О ракетах многоразового использования


Ракеты многоразового использования произвели революцию в освоении космоса, снизив как стоимость запуска, так и вредные выбросы CO2 при запусках. В ближайшие годы следует ожидать серьезных предпринимательских разработок, в том числе от всем хорошо известных производителей ракет SpaceX и Blue Origin, а также новых инноваций от таких компаний как Virgin Galactic, ISRO и Arianespace.


Последний запуск Шаттла с мыса Канаверал

Понимание технологии производства ракет, сложностей финансирования масштабных разработок и экологического воздействия не позволяют детально оценить возможности и перспективы многообещающего применения в космическом туризме, производстве электроэнергии, связи и разработке новых технологических материалов - все это лишь предполагает и намекает на то, что нас ждет впереди.

Декабрь 2015 года, база ВВС Ванденберг, Калифорния. Falcon 9 от SpaceX успешно возвращается на космодром. Так началась эра многоразовых запусков, это первая в мире многоразовая ракета. С тех пор восстановление ракет SpaceX стало обычным делом, но в первые десятилетия космических полетов этого не было.

Все ракеты, спутники и космические зонды до того дня были одноразовыми. Единственными объектами, которые вернулись на нашу планету, были космические капсулы с людьми или канистры с образцами, такие как Stardust (1999–2006) или Hayabusa (2005–2010), за исключением американского космического корабля «Шаттл» (1970–2011 годы) и Советского Союза, корабль «Буран» (1980–1988), которые предполагали полностью многоразовые, но слишком дорогие и сложные системы для эксплуатации в целях космических полетов.


Подготовка к запуску Бурана (СССР)

С 2012 года несколько компаний работали над проектами и прототипами орбитальных и суборбитальных космических аппаратов многоразового использования. В том же году SpaceX приступила к разработке того, что впоследствии станет Falcon9 и Falcon Heavy. Blue Origin создала первую ракету VTVL, New Shepard, в 2015 году и сумела достичь космоса, пройдя линию Кармана (62 мили над уровнем Земли) и вернувшись для принудительной посадки. Обе компании работают над следующим поколением транспортных средств (Starship и New Glenn соответственно), в то время как Virgin Galactic, ISRO и Arianespace также разрабатывают проекты суборбитальных проектов.

Генеральный директор SpaceX Илон Маск сказал, что многоразовые ракеты могут снизить стоимость доступа в космос в сотню раз. Мы уже пожинаем плоды этой технологии: спутники выводятся на орбиту дешевле и быстрее, чем когда-либо. И все же космические полеты находятся в зачаточном состоянии и все лучшее в этой сфере у нас еще впереди.

Крупнейшие игроки: SpaceX
SpaceX определенно делает последовательные успехи в области многоразовых космических кораблей. После успеха Falcon 9 компания теперь участвует в нескольких миссиях. К ним относятся Starlink, сеть, которая будет предлагать высокоскоростной доступ в Интернет по всему миру (завершена 8 октября), и Saocom 1B (завершена 20 сентября), первый полярный запуск в истории с Восточного побережья и первый из Флориды за десятилетия.

Многоразовая двухступенчатая ракета Falcon 9 выполнила 93 пуска и 54 приземления. Falcon Heavy, самая мощная в мире в два раза ракета, совершила семь посадок и четыре повторных полета. Ракета грузоподъемностью 64 метрических тонны использует девять ядер с девятью двигателями (27 двигателей Мерлина) для создания тяги более 5 миллионов фунтов.

Однако одним из самых ожидаемых транспортных средств SpaceX является Starship. Этот космический корабль и сверхтяжелая ракета представляют собой полностью многоразовую транспортную систему, которая может доставлять как грузы, так и экипаж на околоземную орбиту, на Луну, Марс и далее.

Следует особо отметить успех компании и в пилотируемых полетах на МКС. 22 ноября 2020 года корабль Crew Dragon с четырьмя астронавтами на борту пристыковался к Международной космической станции (МКС). И это направление видимо и дальше будет успешно развиваться.

Blue Origin
Blue Origin - это предприятие Джеффа Безоса, основателя Amazon. Компания разработала суборбитальную ракету под названием New Shepard (названную в честь астронавта Mercury Алана Шепарда, первого американца, совершившего суборбитальный полет в космос), предназначенную для доставки астронавтов и исследовательских грузов на высоту более 62 миль. Путешествие занимает всего 11 минут, и для приземления ракета использует плавники, тормозную систему и жидкостный ракетный двигатель БЕ-3.

Blue Origin также работает над Blue Glenn (названным в честь первого американского астронавта Джона Гленна), большой многоразовой ракетой-носителем, способной доставлять людей и полезные грузы на околоземную орбиту и дальше. Его первая ступень рассчитана как минимум на 25 миссий, что делает его конкурентоспособным на различных рынках коспических запусков. Компания также разрабатывает Blue Moon, гибкий посадочный модуль, который может доставлять астронавтов, большие марсоходы, места обитания и блоки для установки на поверхности Луны, чтобы обеспечить постоянное присутствие человека на спутнике.

Компания возглавляет национальную команду Human Landing System (HLS) вместе с Lockheed Martin, Northrop Grumman и Draper. Эта команда недавно завершила свой первый обзор системных требований (SRR) и готова двигаться дальше, работая с партнерами, независимыми экспертами и НАСА, чтобы вернуть американцев на Луну. Сейчас с мая 2019 года американцы весьма активно приступили к разработке новой лунной программы Артемида.

Другие компании
Virgin Galactic - американская компания, входящая в Virgin Group и планирующая организовывать туристические суборбитальные космические полёты и запуски небольших искусственных спутников. В будущем компания планирует предложить своим клиентам и орбитальные полёты.

Многоразовая космическая система Virgin Galactic называется SpaceShipTwo. Компания разрабатывает космические аппараты нового поколения, которые будут ориентированы на частные коммерческие перевозки пассажиров. Ее оперативный центр расположен на космодроме «Америка» в Нью-Мексико - это первый специально построенный коммерческий космодром, который будет выполнять регулярные космические полеты для частных лиц и исследователей.

ISRO, Индийская организация космических исследований, также работает над технологией многоразовых ракет-носителей. Их RLV-TD завершил свой первый успешный испытательный полет в атмосфере в мае 2016 года, а их последняя модель, как ожидается, сможет научиться приземляться на земле в ноябре или декабре 2020 года. Аппарат, который несколько похож на космический шаттл США, сможет выводить спутники на орбиту и возвращаться для следующей миссии.

European Arianespace также планирует сделать свои будущие ракеты более конкурентоспособными. Их новая «платформа для ускорения» будет разрабатывать многоразовые пусковые установки и двигатель под названием «Прометей», в котором в качестве топлива используются кислород и метан. Продукты из этого вида топлива более экологичны, чем многие другие альтернативы, что делает ракету особенно привлекательной на рынке.

Отметим и успех Rocket Lab, американской частной космической компании, которая ставит целью разработку легких, коммерческих эффективных ракет-носителей для доставки на орбиту небольших нагрузок, таких как спутники формата Кубсат (CubeSat). Вторая компания в мире после SpaceX, бурно развивающаяся Rocket Lab, 20 ноября 2020 года впервые успешно сохранила первую ступень ракеты после пуска и вывода на орбиту 30 малых спутников. Запуск состоялся с космодрома на Новой Зеландии. Приводнение первой ступени происходило на парашюте.
Компании удалось поднять первую ступень ракеты Electron и доставить кораблем на производственный комплекс для последующего восстановления.

Будущее многоразовых ракет
Как заявил Илон Маск, многоразовые ракеты могут значительно снизить стоимость запусков. Генеральный директор SpaceX пообещал, что запуск Falcon 9 будет стоить всего 62 миллиона долларов - и все же два следующих запуска Space Force будут стоить всего 52,7 миллиона долларов вместе взятых. Это, пожалуй, основная причина того, что рынок ракетных двигательных установок пользуется растущей государственной поддержкой и растущими инвестициями. Согласно прогнозам, его выручка превысит 6 миллиардов долларов к 2027 году при среднегодовом темпе роста (CAGR) 8% в период с 2020 по 2027 год.

Ракеты многоразового использования в целом более безопасны, более рентабельны и позволяют быстро развертывать столь необходимую спутниковую инфраструктуру. На них может накапливаться износ, но между полетами у них не возникает новых производственных дефектов и имеется возможность тщательно подготовить ракету к последующим пускам.

Что касается воздействия на окружающую среду, эти космические аппараты могут производить множество различных выбросов (CO2, водяной пар, углеродная сажа, хлор и т. д.), что обычно оставляет существенный след в экологии. Многие обычные ракеты работают на жидком водородном топливе, который производит чистый водяной пар (Blue Origin планирует использовать этот вид топлива). Хотя производство водорода само по себе может вызвать значительные выбросы углерода, запуски ракет, тем не менее, относительно нечасты. Однако Falcon компании SpaceX использует керосин. Это может стать проблемой, если запуски будут проводиться так часто, как обещано - один раз в две недели.

В настоящее время нет никаких правил по выбросам ракет, поскольку до сих пор наиболее важными критериями были стоимость и производительность. Будем надеяться, что компании последуют примеру ArianeGroup, которая разрабатывает полностью углеродно-нейтральную ракету, работающую на метане, произведенном из биомассы. Мы надеемся, что с повышением частоты космических запусков ракет многими различными компаниями снижение затрат будет учитываться, а это будет означать, что мы сможем справиться с негативным воздействием запусков на окружающую среду.

Text.ru - 100.00%


Comments 0