Многоразовые ракеты SpaceX сделают космические запуски дешевле. Но насколько?

falcon9

Теперь, когда компания SpaceX смогла осуществить посадку ракеты, после того как отправила ее в космос, идея многоразовых ракет теперь не кажется такой фантастической идеей, какой могла казаться раньше. Но на самом ли деле космические запуски после этого станут более доступными?

Компания SpaceX продвигала идею многоразовости ракет как экономический спасательный круг для частной космической индустрии. В настоящий момент после запуска ракеты становятся в «лучшем» случае космическим мусором или сгорают в атмосфере, поэтому компаниям приходится тратить многие миллионы долларов на производство новых ракет для каждого нового запуска. Со слов Элона Маска, исполнительного директора SpaceX, стоимость производства ракеты Falcon 9 составляет 60 миллионов долларов, 200 000 долларов стоит ее заправка топливом. Возможность повторного использования отработанных ракет поспособствовало бы существенному снижению затрат космических запусков, ведь теоретически для повторного использования потребуется только их повторная заправка.

На самом деле это не совсем так. Сперва компании SpaceX необходимо убедиться в том, что ее отработанные ракеты действительно будут обладать возможностью новых полетов. Во время запуска Falcon 9, как и любые другие ракеты, испытывают воздействие экстремальных температур, повышенного давления, а также вибрации, вызываемой как самим запуском, так и атмосферным ветром. Все это, безусловно, пагубно сказывается на состоянии ракеты и, определенно, приводит к необходимости в проведении как ремонтных работ, так и обновлений перед повторным запуском. Ремонт ракетных двигателей — занятие не из дешевых. Ремонт требует времени, и если этого времени потребуется много, то SpaceX не сможет часто проводить запуски.

Стоимость ремонта была одной из основных причин, по которой была закрыта программа полетов космических шаттлов — еще одного перспективного в свое время варианта многоразовости использования космических аппаратов. Эта стоимость была крайне высокой. При этом стоит учесть, что сам шаттл запускался благодаря использованию ракеты-носителя (по сути гигантского топливного бака) с двумя реактивными двигателями на твердом топливе. После вывода шаттла на орбиту планеты и выполнения космической миссии, он, как самолет, садился обратно на землю.

Изначально дизайн шаттла разрабатывался именно с учетом экономии средств на космические полеты, и все в нем, за исключением внешней ракеты-носителя, могло использоваться повторно.

«К сожалению, для программы шаттлов такой подход не сработал», — отмечает Уэйн Хейл, бывший сотрудник программы космических шаттлов NASA и член Консультативного совета этого аэрокосмического агентства.

«Это был очень сложный космический аппарат, требовавший огромных затрат для возможности повторных запусков».

После нескольких запусков требовалась обязательная замена всех двигателей шаттла. Кроме того, каждый раз требовалось проводить бессчетное число проверок и мелких ремонтных работ между миссиями. В добавлении к этому, его ракетные ускорители на твердом топливе требовали своевременного обновления, а внешние топливные баки приходилось каждый раз менять на новые. Все это привело не к снижению, а к увеличению запусков космических шаттлов. Каждый полет обходился в данном случае от 450 миллионов до 1,5 миллиарда долларов.

Ракета-носитель Falcon 9 по сложности даже близко не стоит к космическому шаттлу, поэтому логично предположить, что различных затрат на обслуживание он потребует тоже значительно меньше. Тем не менее ракета испытывает точно такие же перегрузки, какие испытывал шаттл. Со слов Стива Поулуса, бывшего администратора запуска миссий космических шаттлов в NASA, первая ступень Falcon 9 — основная часть ракеты высотой с 14-этажное здание — может испытывать перепады температур от -157 градусов до 538 градусов Цельсия во время своего повторного входа в атмосферу.

«Вероятнее всего, SpaceX использует металлы и композитные материалы, способные выдерживать такие температурные перегрузки и не получать при этом никаких повреждений».

Помимо этого, Falcon 9 приходится испытывать давление и силы газов, находящихся в атмосфере. Первая ступень достигает скорости около 5,5-7,5 маха. При движении сквозь атмосферу высотные ветра могут болтать ее как лист бумаги, что определенно вызывает ее повреждения.

«Это могут быть сотни килограммов атмосферного давления, которые постоянно оказывают воздействие на ракету-носитель», — говорит Поулус.

И все же в строительстве многоразовых ракет у SpaceX определенно имеется некоторый опыт. Ее тестовая ракета Grasshopper, позволившая произвести испытания системы посадки Falcon 9, использовалась в общей сложности при восьми запусках. Правда, стоит учесть, что Grasshopper поднималась на высоту не более 750 метров и уж точно не опускалась обратно на землю с орбиты. Другими словами, она даже близко не испытывала тех же перегрузок, которые приходится испытывать настоящей ракете Falcon 9.

Вся стоимость многоразовости в конечном итоге будет зависеть от конструкции самой ракеты. Если Falcon 9 действительно не получает повреждения во время запуска и посадки, то сам ремонт и время, которое потребуется для его проведения, не будут большими. В прошлом году SpaceX заявила, что уверена в том, что сможет сажать свои ракеты и повторно их запускать «без необходимости их ремонта». Сейчас же инженерам нужно выяснить, действительно ли нынешний дизайн ракеты позволяет делать такие заявления. И если это подтвердится, то использование многоразовых ракет правда имеет смысл.

Вот почему в настоящий момент SpaceX изучает первую ступень Falcon 9, осуществившую мягкую посадку в понедельник. Инженеры хотят выяснить, насколько серьезны повреждения. Маск уже заявил, что конкретно данная ступень не будет использоваться для повторных запусков (он хочет сохранить ее в качестве музейного экспоната), однако она может дать четкое представление того, какого уровня ремонт потребуется (и потребуется ли) проводить между запусками.

Поулус согласен с одним: что стоимость ремонта будет гораздо ниже стоимости производства новой ракеты. Он предполагает, что большая часть ремонтных работ будут связаны с ее двигателями и проведениями проверок, которые позволят определить соответствие ракеты стандартам, необходимым для проведения космического запуска. Стоимость всего этого, по его мнению, будет составлять около полумиллиона долларов, что, конечно же, выглядит более привлекательно, нежели необходимые 60 миллионов для строительства новой ракеты.


Интересные материалы: