выжить, на первых порах Старшип будет возить Старлинк — ещё один мегапроект SpaceX. Это позволит обкатать все технологи системы и сделать её полностью пригодной сначала для грузовых полётов, а затем и для полётов с людьми на борту.

По прогнозам Маска, Старшип будет актуален как минимум 50-100 лет, и в целом, у этого заявления есть основания. Получится ли выдержать такой срок эксплуатации в реальности? Посмотрим.

Space Launch System — напротив, ракета, создающаяся по старым лекалам. Она нужна для глобального проекта, коим и является сестра Аполлона. Одноразовая и дорогая SLS строится уже полтора десятка лет. Только недавно ракета NASA отправилась в свой первый успешный полёт. В то же время более молодой и перспективный Старшип за лет 5 был собран практически с нуля и неоднократно испытан, а первая попытка орбитального полёта, пусть и неудачная, состоялась в апреле 2023 года, всего через 5 месяцев после запуска SLS! Хотя десятилетний разрыв в разработке ракет ещё и не преодолён, есть основания считать, что в ближайшие 2-3 года он будет ликвидирован.

Во многом из-за Старшипа будущее SLS туманно: мы можем с уверенностью говорить лишь где-то о десяти полётах к Луне в этом и следующем десятилетии — и всё в рамках Артемиды. А дальше? Вопрос открытый.

А вот SLS уже стартует ИРЛ Итого: Старшип концептуально выигрывает у Space Launch System. Концептуальное совершенство вкупе с довольно быстрой разработкой могут сделать его через 10-15 лет основной ракетой Америки, если не всего мира.

НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога: 
- 15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS