Ракеты 2.0: космическая эпоха Возрождения

Вспомните, когда вы в последний раз поднимали голову и смотрели на звезды?

Осталось ли в памяти ощущение величия и необъятности Вселенной, которое появилось после получения первых знаний об окружающем вас мире? А тот момент, когда вы впервые узнали расстояние от Земли до Луны, до других планет Солнечной системы? Какие мысли возникали в вашей голове в этот момент?

Скорее всего, с возрастом эти мысли стали уходить на второй план, ведь человек привыкает ко всему, а семейные и рабочие вопросы затягивают похлеще трясины.

Но не всех. В ракетном деле, как и в любой сфере, есть свои энтузиасты, которые «горят» своим делом и идут вперед, не отвлекаясь на внешние факторы. И именно эти люди, которые когда-то лежали на траве, глядя на столь далекие звезды в ночном небе, решили сделать их ближе.

Ближе для всего человечества.

Мы не располагаем достоверными данными о человеке, который первым подал мысль о том, что человек может вырваться за пределы атмосферы Земли с помощью искусственного аппарата.

Но первые задокументированные исследования, в которых теория уже начинала пересекаться с практическими планами реализации, принадлежат перу Константина Циолковского — русского ученого, философа и признанного основоположника теории ракетостроения.

В трактате «Грезы о земле и небе и эффекте всемирного тяготения» (1895 год) изобретатель пришел к выводу, что преодолеть гравитацию возможно, используя реактивные силы двигателя и естественные физические процессы. Максимальное ускорение движения и центробежная сила — главные факторы, правильно применяя которые, можно справиться с притяжением Земли.

В 1903 году была опубликована работа «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в которой Циолковский создал проект первой ракеты. Ее характеристики достаточно близки к реально сконструированным позднее моделям:

• Обтекаемый корпус из металла.
• Реактивный двигатель на жидком водороде и кислороде.
• Газовые графитовые рули.
• Идеи многоступенчатых устройств («ракетных поездов») и запуска техники с наклонной плоскости.

Многие идеи из трудов Циолковского (расчеты полета, конструкции ракет и траектория движения) использовались впоследствии на практике ракетостроителями всего мира. Но все же главным его достижением, на наш взгляд, является не техническая составляющая трудов — основным эффектом стало изменение мышления целого поколения ученых и инженеров, которые знакомились с его теоретическими выкладками.

И сам Циолковский это прекрасно понимал: «Во многих случаях я принужден лишь гадать или предполагать. Я нисколько не обманываюсь и отлично знаю, что не только не решаю вопроса во всей полноте, но что остается поработать над ним в 100 раз больше, чем я поработал. Моя цель возбудить к нему интерес, указав на великое значение его в будущем и на возможность его решения».

Прошедшие годы показали, что отцу космонавтики это удалось — его труды сподвигли десятки, а позже сотни и тысячи людей начать работы в этой новой для человечества сфере.

И вот наступила весна 1926 года, и первая ракета на жидком топливе устремилась ввысь. Историческое событие произошло в городе Оберн, расположенном в штате Массачусетс.

Американский ученый и инженер Роберт Годдард полностью организовал и успешно провел первый пуск устройства длиной в человеческую руку на высоту в 12 метров. И хотя такие габариты и дистанция, на которую аппарат Годдарда поднялся в воздух, сейчас выглядят довольно смешно, в тот момент этот запуск заложил основу будущего ракетной промышленности США.

Существенную роль в развитии новой сферы сыграл известный летчик Чарльз Линдберг, который помог найти Годдарду инвестора — известного финансиста и филантропа Дэниэла Гуггенхайма.

Первые $100 тысяч США, полученные ученым в 1930 году, были потрачены с пользой: ракеты его разработки достигали высоты практически в три километра, чем привлекли значительное внимание военного ведомства Соединенных Штатов Америки.

С момента запуска первой ракеты в США прошло десять лет, и вот ученые СССР под руководством Сергея Королева начали первые пробные испытания по созданию ракет-носителей. В 1933 году был проведен первый эксперимент по запуску на жидком (гибридном) топливе.

Проект ГИРД-09 стал дебютом советских ученых: ракета с одноразовым двигателем под номером 09 имела массу всего 19 кг и работала на сгущенном канифолью бензине с жидким кислородом в качестве окислителя.

К сожалению, все пробные запуски заканчивались провалами — лучшим результатом стало достижение отметки в полтора километра, после чего ракета выходила из строя по разным причинам. Исследования приостановились, и новый виток попыток покорения космоса начался уже в послевоенное время.

В 1945 году, после окончания Второй Мировой войны, страны-победительницы вновь обратили внимание не только на военные исследования в области ракетостроения — завоевание космического пространства фактически равнялось выдвижению государства в лидеры на политической арене.

Работы, касающиеся запуска ракет, проводились параллельно в двух державах-гигантах: США и СССР. Шансы были приблизительно равны, ведь у стран-соперниц появилась материально-техническая и научная база Германии, которая на тот момент была явным лидером ракетного дела: СССР получил в свое распоряжение детали инновационной немецкой баллистической ракеты «Фау-2» и завод по ее изготовлению.

Американцы, в свою очередь, предоставили убежище главному разработчику этого оружия – Вернеру фон Брауну, вместе с которым были получены основные чертежи и проекты. Именно он стал главой ракетного проекта США. Вместе с ним работал еще один пионер ракетостроения — Герман Оберт.

Этот ученый практически в одно время с Циолковским, не будучи при этом знакомым с его трудами, пришел к аналогичным выводам о возможностях ракет и подкрепил их целым рядом научных работ. В Советском союзе руководителем проекта в НИИ-88 назначили реабилитированного после репрессий Королева.

Державы-соперницы вели фактически идентичную деятельность, предпринимая попытки создать ракету, способную победить земное притяжение (на основе элементов «Фау-2»). Для этого было необходимо преодолеть так называемую «линию Кармана» (высота 100 километров над уровнем моря), что было технически выполнимо для немецких ракет дальнего действия.

Двигатель на горючем из жидкого кислорода в сочетании с этанолом позволял развить огромную скорость и обеспечивал высокую дальность полета в горизонтальной плоскости (до 320 км).

Стоит отметить, что еще в 1944 году немецкие исследователи под руководством фон Брауна проводили пробные вертикальные запуски, во время которых ракета «Фау-2» смогла преодолеть высоту в 188 км и, таким образом, стать первым в истории объектом, попавшим в открытый космос.

Фактически в США и СССР происходило следующее: ученые раз за разом модифицировали немецкую «Фау-2», пользуясь опытом и рабочими выкладками немецких коллег. Целью был полноценный космический полет. В США для этого разрабатывалась секретная программа Hermes.

Ракеты, собранные по аналогии с немецкими трофеями, запускались вплоть до 1952 года, и первое время достигали результатов, которые оставляли советские достижения позади.

И это было неудивительно, ведь сам Вернер фон Браун в начале взаимодействия с американским властями достаточно резко отреагировал на слова о своей первопроходческой деятельности в области разработки, сборки и запуска ракет: «Вы не знаете о собственном первопроходце ракетостроения? Доктор Годдард был впереди всех нас!»

Несмотря на успехи в отрасли, одноступенчатой системы, которой с лихвой хватало для военных целей (примером служит баллистическая ракета PGM-19 «Юпитер»), было недостаточно для реального выхода на околоземную орбиту и тем более для перевозки грузов, что было следующей целью космических исследований.

Но работы не стояли на месте, и в 1949 году Америка произвела запуск двухступенчатой ракеты, где «Фау-2» выступала первой ступенью, а в качестве второй использовалась WAC Corporal, созданная по американским технологиям. Это был наиболее успешный эксперимент: устройство преодолело линию Кармана и достигло высоты 393 км при скорости 1,8 км/с.

Особое конструкторское бюро (ОКБ-1) при НИИ-88 продвигалось по аналогичному пути, исследуя детали и модифицируя те же трофейные «Фау-2». У Королева в распоряжении был завод и немецкий испытательный полигон, с которого и проводились многочисленные пробные запуски аналогов немецких ракет под маркировкой «Р».

Пробные запуски «Р-1» совершались с 1947 года. Высота полета неуклонно росла: «Р-1» достигла отметки в 247 км, а в 1949 году «Р-2» преодолела рубеж в 600 км. Чтобы продвинуться к итоговой цели, которой был запуск первого простейшего спутника, потребовалось 6 поколений ракет.

Кстати, на основе чертежей «Р-2», выданных Китаю дружественным Советским Союзом, в стране были созданы баллистические военные ракеты «Дунфэн», впоследствии ставшие прообразом китайских космических кораблей «Чанчжэн».

В 1957 году была разработана ракета «Р-7» с дальностью полета 9000 км, способная развить скорость 8 км/с и выйти на околоземную орбиту. Именно она доставила на орбиту аппарат «Спутник-1».

Триумфальный запуск произошел с космодрома «Байконур». Спутник был простейшим устройством, представляющим собой сферу диаметром 58 см и массой 83 кг. Аппаратура, установленная на устройстве, позволила ему передать с орбиты радиосигнал об успешном завершении миссии, а также измерить плотность верхнего слоя атмосферы. В итоге устройство облетело Землю за 96 минут, выполнив все поставленные задачи.

Таким образом, теоретические предположения о возможности выбраться за пределы Земли и оставаться при этом на радиосвязи были подтверждены в реальности.

Но эта реальность была жестко приправлена происходящим в мире процессом — холодной войной сверхдержав.

В первую очередь политиков волновало не развитие космической промышленности с целью исследований околоземного пространства, а лишь то, возможна ли перевозка грузов не менее тонны. Грузов, предназначенных для войны. В рамках политики это было уже серьезной угрозой, не исключающей возможность атаки с космоса.

Уже через 5 месяцев после первого успешного запуска, в 1957 году, СССР вновь вывел на орбиту объект, «Спутник-3», несущий на борту 1300 кг полезной нагрузки.

Промышленность США практически не отставала: через год американцам также удалось вывести на околоземную орбиту свой спутник «Эксплорер-1». Использовалась четырехступенчатая модификация ракеты PGM-19. Модель носила кодовое название «Джуно-1».

Американский спутник весил всего 4,8 кг, но был оснащен счетчиком Гейгера, с помощью которого вокруг планеты был найден радиоактивный пояс Ван-Аллена. Стоит отметить, что американцы также часто сталкивались с неудачами при запуске новых ракет и выведении спутников на орбиту: из 11 моделей всего 3 достигли программных целей.

Так или иначе, но ближнее околоземное пространство было исследовано с помощью автоматических аппаратов. Новой целью космической гонки стала Луна.

Начало космического «соревнования» было не очень удачным. США запустили серию ракет «Юпитер-С» с зондами «Пионер», но первые три полета закончились падением лунных зондов из-за раннего сгорания первой ступени. Четвертый зонд, запущенный в 1959 году, пролетел мимо Луны, но дальше, чем планировалось.

Вплоть до 1959 года терпели фиаско и советские ракетостроители. Основной причиной были развивающиеся в процессе полета сильные колебания, разрушающие корпус носителя.

Ситуацию спасло техническое решение: в отсеке с топливом установили гидродемпфер – устройство, гасящее амплитуду колебаний. Оснащенная гидродемпфером станция «Луна-1» (ракета-носитель «Восток-Л») смогла выйти за пределы орбиты, но из-за ошибки в расчетах попала на орбиту Солнца, превратившись в искусственный спутник светила.

В том же 1959 году на спутник Земли отправили первый зонд (с помощью ракеты «Восток»). Станция «Луна-2» провела измерения радиации и магнитного поля вокруг спутника Земли и выполнила успешную посадку на поверхность Луны. Таким образом, впервые аппарат, созданный человеком, сел на поверхность другого небесного тела.

После победы над гравитацией и первым перелетом на спутник Земли перед учеными остро встает вопрос: есть ли способ отправить в космос на пилотируемой ракете живое существо так, чтобы оно выжило за пределами планеты и успешно вернулось на Землю?

Без возможности отправки в космическое пространство живого человека с последующим его успешным возвращением все дальнейшие исследования теряли смысл, поэтому следующим этапом стала система разработки жизнеобеспечения в условиях космоса.

Технические характеристики ракет по-прежнему не отличались совершенством, запуск не гарантировал успешного исхода миссии. Достаточно обратиться к статистике: с 1957 по 1961 год и у США, и у СССР успешно проходили два запуска из трех.

Первые попытки проверки эффективности систем жизнеобеспечения проводились на животных. Известные Белка и Стрелка были далеко не первыми собаками, запущенными в космос, но первыми, которым удалось там выжить.

Еще в 1957 году на борту «Спутника-2» была установлена отдельная кабина с собакой Лайкой, которая погибла через 5 часов после запуска из-за ошибок в расчете терморегуляции системы жизнеобеспечения. Безуспешные запуски с различными представителями фауны продолжались до 1960 года, но все ракеты разрушались в связи с техническими неполадками.

