5.4
Проект новой российской ракеты ультрапрогрессивен: возвращаемая первая ступень, метановый двигатель, который позволит спасать ступень по сто раз, а не по несколько, как у Илона Маска. Из-за этого стоимость одного пуска обещают в 22 миллиона долларов: в два раза дешевле, чем у SpaceX. Увы, несмотря на все прогрессивные черты, к моменту первого запуска, намеченного на 2026 год, наша ракета неизбежно и безнадежно устареет. Как, впрочем, и ее «духовный отец» Falcon 9. Несмотря на это, появление проекта «Амур» — хороший знак для отечественной космонавтики. Попробуем разобраться почему.
Космонавтика # SpaceX # космос # ракета-носитель # ракеты # Роско # Роскосмос Выбор редакции
Возвращение многоразовой первой ступени будущей ракеты «Амур» в представлении художника / ©Роскосмос
«Амур» и Falcon 9: очевидное сходство
В западной прессе планы «Роскосмоса» по новой ракете 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.
Самое заметное из таких отличий, сразу бросающееся в глаза, — уширенный головной обтекатель, резко выделяющийся на ракете. По эскизам легко видеть, что «Амур» имеет обтекатель заметно шире основной части ракеты — диаметром 5,1 метра и 4,1 метра соответственно. Аналогично десяток лет назад сделали Falcon 9, в котором диаметр основной части — 3,7 метра, а обтекателя — 5,2 метра. Уширенный обтекатель позволил Falcon’ам выводить в космос более объемные конструкции или даже сразу кластер относительно объемных спутников с различающимися орбитами. С «Амуром» такие же возможности появятся у российских ракет.
Следует отметить, что в полезную нагрузку «Амура» в случае выведения спутников на высокую орбиту придется включать разгонный блок «Фрегат» . Это значит, что из полезной нагрузки в этом случае де-факто придется вычесть несколько тонн. Falcon 9 — более мощная ракета, поэтому может вывести спутники на высокие орбиты без нужды в разгонном блоке, съедающем полезную нагрузку / ©ТАСС/Роскосмос
У нее к тому же есть развертываемые посадочные ноги и решетчатые посадочные рули. Рули, как можно догадаться из названия, будут рулить первой ступенью при спуске в атмосфере, чтобы сесть точно в заданную точку космодрома. Ноги позволят ракете не упасть при посадке, а тяга центрального из пяти двигателей первой ступени даст возможность ей погасить скорость, прежде чем сесть.
На первый взгляд, вот оно — 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.
Falcon 9 на стартовом столе. Хорошо видны посадочные ноги первой ступени / ©Wikimedia Commons
Масса «Амура» — всего 360 тонн, а Falcon 9 — 549 тонн. Полезной нагрузки в многоразовом варианте «Амур» будет выводить до 10,5 тонны, а «Сокол» (так переводится название ракеты SpaceX) в многоразовой версии выводит 15,6 тонны (правда, Falcon 9 1.0 выводил на орбиту именно 10,5 тонны, но этот ранний вариант уже давно не летает).
Из этого видно, что перед нами — творческое копирование концепции Falcon 9, а не бездумное заимствование. Налицо, таким образом, и второе различие между двумя ракетами в том, что «Амур» по размерам ближе к «Союзу». Это средняя ракета, а не тяжелая, как современный Falcon 9 FT (последняя модификация) или его российский аналог «Протон».
Посадка первой ступени ракеты Falcon 9. На сегодня рекорд многоразовости первой ступени принадлежит SpaceX, и это шесть пусков для одной и той же ступени / ©Wikimedia Commons
Почему российская сторона выбрала меньшие размеры, ведь, как известно, при увеличении размеров ракеты стоимость вывода ею нагрузки технически должна падать (эффект масштаба)? Вероятно, дело в том, что если сделать копию Falcon 9 с теми же возможностями, то такая ракета будет слишком хорошо выглядеть на фоне легких версий «Ангары»: ведь она одноразовая, и пуск у нее стоит дороже, чем у «Протона» (цена последнего — не менее 62 миллионов долларов).
А закрывать проект «Ангары» «Роскосмосу» не очень хочется: в него вложены большие деньги, а дорогая инфраструктура на Восточном спроектирована в том числе под него. Если проект просто свернуть, наверху может даже возникнуть вопрос: а зачем ее с большим трудом доводили до ума в 2014-2020 годах, если после начала полетов Falcon 9 с возвращаемой первой ступенью одноразовая ракета в принципе была устаревшей идеей?
Метановый поворот
Кроме размеров, «Амур» от американского старшего брата отличает одна положительная деталь: метановые двигатели РД-0169А, разрабатываемые сейчас в воронежском «Конструкторском бюро химавтоматики». У Falcon 9 двигатели на керосине: когда Маск пришел в космическую индустрию, опыта у него и ключевых инженеров SpaceX было весьма мало, им было не до экзотических метановых движков, поэтому они выбрали разработку самого конструктивно простого керосинового двигателя Merlin.
Однако сама концепция того, что многоразовые ракеты требуют бессажевых метановых двигателей, тоже озвучена SpaceX много лет назад. Компания, в отличие от воронежского «КБ химавтоматики», уже испытала такой двигатель — только много больших размеров, для Starship. Для Falcon’ов метановые движки не делают — и чуть ниже мы расскажем почему.
На первом этапе первая ступень «Амура» предполагают использовать десять раз, потом – до ста раз. Пускать ракету намечают с Восточного, садиться первая ступень будет на площадке у Охотского моря. Возвращать на основной космодром ее хотят под брюхом вертолете Ми-26 / ©ТАСС/Роскосмос
Преимущества метана перед керосином огромны. Он не образует сажи при сгорании, поэтому ракетные двигатели на нем способны работать намного дольше, чем на керосине. Из-за этого первую ступень Falcon 9 и в перспективе не планируют запускать больше десяти раз, а первую ступень «Амура» хотят отправлять в космос до 100 раз.
Александр Блошенко, исполнительный директор «Роскосмоса» по перспективным программам и науке, отмечает, что приводившиеся ранее возражения против метановых ракет несостоятельны. Речь идет о заявлениях вроде «жидкий метан при сгорании дает в 1,6 раза меньше энергии, чем керосин того же объема». Как отмечает Блошенко: «Эти заявления не соответствуют действительности — при охлаждении до сверхнизких температур сжиженный газ уплотняется достаточно, чтобы использовать баки стандартных объемов».
Получается, «Амур» позаимствует у Falcon не только посадку первой ступени на хвост, ноги и уширенный (до более чем пяти метров) головной обтекатель. Пятым явно заимствованным элементом станет переохлаждение компонентов топлива до сверхнизких температур. В XXI веке его впервые начал применять Илон Маск несколько лет назад. За счет этого ему удалось разместить в баках Falcon 9 больше топлива и в результате поднять его полезную нагрузку.
Разумеется, в СССР времен Сергея Королёва — начиная с Р-9А — для ряда ракет уже применяли глубокое переохлаждение компонентов ракетного топлива. Но современные российские ракеты либо создавались без Королева, либо происходят от Р-7 — конструкции из той эпохи, когда он еще не применял переохлажденное топливо.
Поэтому до «Амура» — в той же «Ангаре» — у России в XXI веке попыток использовать переохлажденное топливо не было. Но это никого не беспокоило, поскольку и у западных космических игроков переохлажденного топлива не было, а историю отечественной космонавтики люди знают мало — и не все. Те упущения, о факте которых мы не знаем, нас не волнуют, и именно так было с неиспользованием глубокого переохлаждения ракетного топлива в России.
Не все посадки первой ступени у SpaceX выходили удачно, но в последнее время они стали безаварийными / ©Wikimedia Commons
Теперь ситуация поменялась: Маск спустя всего полвека после Королёва внедрил глубокое переохлаждение на Западе и, в силу свойственной российским руководителям склонности копировать западные образцы, наконец, заставил и нас вернуться в собственное прошлое. Этому нельзя не радоваться: в конце концов, если бы не выходец из Африки, мы бы так и летали без переохлаждения топлива — то есть со сниженной полезной нагрузкой.
