«С возвращением, детка!». Запись в микроблоге Twitter Илона Маска после успешного приземления первой ступени ракеты Falcon 9.
22 декабря 2015 года частная компания Space Exploration Technologies Corporation, или попросту SpaceX, принадлежащая миллиардеру, филантропу и гению Илону Маску, впервые в истории космонавтики совершила контролируемый возврат первой ступени ракеты носителя Falcon 9 после доставки полезного груза на земную орбиту. Это выдающийся подарок всем исследователям космоса – и вот почему.
Дело в том, что современные ракеты используют конструкцию из нескольких ступеней, которые по мере выработки топлива отсоединяются от аппарата. В зависимости от тоннажа груза и типа самого носителя на орбиту летают одно-, двух- и трехступенчатые ракеты. Увеличение количества ступеней дает эффект только до определенного предела, поэтому более четырех ступеней в современном ракетостроении не встретишь, да и это уже редкость.
В определенном смысле даже самолеты являются одноступенчатыми летательными аппаратами, которые сами себя возносят в небо, совершают полет и приземляются целиком, не сбрасывая ни отработавшие свое двигатели, ни пустые баки. Но одно дело – самолет, который движется по дуге над Землей, а другое дело – космический аппарат, которому необходимо пробить атмосферу и вылететь на орбиту. Таковому нужно намного больше мощности и скорости, чтобы преодолеть всю массу сопротивлений, которая будет на него действовать во время полета. Для того чтобы у ракеты хватило мощности, ее комплектуют несколькими двигателями, которые суммарно дают больший эффект, чем каждый по отдельности. А для них необходимо огромное количество топлива, которое занимает существенный объем и добавляет веса летательному аппарату. Вот и получается, что ракета в значительной степени везет сама себя и уже как бы по инерции захватывает тот самый полезный груз, который должна вывести на орбиту. Коэффициент полезного действия в итоге весьма невелик, но это единственный путь, который пока доступен человечеству для освоения космоса.
По словам Илона Маска, сегодня запуск одной ракеты Falcon 9 обходится порядка 60 млн. долларов. При этом стоимость топлива колеблется в районе 200 тыс. Разница, как говорится, налицо. Если «Фальконы» смогут летать в космос и возвращаться обратно хотя бы заявленные 10 раз, это сэкономит компании до полумиллиарда долларов только на одной ракете. При озвучивании таких сумм перспективы открываются поистине космические.
Снизить стоимость, а не эффективность
Существенным подспорьем в деле снижения стоимости постройки, запуска и обслуживания ракет стало бы повторное использование их отделившихся ступеней. Обычно отработавшие свое ступени при отсоединении принято сбрасывать в океан (или в другое безлюдное место).
С одной стороны, можно попробовать доставать их с океанского дна для починки и повторного использования. Однако удар о воду при падении с высоты разрушает конструкцию, да и холодная соленая вода не лучшим образом действует на раскаленные и привередливые маршевые двигатели.
С другой стороны, можно воспользоваться универсальным решением – спускать ступени на парашютах, как поступают с десантируемой техникой или даже с возвращающимися космическими капсулами и шаттлами. Но даже в этом случае часть ракеты весом в несколько тонн придется притормаживать специальными двигателями, чтобы она приземлялась без повреждений. И кстати, при использовании парашютного метода спуска о точном расчете места приземления можно забыть. Плюс к этому использование парашютов скажется на общем весе конструкции, что для космических полетов крайне важно.
Ну а если в итоге все равно придется использовать двигатели для торможения при приземлении (и, соответственно, давать запас топлива на это), то почему бы не подумать о вертикальном приземлении первой ступени на собственных двигателях?
Долгая дорога к успеху
Мысль о многоразовом одноступенчатом космическом корабле начали пытаться претворить в жизнь в 90-х годах прошлого столетия. Компания McDonnell Douglas тогда билась над созданием одноступенчатого аппарата Delta Clipper, который должен был выполнять полеты к орбите и возвращаться на Землю в целости. Однако при всем потенциале идеи компания не преуспела – специалисты так и не сумели грамотно решить задачу приземления аппарата. В итоге недостаток финансирования привел к сворачиванию перспективного проекта.
И вот, спустя 20 лет с первых запусков Delta Clipper, уже частная, а не государственная компания SpaceX сумела совершить прорыв в космических полетах. Первая ступень ракеты-носителя Falcon 9 вывела на орбиту полезный груз и вернулась в заданную точку на мысе Канаверал, чтобы без каких-либо повреждений совершить вертикальное приземление.
Начиная с 2013 года все первые ступени Falcon оснащаются полным комплектом оборудования, необходимого для контролируемой вертикальной посадки. Декабрьский успех SpaceX стал результатом кропотливой работы и вдумчивого анализа проведенных ранее тестов и попыток вернуть первую ступень на Землю неповрежденной. Для осуществления мягкой посадки SpaceX создали автономные беспилотные корабли-космопорты, а если проще – две плавучие баржи 90х50 м для посадки своих ракет в Атлантическом и Тихом океанах. Схема проста: космодром спокойно дрейфует в океане, подключенный к модулю дистанционного управления, в ожидании возврата ракеты и мягко принимает на себя обрушивающуюся с небес первую ступень.
29 сентября 2013 года специалисты компании попробовали посадить первую ступень после космического запуска. Попытка оказалась неудачной из-за незапланированного вращения ступени в ходе торможения и последующих перебоев подачи топлива. Аппарат был потерян.
18 апреля 2014 года специалисты попытались приводнить первую ступень, однако из-за шторма в районе спуска она промахнулась мимо платформы и затонула. 14 июля такая попытка была предпринята вновь, и опять неудачно – над самой поверхностью воды аппарат разломился на части и затонул.
10 января 2015 года SpaceX повторила тестовое приземление первой ступени – пожалуй, самое удачное из всех состоявшихся на тот момент. Ступень смогла точно попасть на баржу, однако, по словам специалистов, приземлилась слишком жестко. Следует отметить, что когда специалисты употребляют выражение «жесткая посадка», они в определенной степени причесывают правду – при выполнении процедуры приземления на океаническую платформу в январе 2015 года произошло неконтролируемое заваливание ракеты, которое завершилось живописным взрывом. Пострадавших не было, а о восстановлении ракеты снова пришлось забыть.
11 февраля того же года SpaceX вновь приводняла ступень. Правда, осуществить посадку на платформу было невозможно из-за шторма, поэтому аппарат спустили, стабилизировали по вертикали и аккуратно затопили с высоты в 10 метров. 14 апреля – вновь «жесткое приземление» с невозможностью восстановить ракету. 28 июня состоялся единственный полностью неудачный запуск ракеты Falcon – на 139-й секунде полета аппарат начал разрушаться и в итоге взорвался, не сумев доставить груз на орбиту.
Но, как нам известно, уже 22 декабря SpaceX полностью загладила свой промах, сумев не только вывести на орбиту 11 спутников, но и вернуть первую ступень в точку старта на мысе Канаверал.
«Добро пожаловать в клуб!»
Именно такой фразой сопроводил свое поздравление Илону Маску и компании SpaceX в микроблоге Twitter другой коммерческий покоритель космоса – Джефф Безос, основатель и владелец Amazon – крупнейшего в мире интернет-магазина, а по совместительству – один из конкурентов Маска. К слову, его компания Blue Origin, базирующаяся в Техасе, также намерена осваивать нишу коммерческого космоса.
Вообще у Blue Origin и SpaceX довольно много общего: обе компании довольно успешно решают сложные инженерные задачи, начиная практически с нуля, двигают космонавтику в целом и ее коммерческий сектор в частности, обогащают человеческие возможности инновациями и крайне скупо распространяются о своих секретах. Также их роднит зашкаливающий градус ревности по отношению друг к другу в идеологическом плане и довольно жесткая конкуренция на внезапно образовавшемся рынке частных космических полетов.
Однако шпилька Маску от Джеффа Безоса – всего лишь отголосок их давнего противостояния и напоминание о том, кто первым из частных аэрокосмических компаний успешно пробил атмосферу и вернул ракету на Землю. Интрига в том, что формально пальма первенства принадлежит все-таки Blue Origin.
Соревнование миллиардеров
Компания Джеффа Безоса работает над созданием летательного аппарата New Shepard, названного в честь Аллана Шепарда – американского астронавта, совершившего 15-минутный полет по баллистической траектории в 1961 году. Их разработка предназначена для суборбитальных туристических полетов. Аппарат состоит из пассажирского отсека-капсулы, в котором могут разместиться до 6 человек. Он имеет большие иллюминаторы и тщательно протестирован на безопасность, а его посадка осуществляется при помощи парашютов. В полет капсулу выводит одноступенчатая ракета. И если с многоразовостью пассажирского модуля существенных проблем не зафиксировано (в большинстве тестовых полетов его удавалось сохранить), то с многоразовостью самой ракеты были серьезные трудности.
По факту компания Blue Origin проводила тестовые запуски и посадки ракет-носителей параллельно со SpaceX. И у нее тоже бывали не самые лучшие дни и не самые блестящие результаты: так, полет в августе 2011 года закончился полной потерей летательного аппарата. А в конце апреля 2015-го, казалось, успех был совсем рядом, но ракета приземлилась слишком жестко и сильно повредила двигательный отсек. Впрочем, даже тогда Безос отметил: «В случае если бы New Shepard был традиционным космическим кораблем, его запуск можно было бы считать 100% удачным».
И вот уже 24 ноября специалисты Безоса запустили космический корабль New Shepard на 100-километровую высоту – к самому порогу, за которым находится космос, – а отделившуюся ракету-носитель сумели вертикально посадить в заданном месте без повреждений.
Таким образом, спустя всего полгода после предыдущей неудачи, на фоне растущей популярности SpaceX на рынке, Blue Origin удалось блестяще провести операцию, над которой на тот момент еще безуспешно бились специалисты конкурента.
Безусловно, это был серьезный удар по самолюбию Маска. Глава SpaceX не замедлил с контратакой, правда, сильно недотягивающей до триумфа Безоса. 24 ноября в своем микроблоге Twitter Илон Маск поздравил Безоса и Blue Origin с успешным проведением пуска-посадки ракеты, а в последующих комментариях не преминул в прямом и переносном смысле обозначить высоту полета аппаратов Blue Origin и SpaceX.
По словам Маска, суборбитальные полеты – это далеко не выход на орбиту. Для полноценного выхода в космическое пространство требуется скорость, в 10 раз превышающая скорость аппарата Blue Origin. Таким образом, ракеты Falcon от компании SpaceX при решении концептуально иной задачи – вывод космических аппаратов на орбиту, а не для суборбитальных полетов – достигли более значимых успехов в деле освоения космоса, а сама SpaceX не перестает прикладывать усилия для безопасного возврата летательных аппаратов на посадочную площадку. Да и вообще, первый суборбитальный полет «туда и обратно» совершен давным-давно, еще в 60-х, на экспериментальном ракетоплане Х-15.
Время на исходе
Впрочем, уязвленный Маск сумел удержать себя в руках. Не последнюю роль в этом сыграла и осведомленность о ходе работ по подготовке очередного запуска SpaceX, который был намечен на 22 декабря. Здесь стоит отметить, что в отличие от все той же Blue Origin, компания SpaceX тестирует свои ракеты, так сказать, не отрываясь от производства.
На 22 декабря была запланирована не просто посадка первой ступени, а вывод на орбиту 11 спутников. В компании именно это задание называли номером 1 во всей миссии (еще бы, ведь SpaceX имеет миллиардные контракты на оказание именно этой услуги). Таким образом, посадка первой ступени ракеты была обозначена как второстепенная задача, успех или неуспех которой ни в коей мере не мог бы даже конкурировать с выполнением коммерческой части проекта. Однако на деле все обстояло, мягко говоря, слегка по-другому.
Илон Маск добился такого огромного успеха в сфере бизнеса, технологий и науки не только благодаря своим талантам, но и в значительной степени благодаря смелым идеям. Или, можно даже сказать, идеологическим концепциям. Человечество уже более полувека умеет выводить спутники на орбиту, этим уже никого не удивишь. И с определенного момента спутниковая сеть не то что бы стала глобально менять человеческую жизнь, нет. Она стала делать ее удобней, проще, эффективней. Запланированные 11 сателлитов на земной орбите для Маска – всего лишь очередная галочка в и без того звездном портфолио SpaceX.
А вот успешное выполнение задачи по уменьшению стоимости полетов на орбиту даст огромный импульс к освоению околоземного космического пространства. И, как надеется Маск, не только околоземного. Его давняя мечта, которая дала начало SpaceX и стала заветной целью компании, – колонизировать Марс. Маск не просто хочет приложить руку к этой миссии или стать одним из тех, кто на несколько лет приблизит экспедицию на красную планету. О нет, Илон Маск живет вполне конкретной целью: успеть побывать на Марсе до своей смерти. Сейчас миллиардеру 44 года, и он отчетливо понимает: времени все меньше.
По его собственному заявлению, «…особенно важной для достижения этой цели является многоразовость ракет орбитального класса. Это фундаментально для этой цели, без этого ее не достичь». Таким образом, в глобальном, а не коммерческом плане, посадка первой ступени на Землю значит для Маска и всей SpaceX гораздо больше, чем рядовой вывод спутников на орбиту планеты.
Успеть до Третьей мировой
В Америке с 25 декабря (с Рождества по католическому календарю) начинаются длинные зимние каникулы. Обычно корпорации и компании отпускают работников на отдых уже 24 числа, чтобы те могли спокойно провести сочельник в кругу семьи и близких. 22 и 23 декабря ежегодно становятся последними рабочими днями каждого уходящего года.
Почему же SpaceX так торопилась закрыть вывод спутников на орбиту именно в 2015 году? По условиям контракта? Чтобы побыстрее стереть из памяти заказчиков свою летнюю неудачу, когда ракета разлетелась в воздухе на части? Возможно.
Но может быть, и потому, что глава SpaceX Илон Маск сам работает в плотнейшем графике и ставит перед своими подчиненными амбициозные задачи с минимально возможным сроком исполнения. Как человек, своими руками приближающий будущее, Маск может немного заглянуть в него. И те перспективы, которые он там видит, радуют его далеко не всегда.
В декабрьском интервью журналу GQ, миллиардер поделился своими опасениями:
«На короткое или длинное время откроется окно возможностей, в которое мы сможем создать автономную базу на Марсе – до того, как нечто приведет технологический уровень развития Земли до состояния, когда это будет уже невозможно. Станет ли база автономной до того, как с Земли перестанут отправляться космические корабли? Я имею в виду, что не думаю, что можно отбрасывать возможность Третьей мировой войны».
А потом пояснил:
«Знаете, в 1912 году утверждалось, что наступает новая эра мира и процветания, мол, золотой век, война кончилась. А потом началась Первая мировая война, за ней Вторая мировая война, а дальше — Холодная война. Я думаю, нужно понимать, что есть определенная вероятность начала Третьей мировой войны, и если она начнется, это будет хуже, чем что-либо до нее. Представим, что используют ядерное оружие. Я думаю, что может появиться очень могущественное общественное движение против развития технологий. Растет религиозный экстремизм. Ну, типа, «Исламское государство» же растет?».
И какими бы фантастическими ни были опасения Маска, их подтверждает история. Ведь имеем же мы целый период, который называется Темными веками, когда вся Европа утратила технологии римского периода, не говоря уже о культурных и человеческих потерях. Или, если копнуть еще глубже, неужели мы не найдем примеров падения великих цивилизаций: греческой, египетской, месопотамской и других? Для Маска очевидна цикличность развития и прогресса, и он отчаянно хочет использовать то самое окно возможностей на полную катушку.
К новым горизонтам
«Ущерба не обнаружено, готовы зажигать снова. Falcon 9 вернулась в ангар на мысе Канаверал». Из микроблога Twitter Илона Маска после первичного осмотра возвращенной ступени.
Коллеги Маска, которые непосредственно работают с ним, говорят, что он бывает настолько вовлечен в работу, что требуется несколько раз назвать его по имени, прежде чем он отвлечется от своего занятия. Они же отмечают: Маск очень требовательный руководитель. Если директор компании работает по 12 часов в сутки, а иногда и больше, то и от подчиненных он требует того же самого. Не исключено, что в этом кроется один из секретов эффективности SpaceX.
Небезынтересно влияние, которое оказывает деятельность Маска и SpaceX на мировой рынок космических полетов. Выходы в космос – довольно затратное и невероятно сложное занятие, позволить себе которое могут разве что государства через соответствующие национальные корпорации. Само появление в этом тесном кругу частного игрока стало в свое время нонсенсом.
Когда Маск только запускал свой проект SpaceX, он внимательно изучил и специфику работы, и рынок. И пришел к выводу, что стоимость запуска ракеты в космос многократно завышена и не соответствует реальной стоимости деталей, оплате сборочных работ и транспортно-сопроводительных операций. Концепция дешевых и эффективных ракет-носителей среднего класса не замедлила дать свои плоды – к SpaceX потекли деньги по заключенным контрактам.
Первой дрогнула американская компания United Launch Alliance, которая производит ракеты «Атлас» и «Дельта». В 2014 году компания объявила о тотальной реструктуризации, которая должна привести к удешевлению услуг в два или даже три раза – ведь уже в мае 2015-го ей грозило банкротство из-за отсутствия госзаказов. Следом насторожилась японская Mitsubishi Heavy Industries, которая производит ракеты H-II. Представители компании также объявили о проведении работ по удешевлению продукции и услуг. А по сообщениям французской Arianespace, которая выпускает ракеты «Ариан», вся европейская космическая индустрия вынуждена реструктуризироваться и снижать ценники на ракеты-носители из-за SpaceX. Сама Arianespace при этом обратилась к государству за субсидиями.
А пока основные игроки космической индустрии занимались реструктуризацией и концептуальным обновлением своих услуг, SpaceX стал абсолютным лидером на мировом рынке коммерческих запусков спутников, получив около половины всех мировых контрактов. Вслед за этим фактом бывший лидер и один из самых экономически выгодных партнеров по запуску ракет – госкорпорация «Роскосмос» – заявила о начале работ по удешевлению запусков.
А сама SpaceX после новогодних праздников решительно взялась за дело. Сразу же после выхода на работу руководство компании заявило о продолжении попыток посадить первую ступень ракеты на океанскую посадочную платформу. Запуск запланирован на 17 января с авиабазы Ванденберг в Калифорнии. Предыдущие две попытки посадить ступень на огромную баржу не увенчались успехом, но декабрьский триумф заметно прибавил оптимизма специалистам компании. Ожидается, что спустя две минуты после старта ракета выведет на орбиту полезный груз и вернется на Землю для вертикальной посадки. Специалисты надеются, что январскую модель уже можно будет использовать многократно.
А что же будет с историческим декабрьским Falcon 9? После проведения многочисленных тестов на стендах компании на мысе Канаверал, ее, скорее всего, передадут в музей, так как, по словам Илона Маска, «…она уникальна. Она первая из возвращенных назад».
