«Роскосмос» на распутье: космические планы и ракетный тупик

Что это дает? По замыслу создателей, на землю возвращаются дорогостоящие конструкции, которые перед повторным применением надо только проверить, поставить на стартовый стол и запустить. То есть такой прием должен уменьшить затраты на запуски, и за счет снижения стоимости привлечь заказчиков. Всегда ли так получается? Не всегда. Дьявол, как известно, кроется в деталях.

Мы в очередной раз стоим перед проблемой выбора в развитии ракетно-космической техники: бежать за передовиками капиталистического производства или идти своим путем.

Развилка 1970-х

Важная развилка была в начале 1970-х годов. Тогда американцы запустили проект «Спейс Шаттл», рассчитывая создать многоразовый космический орбитальный самолет. Почти сразу, по «высочайшему указанию» партии и правительства, мы начали свою программу «Энергия» - «Буран».

Первый полет «Шаттла» состоялся в 1981 году. Как показала практика, этот орбитальный самолет выводил грузы в космос за гораздо большие деньги, чем одноразовые американские ракеты «Сатурн-5», которые он заменил. Специалисты у нас с самого начала понимали, что экономической выгоды не будет. Но было политическое решение, потому что как-то раз «Шаттл» сделал «нырок» в атмосферу километров до 70-100 над Москвой. Всем стало страшно: а вдруг его сделают космическим бомбардировщиком? Нет спасения от такого оружия. Правда, простые люди об этом тогда не знали.

Слава Богу, удалось убедить руководство страны делать отдельно сверхтяжёлую ракету-носитель «Энергия» и орбитальный самолёт «Буран». Ракета могла выводить на низкую околоземную орбиту до 100 тонн любого груза, в том числе и корабль «Буран». В результате мы получили средство доставки на орбиту, например, боевого лазера «Скиф» мощностью 100 кВт. Именно его габаритно-массовый макет под названием «Полюс» запускали в первом полете «Энергии» в 1987 году.

Сбить боеголовку баллистической ракеты таким лазером, конечно, было нельзя, но испортить любой спутник - запросто. А 15 ноября 1988 года в первый и последний полет отправился «Буран». То есть мы получили результат, официально потратив 16,5 млрд руб. (соответствует примерно 2,5 трлн руб. нынешних), но не имели уже возможности воспользоваться плодами титанической работы.

Только «Ангара»

В следующий раз выбор мы устроили себе сами. В 1992-1994 годах Российское космическое агентство при Правительстве РФ провело конкурс на создание перспективного космического носителя, который выиграл Государственный космический научно-производственный центр имени М.В.Хруничева. Здесь предложили проект «Ангара», предусматривавший создание разных по грузоподъёмности ракет-носителей, в которых используются два типа универсальных ракетных модулей (УРМ). Каждый из них представляет собой конструкцию из двигательного отсека и баков окислителя - кислорода и горючего - керосина.

В первых двух ступенях «Ангары» применяется УРМ-1, в верхней ступени - УРМ-2. Легкая «Ангара-1.2» имеет две ступени, средняя «Ангара-А3» и тяжелая «Ангара-А5» - три.

Казалось бы, экономически идея хорошая. Но споров по поводу такого решения изначально было много. Дело в том, что любая универсальная ракета менее эффективна, чем построенная под конкретную задачу. Победили сторонники сделать дешёвой ракетную систему в целом. За счет чего? За счет крупносерийного изготовления универсальных ракетных модулей, что, конечно, уменьшает стоимость каждого из них. Однако процесс создания шел медленно из-за технических, а, главное, из-за финансовых проблем. В это же время количество наших запусков падало.

В результате сейчас мы получили семейство этих ракет, но пока недостаточно отработанных. Они оказались дорогими и конструктивно не очень совершенными. Совершенство ракеты оценивается тем, какой процент от стартовой массы ракеты приходится на полезную нагрузку. Например, у «Ангары-1.2», выводящей на низкую околоземную орбиту 3,5 тонны, это всего 2%. Практически такие же показатели имел «Циклон-3», который работал на токсичных, гораздо менее энергоэффективных компонентах. Такая же ситуация с «Ангарой-А5». У нее - 3,17%. То же имеет «Протон-М», который использует опять же токсичные компоненты. Но он в два раза дешевле!

Многоразовое перепутье

И вот очередная развилка. Американцы упорно твердят всему миру, что будущее космонавтики – многоразовые ракеты. И не только твердят. Они лидеры этого движения. И главный здесь – выдающийся предприниматель Илон Маск, он же хозяин фирмы Space X, создавшей серию ракет-носителей Falcon. Сейчас используются модификации Falcon 9 с возвращаемой первой ступенью и полностью возвращаемый сверхтяжёлый носитель с первой ступенью Super Heavy и второй – Starship, хотя полноценного его полёта пока не было. Все они работают на жидком метане и жидком кислороде.

Действительно, за счет многоразовости запуски могут обходиться дешевле. Сразу надо сказать, что варианты возвращения второй ступени не рассматриваются из-за их невыгодности и сложности. Но и полезной нагрузки ракеты с возвращаемой ступенью выводят на треть меньше, по сравнению с такими же одноразовыми. Почему? По простой причине. Они ведь содержат устройства, необходимые для управляемой посадки, да и основная конструкция тяжелее.

Вот наиболее яркий пример. Super Heavy – Starship имеет стартовую массу 5000 тонн, полезную нагрузку на низкую околоземную орбиту – около 100 тонн. А «Энергия» 40 лет назад выводила такую же массу, но весила на старте в 2 раза меньше – 2500 тонн!

Кроме того, с места посадки ступень надо доставить к месту следующего старта для определения ее состояния, оценки возможности использования. У американцев такой космодром, что эти действия для них не проблема. Для России все сложнее. Роскосмос предполагает по траекториям запуска с Восточного устроить несколько оборудованных площадок для посадки ступеней.

Дело в том, что по расчетам ЦНИИ машиностроения их посадка близко от места старта вернее всего сведет преимущества повторного использования к нулю. А доставлять ступени из тундры за многие сотни километров планируется на самом большом в мире вертолёте Ми-26. Разумно ли это и возможно ли?

Есть и другие проблемы. Тем не менее, у нас вовсю работают над своими проектами. Однако двигателей для них реальных нет. Системы посадки, схемы возвращения, послеполетного контроля и обслуживания не отработаны. Тем не менее на космодроме Восточный уже планируют делать стартовые сооружения для одного из вариантов.

А ведь экономический эффект от многоразовых ракет появляется при интенсивном грузопотоке на орбиту. Если мы не хотим подобно Маску запускать десятки тысяч спутников, надо более детально определить: получим ли мы экономию? Изготовление одноразовой серийной ступени обходится во много раз дешевле, чем производство немногих возвращаемых ступеней. При том что технические проблемы с такими ракетами будут очень большими.

Прежде всего невозможно оценить техническое состояние ракеты перед очередным стартом с такой достоверностью, как при её изготовлении на заводе. То есть, надежность возвращаемой ступени потенциально всегда меньше, чем одноразовой.

Недаром европейцы не спешат переходить на многоразовые носители. Они решили опробовать повторное использование ступеней на маломасштабных демонстраторах, чтобы определить выгоды и недостатки опытным путем.

Так надо ли конкурировать «Роскосмосу» со SpaceX? Вернее всего, следуя по пути Маска, мы его не догоним. Потратим кучу денег, забросим реальные проекты, не обеспечим госзаказ. А наши одноразовые ракеты сейчас, со всеми недостатками, дешевле тех, что имеет любая страна, кроме США.

Другой момент. Услуги запуска по-Маску – это выкидывание спутников на опорную орбиту, удобную для него из-за меньших затрат, а там пусть эти аппараты добираются до назначенных орбит на своих двигателях. И вот летят тысячи «Старлинков» в космосе месяцами, чтобы занять положенное место. А срок активного существования космического аппарата сейчас чаще всего определяется именно запасом рабочего тела для двигательной установки, которая нужна для поддержания орбиты спутника, его ориентации и стабилизации.

У нас же есть преимущество, выгодное заказчикам. Мы выводим аппараты очень точно на заданную орбиту, и тем остаётся только немного подправить свое положение. Был случай при запуске английского спутника на ракете-носителе «Днепр». Британцы рассчитывали, что он проработает пять лет. Но наши поставили его так точно, что спутник прослужил семь лет!

Разумеется, такой точный запуск более устраивает заказчика, поэтому он готов платить больше. Недаром философ Грасиан говорил: «Лучше обмануться в цене, чем в товаре».

Еще важное обстоятельство. Мы запускаем ракеты в любых метеоусловиях. А для многоразовых есть такие ограничения, потому что обеспечить их безаварийную посадку в любую погоду нельзя.

Так почему не пользоваться теми ракетами-носителями, которые у нас есть, доводя их до высокой надежности, возобновить запуски конверсионных ракет. А по многоразовым сосредоточиться на наиболее реализуемом проекте легкой или сверхлегкой ракеты? Они-то нам очень нужны. Вопрос на сообразительность для нового руководства Роскосмоса.