Почему из проекта «Амур» ничего не выйдет — и отчего, несмотря на это, он крайне полезен
Представители «Роскосмоса», рассказывая о проекте новой ракеты, произнесли очень важные слова: «… Решения направлены на повышение конкурентоспособности создаваемого изделия».
Конкурентоспособность. Из этого видно, что ракету создают не «просто так», как «Ангару» — по инерции, — а чтобы она могла конкурировать с другими летательными аппаратами на рынке запусков. Состязаться там «Роскосмос» может только с SpaceX — просто потому, что все остальные игроки рынка делают ракеты много дороже наших и летают только за счет госзаказа или лоббистской привязки (в случае американских военных местами переходящей в откровенную коррупцию).
Проблема в том, что «Амур» неконкурентоспособен. Да, его пуск в 2,5 раза дешевле, чем Falcon’ов сегодня, но… Первый старт российской метановой ракеты намечен на 2026 год. Любой, кто следит за космической индустрией и при этом не работает в «Роскосмосе», прекрасно понимает, что к 2026-му у Маска будет летать Starship. В SpaceX честно признают, что на фоне Starship Falcon’ы неконкурентоспособны настолько, что с началом полетов нового носителя деятельность Falcon 9 придется свернуть. И это понятно.
Один из прототипов Starship / ©SpaceX
Ведь планируемая цена пусков Starship — в районе полусотни миллионов долларов за запуск на первом этапе и в районе нескольких миллионов долларов за запуск на последующих этапах совершенствования конструкции. У Starship тоже метановые двигатели, и по мере подтверждения стократной полной многоразовости цена его пусков будет неизбежно падать. Достаточно очевидно, что в будущем она опустится ниже 22 миллионов долларов за пуск, объявленных для «Амура».
Вот только «Амур» будет выводить в космос в многоразовом режиме 10,5 тонны, а Starship — 100 тонн (на первом этапе, потом нагрузку планируют увеличить). У «Амура» выводимые им в космос конструкции и спутники будут в пятиметровом по диаметру обтекателе, а у Starship — в девятиметровом по диаметру корпусе с внутренним жилым объемом более 800 кубических метров (как у МКС). Не существует сценария, при котором «Амур» был бы конкурентоспособен на коммерческом рынке, где есть Starship.
Почему «Роскосмос», несмотря на это, планирует новую ракету только частично многоразовой — что очевидно хуже, чем полностью многоразовые конструкции типа Starship? Самый вероятный ответ: в «Роскосмосе» еще не поняли, кто такой Маск, и рассчитывают, что проект Starship не удастся.
От укороченных прототипов, соответствующих одной второй ступени, Маск уже в ближайшее время планирует перейти к строительству полноразмерного носителя. Он станет самым большим рукотворным объектом, когда-либо запускавшимся в космос / ©SpaceX
Почему там так думают — понятно. «Звездный корабль» настолько отличается от всех существующих ракет конструктивно и по методам торможения в атмосфере, что выглядит для консервативного человека из космической отрасли как инопланетный дредноут. Люди, десятки лет дравшиеся за снижение стоимости полетов на 5% и всегда верившие, что одноразовые носители — самые дешевые, не могут в один момент перестроить мышление под натиском такой малозначительной вещи, как рациональные аргументы.
Поэтому в российской космической госкорпорации поверят в Starship ровно тогда, когда он начнет регулярные полеты. Поэтому Россия потратила миллиарды долларов на разработку «Ангары» и планирует потратить еще 0,9 миллиарда доллара на разработку «Амура». Впрочем, не факт: в Федеральной космической программе финансирование «Амура» не предусмотрено, так что не вполне ясно, будут его реально проектировать или это просто часть роскосмосовской политики по имитации бурной инновационной деятельности.
И все же сами разговоры о проекте «Амур» на официальном уровне крайне полезны. Они показывают, что поставленные перед очевидным превосходством конкурента наши чиновники хотя бы в принципе готовы начать копировать его решения. Это огромный плюс: подобная моральная готовность признать превосходство соперника немало поможет нам в 2020-х и 2030-х, когда — рано или поздно, но неизбежно — России придется копировать Starship.
Источник: