Qazaq24.com информирует, ссылаясь на сайт Informburo.KZ.
Во всём мире отмечают 65-летие первого полёта человека в космос. И крупнейший в мире казахстанский космодром, который переживает сегодня не лучшие времена, имеет к этому полёту самое непосредственное отношение.
12 апреля 1961 года с Байконура в космос отправился Юрий Гагарин, открыв дорогу пилотируемым полётам и закрепив за казахстанской степью статус одного из ключевых объектов мировой космонавтики.
Спустя десятилетия Байконур остаётся символом этого прорыва, но его настоящее уже не выглядит однозначным. Конкуренция на глобальном рынке запусков усиливается, технологии меняются, а сама отрасль переживает глубокую трансформацию. Мировая космонавтика уходит от одноразовых ракет к многоразовым системам, где на первый план выходят экономическая эффективность, скорость подготовки запусков и возможность повторного использования дорогостоящих ракет.
На этом фоне перед Байконуром и Казахстаном встаёт вопрос о новой роли в космической индустрии. Речь идёт не только о сохранении исторического наследия, но и о попытке стать участником высокотехнологичного рынка запусков – через развитие международного сотрудничества, привлечение частных компаний и участие в новых проектах.
Одним из таких проектов может стать сотрудничество с компанией Aspire, которая планирует запускать с Байконура многоразовые системы.
О перспективах космодрома, будущем отрасли и возможностях для Казахстана, многоразовых ракетах и секретах технологий корреспондент Informburo.kz говорила с техническим директором компании Сергеем Соповым – человеком, который многое сделал для cтановления космонавтики независимого Казахстана и сегодня участвует в её новом этапе.
– Сергей Алексеевич, вы часто озвучиваете тезис, что одноразовая ракета подобна одноразовому авиалайнеру. Почему на протяжении десятилетий человечество мирилось с таким расточительством? Что стояло на пути освоения многоразовых технологий?
– На первом этапе никто и не хотел спасать ракеты. Потому что изначально перед новой ракетной отраслью ставились военные задачи. Нужно было, условно, доставить ядерную бомбу на территорию вероятного противника. Если с нашей территории, то до США. У Штатов, соответственно, была другая схема. Они не делали ставку на ракеты, а использовали дальнюю авиацию.
В это время у нас был Королёв, который создал баллистическую ракету Р-7. "Союз" так называемый. Это все одно семейство.
То есть мы космосом в большей степени обязаны тем, что Королёв сделал ракету, которая по своим энергетическим характеристикам оказалась больше, чем было нужно.
Для неё у военных не было подходящих задач, потому что она, во-первых, очень сложная в подготовке к пуску, во-вторых, на ней можно выводить достаточно тяжёлый вес, порой избыточный для чисто военных задач. Под космические же проекты она нормально легла с точки зрения своих веса и тяговых энергетических характеристик. Сейчас у неё стартовая масса – 313 тонн. И выводит она около 8,5 тонны на низкую опорную орбиту.
А когда мы стали развивать гражданскую космонавтику, сразу встал вопрос ресурсов. Вообще, любой конструктор, который делает ракету, понимает, что это ракета, и понимает, что это труд одноразовый.
Представьте, сложнейшую ракету собирает коллектив в белых халатах. Там стерильно, как в лаборатории, используются редкие металлы и сплавы. И после единственного полета, доставки на низкую опорную орбиту одной тонны полезного груза эта ракета исчезает. Она же одноразовая.
И тогда на "гражданском" этапе начали задумываться о том, что надо создавать многоразовые системы. Так в СССР появилась "Энергия-Буран", а у американцев – "Спейс Шаттл".
"Спейс Шаттл" / Фото из открытых источников– Как известно, полностью многоразовым стал в обоих проектах орбитальный корабль. И в то же время не удалось обойтись без одноразовых компонентов систем: водородного бака у американцев, второй ступени с маршевыми двигателями у нас. В чем причины такого технического компромисса? Считаете ли, что он был в те годы неизбежен?
– Американцы использовали двигатели и на старте, и при посадке "Спейс Шаттла". Был одноразовый бак к этому кораблю, огромный бак с кислородом и водородом. Но этот бак соединялся с кораблём, и на этом корабле были двигатели. И были два боковых твердотопливных ускорителя, которые отстыковывались, падали в океан, и их потом транспортировали к месту пуска и обслуживания.
Они были многоразовые. Таким образом, это была частично многоразовая система, у которой центральный бак был одноразовый, а всё остальное возвращалось. В СССР начали проектировать эту систему, появилась идея сделать универсальную ракету, которая выводила бы не только корабль.
То есть у американцев, кроме корабля, эта система больше ничего выводить не могла. Таким образом, вы туда могли погрузить 20 тонн, доставить его на орбиту, и все.
В СССР было принято решение сделать универсальную ракету, которая могла выводить и корабль, и какой-то космический груз, например космический аппарат. В связи с этим на центральном блоке были свои двигатели, а на корабле двигателей подобного рода не было.
"Энергия-Буран" / Иллюстрация из открытых источниковИ у нас спасались четыре боковых блока. Это первая ступень "Зенита". Центральный блок с двигателями дорогостоящими кислородно-водородными был одноразовый. Все это вместе с кораблем получило название многоразовая космическая система "Буран" (1К11К25), а ракета стала известна как универсальная ракетно-космическая транспортная система "Энергия-Буран". Это был первый опыт создания многоразовых систем в Советском Союзе.
Во всех этих мероприятиях мы не могли решить основную проблему. У вас есть ракетная система, она двухступенчатая. Первую ступень вы хотите спасти. Условно говоря, если ракета-носитель среднего класса до 450–500 тонн максимальной взлётной массы, то первая ступень разгоняет вторую ступень и полезную нагрузку до их отделения на скорости примерно 2,2–2,7 км/с. Вот с этой скоростью эта наша первая ступень и должна вернуться на Землю. И основная проблема заключалась, как ее сохранить и вернуть.
Никто не рассматривал до Илона Маска вариант ракетно-динамической посадки на своих штатных двигателях. Все рассматривали парашютную систему или приделывали к этой ступени крылья. Вот блоки А на "Энергии" должны были садиться на парашютах. Сложнейшая система, очень неуклюжая, громоздкая, но парашютная. Варианты предлагались разные.
Вопрос посадки первой ступени был центральной проблемой из-за нагрева. Дело в том, что при посадке ступень при скорости, допустим, три километра в секунду несёт перед собой огромный уплотненный воздух, нагретый до тысяч градусов Цельсия. Другими словами, аэродинамическое сжатие воздуха (главный фактор). Перед ступенью воздух резко сжимается, образуя ударную волну. Сжатый воздух нагревается до 800–1500°C. В общем, Илону Маску удалось решить ту проблему, и сейчас у него какая-то ступень уже используется уже 18 раз, какая-то девятнадцатый раз летит. Представляете, какова стоимость ступени, если ее использовать 19 раз? Она очень дешёвая. После этого попробуйте соревноваться с Маском, если у вас одноразовая ракета.
Только ракетная часть ракеты-носителя "Зенит" будет стоить примерно 36–40 млн долларов. Плюс операции по подготовке, плюс интеграция, головной обтекатель, разгонный блок. В общем, все по кругу у вас получится, допустим, 60 млн. Иногда до 70 млн доходит, если пускать ракету среднего класса. И как бороться с Илоном Маском, когда у него себестоимость 28 млн долларов? Ответ: никак.
Поэтому, если вы посмотрите на структуру рынка полезных нагрузок, то выясните, что вообще-то он практически на 90% занят Илоном Маском. Коммерческие спутники выводит исключительно SpaceX.
– "Зенит" как остаток проекта "Энергия-Буран", его существование в постсоветский период, Морской старт и Наземный старт. Было ли серьёзное будущее у этого ракетного комплекса, если исключить политику?
– Это просто невозможно. Нельзя пытаться конкурировать на ракете прошлого века, потому что она одноразовая. Это основа всего.
До появления Falcon-9 (ракета-носитель, разработанная компанией SpaceX Илона Маска) царствовали "Зенит" и "Протон". В первую очередь, конечно, "Протон". Он был достаточно дёшев, его было много, к нему был доступ, и он выводил до 20 тонн на низкую опорную орбиту. "Зенит" был дороже на 10–15%. Но самое важное, "Зенит" не был массовым.
Морской старт / Фото из открытых источниковПрограмму "Зенит" на космодроме Байконур свернули после развала Союза, а вот на Морском старте (плавучий космодром для запуска ракет семейства "Зенит", созданный международным консорциумом в 1995 году) он был реализован.
Потому что у "Зенита" есть опция автоматического безлюдного старта. Это когда все предстартовые операции ведутся автоматически, реализована концепция автоматического безлюдного старта. Именно это стало одним из самых серьезных аргументов для реализации проекта "Морской старт" с использованием "Зенита".
То есть было три крупных игрока на зарождающемся рынке вывода полезных нагрузок. "Протон" – номер один, номер два – Ariane (ракета-носитель Европейского космического агентства) и "Зенит" на Морском старте. Ariane – тяжелая ракета, которая выводила около 20 тонн на низкую опорную орбиту.
"Зенит" был слишком сложен с точки зрения организации пусков, то есть необходимо было погрузить всё на корабли и плыть практически 6 тысяч км на экватор от Лос-Анджелеса по морю. Ну а "Протон" был доступен на космодроме Байконур. У него был и остаётся один-единственный недостаток – токсичное топливо.
И только с появлением Falcon-9 от Маска всё стало меняться.
– Лидеры новой эпохи – SpaceX и его Falcon-9. Что самое главное смогли сделать создатели Falcon-9, обеспечив революцию в средствах выведения? В чём их заслуга?
– В массовости. В том, что они нашли решение по удешевлению пусков. Мало вернуть ступень, нужно ещё научиться её очень быстро и качественно обслужить, чтобы она пошла второй раз в полёт, третий, четвёртый. Повторное использование ступеней очень важно.
В этом заслуга создателей Falcon-9. Кроме того, они показали стратегический путь всем, в каком направлении нужно развиваться.
Сейчас весь мир идёт путём создания многоразовой первой ступени. Разрабатывать ракеты-носители одноразовыми, как "Союз-5" – это запоздалое решение, на мой взгляд. Дело в том, что "Союз-5" не сегодня разрабатывали, а лет 15 назад и закладывали его без функционала многоразовости. А когда ты сделал ракету одноразовую, приделать к ней многоразовость уже невозможно.
Илон Маск с Falcon-9– Ракетодинамическая посадка ступеней, реализованная SpaceX и Blue Origin. Вспомним, что "Шаттл" и "Буран" совершали посадку на крыльях. Назовите плюсы и минусы того и иного варианта. Есть ли будущее у крылатых аппаратов?
– Можно использовать всё что угодно, но лучше использовать максимально то, что является оптимальным и не создаёт новые сущности. У вас есть транспортная космическая система, в рамках которой всё должно работать. Но когда вы используете, допустим, крылатый аппарат, то назад возвращается самолёт. А это новая сущность. У него появляется шасси, система навигации, для него аэропорт специальный оборудован, он ведь не сможет садиться где угодно.
То есть эту инфраструктуру вы подтаскиваете из другой отрасли – авиации. А зачем?
В ракетно-космической технике центральная позиция – это масса, то есть вес, потому что вы всё время боретесь с земной гравитацией. Ещё есть такое понятие, как конструктивное совершенство. То есть это отношение сухой массы системы к общей, включая массу полезной нагрузки к общей.
Вот от всей массы, которая есть у ракеты-носителя, у вас полезная нагрузка составляет 4%, не больше. Вот мы, ракетчики, все крутимся вокруг одной проблемы – сухой массы конструкции, как сделать систему легче при одних и тех же задачах.
Когда же вы начинаете делать ракетный самолёт, то у него задача только одна – вернуться на аэродром. Но прежде чем он сядет, вы крылья, шасси, хвосты, всю эту систему навигации тащите вверх, в космос, чтобы в последние пять-шесть минут оно сработало. То есть вы назад возвращаете самолёт, который вам не нужен.
Вот Илон Маск и объяснил нам всем: зачем возвращать как самолёт? Давайте будем возвращать ракету. Как она стартует, в том же виде она и сядет.
Многоразовая ступень Falcon-9 садится на платформу / Фото из открытых иситочниковУ него первая ступень Falcon-9 на двигателях взлетает с топливом и садится на этих же двигателях с этим же топливом. Единственное, что добавляется, – четыре ноги, на которые он должен сесть.
– Теперь о проекте Aspire, в котором вы участвуете. На Байконуре вы в том числе участвовали в создании "Энергии-Бурана". Как отличается нынешняя работа по созданию многоразовых систем от того, что было тогда, много-много лет назад?
– Отличается кардинально. Я бы сказал, что последние три-четыре года я непрерывно учусь. То, что сегодня для молодёжи кажется естественным, для нас, старшего поколения, не очень понятно.
Я раньше не мог понять и принять, что какая-то группа специалистов молодых может взять за основу действующую модель, которая существует на базе цифровых технологий для создания чего-либо для космоса.
Я представить себе этого не мог. Но недавно познакомился с передовой компанией LEAP 71, которая имеет на вооружении алгоритм создания сложных конструкций на базе искусственного интеллекта. Для меня это очень серьезный технологический прорыв. Как программа может за две недели нарисовать камеру сгорания, создать документацию, отправить это на 3D-принтер, распечатать и через три недели все прожечь?
Для того чтобы это сделать в прежней системе координат, где я работал, требовались год-полтора.
И это сегодня то, над чем мы работаем. Мы собираемся через три года провести испытания с запуском корабля на одном из таких двигателей. Уже живьём с 90-й площадки Байконура.
– Что уникального закладывают в своё детище конструкторы новой системы? Её сильные стороны?
– Мы конкурируем сами с собой за то, чтобы освоить новые способы и принципы проектирования, применять их в жизни и пытаться создать лучшее, на что способны.
Мы тоже пытаемся, как Илон Маск, создать многоразовую систему – и первую, и вторую ступень.
Это будущее. И я хочу сказать, что проблемы, с которыми мы сталкиваемся с точки зрения разработки многоразовой второй ступени, конечно, грандиозные.
Я понимаю, что делает Маск, понимаю, что делаем мы, и понимаю, что у нас проблемы одинаковые. У нас подходы с точки зрения материала, с точки зрения некоторых тонких вещей, термодинамики, аэродинамики немного разные, но физически условия, в которых мы существуем, одинаковые. То есть первая и вторая ступень Starship’а точно так же, как и наша вторая ступень с точки зрения физических условий, наша ступень, летящая со скоростью 7,66 км/с, должна назад вернуться и сесть. Причём ни у него, ни у нас нет крыльев. То есть мы не пытаемся посадить ступень по-самолётному.
Мы используем те же самые принципы, что на первой ступени. Первая ступень садится так же, как и первая ступень Falcon-9, то есть на свои посадочные опоры. В данном случае у нас есть преимущество, мы посадку будем осуществлять внутри Казахстана, а это земля, не море. Земля не колышется, у неё там нет 3–4 баллов волны, там платформа никуда не уезжает, где кол забили, там и будем сажать.
– Какой облик будет у космических транспортных систем в ближайшем будущем? Каким вы видите будущее освоения космоса?
– Мы сейчас подошли к пределу технологических возможностей использования химических двигателей для вывода на низкую опорную орбиту полезных нагрузок. Это самый эффективный способ по тяге, удельному импульсу и задачам, которые мы ставим перед собой как сейчас, так и в будущем. Я не вижу возможности замены двигателей чем-то другим.
Химический двигатель очень эффективен при выводе с поверхности Земли на низкую орбиту, но он неэффективен для полётов между планетами – к Луне или Марсу. Здесь это тупиковая вещь. На нём мы никуда по нашей Солнечной системе не полетим. Поэтому, скорее всего, появятся аппараты на базе плазменных, электрических, ионных двигателей.
Чем отличаются электромагнитные или плазменные двигатели? У них очень низкая тяга доли килограммов, несколько килограммов, может, десятки килограммов. Но при этом удельный импульс превышает в десятки раз, а это центральная вещь. Этот двигатель может работать часами, сутками, постепенно наращивать скорость космического корабля. Вот это будущее. Другими словами, будущее за теми, кто сумеет вывести и использовать на орбите источники энергии, скажем, мощностью 1 МВт.
– На ваш взгляд, какие новые задачи могут появиться у космонавтики в обозримом будущем?
– Что заставляло первых мореплавателей – Магеллана или Колумба – открывать новые земли? В то время были ведь и другие – десятки, если не сотни таких же точно, только безвестно пропавших. Конечно, это были попытки найти новые колонии, источники наживы. Ну и второе, эти люди были любопытными, готовыми платить деньги за новые знания.
Иначе зачем мы запускаем телескопы? Потому что нам это интересно.
Человек всё равно будет осваивать космическое пространство: сначала Луну, Марс, потом дальше. Потом он будет думать, как переформатировать Венеру, чтобы она стала более приемлемая для жизни. Чтобы там было не 450 градусов жары, а, скажем, 50–60 градусов.
Маловероятно, что на тех планетах кто-то будет нас воспринимать как инопланетян. Но мы станем де-факто и де-юре инопланетянами в ближайшее время. Люди полетели к Луне спустя почти 57 лет с момента первой высадки человека там. Ничего за эти годы нового не произошло, и вот сейчас повторно. Надеюсь, что это уже не единичный подвиг, это превратится в некую систему.
На этом пути огромное количество трудностей. Мы понимаем, что человек как существо биологическое не может выдерживать длительные космические полёты. Неважно, на каком аппарате он полетит. Он не может долго работать на поверхности Луны или Марса, он должен защищаться от радиации.
Даже полёт к Марсу в настоящее время смертельно опасен для людей из-за того, что там действует постоянная радиация. Но, с другой стороны, там, где большая неопределённость, где искусственный интеллект и его последующее развитие не смогут помочь, там будут работать люди, потому что человек очень универсальный и очень гибкий по своей природе.
Человек не остановится в процессе освоения пространства вокруг и получения новых знаний. Это встроено в нас и никуда не денется. Впереди огромные свершения и целый мир неизведанного. Только нам надо уже понять, что всё это возможно, если все мы на Земле забудем о войнах и распрях, потому что эта задача не для отдельной нации, а для всего человечества.