Параллельно велись исследования, касающиеся возможности создания возвращаемого аппарата. Наконец в 1960 году удалось успешно запустить на орбиту Земли и вернуть обратно станцию «Спутник-5» с выжившими Белкой и Стрелкой на борту. Это событие можно считать новым этапом развития технологии ракетостроения: теперь в космос можно было отправлять живых существ, используя космические аппараты

Отправка человека в космос и его удачное возвращение стало следующим этапом в развитии космонавтики. 12 апреля 1961 года Юрий Гагарин облетел Землю на корабле «Восток-1».

Во время полета космонавт размещался в небольшой капсуле с теплозащитой и атмосферой из смеси азота с кислородом под давлением. Конструкция аппарата предусматривала возможность ручного и автоматического пилотирования. Сам полет продолжался 90 минут и завершился успешным возвращением Гагарина на Землю. Советский союз и практически весь цивилизованный мир ликовал.

Через месяц США также смогли произвести успешный запуск аппарата с космонавтом Аланом Шепардом на борту. Корабль «Меркурий-3», закрепленный на ракете-носителе «Редстоун», не достиг орбиты Земли, но пересек линию Кармана, поднявшись на высоту 186 км. Пилотируемая капсула была защищена от перегрева титановой обшивкой, а внутренняя атмосфера состояла из кислорода без примесей. Шепард стал первым космонавтом, осуществившим пилотирование в условиях невесомости.

На орбиту американцы попали в 1962 году. Джон Гленн, пилотирующий «Меркурий-6», совершил три оборота вокруг Земли и доказал, что в условиях невесомости можно проводить работы внутри корабля, находящегося в открытом космосе.

Оставался открытым вопрос, сможет ли человек выжить вне корабля, находясь в невесомости и используя автономные средства жизнеобеспечения.

Фактически одновременно это удалось подтвердить на практике экипажам кораблей «Восход» (СССР) и «Джемини-4» (США). В марте 1965 года советский космонавт Алексей Леонов провел 20 минут за пределами корабля, а в июне того же года астронавт Эдвард Уайт изучал перемещение в невесомости (также около 20 минут).

Корабли постепенно становятся многоместными: мощности ракет теперь хватает, чтобы отправлять экипажи для разнообразных исследований и брать большее количество научной аппаратуры и полезной нагрузки в целом.

При всех достижениях перелеты оставались достаточно рискованными: не до конца отлаженные системы могли отказать в самый неожиданный момент.

Так, в 1967 году сгорел экипаж «Аполлона» (астронавты Уайт, Гриссом, Чаффи), в этом же году при возвращении на Землю из-за отказа парашютной системы разбился советский космонавт Владимир Комаров. Человечество понесло первые жертвы, но это не остановило пионеров космоса.

Второе по значимости событие после полета Гагарина — высадка человека на Луну,— произошло в 1969 году. Экипаж корабля «Аполлон-11» успешно достиг спутника Земли, а Нил Армстронг совершил первую среди людей лунную прогулку длиной в два с половиной часа и успешно вернулся на родину человечества, не забыв прихватить с собой образцы лунного грунта.

Фраза Нила Армстронга: «Это один маленький шаг для человека, но гигантский скачок для всего человечества», стала такой же знаменитой во всем мире, как и «Поехали!» Юрия Гагарина.

Путешествия людей за пределами Земли и высадка на другие планеты становилась реальностью.

Недостатком ракетных установок и космических кораблей оставался малый срок службы — стоимость аппаратов и потребляемого топлива была так высока, что владеть подобными устройствами могли только государства.

Корабли быстро сгорали в слоях атмосферы, а каждый новый запуск требовал не только денег, но и большого количества времени на подготовку. После первых успехов стало понятно, что разовые запуски невыгодны — за короткий период нахождения космонавтов на орбите времени на полноценное изучение космоса и Земли катастрофически не хватало.

Эта проблема положила начало эпохе разработки орбитальных станций (ОС) длительного срока эксплуатации, в которых люди смогли бы жить и работать на орбите нашей планеты.

В 1971 году была выведена первая орбитальная станция «Салют-1». Она представляла собой саму станцию (модифицированный военный корабль «Алмаз») и трехместный космический корабль «Союз-10» с экипажем. Для запуска использовалась ракета-носитель «Протон».

Из-за технических проблем в единственном стыковочном шлюзе первый экипаж не смог проникнуть внутрь станции, но успешно вернулся на Землю, совершив первую в мире ночную посадку космического модуля.

Позже туда отправился корабль «Союз-11», команде которого удалось провести на «Салют-1» 24 дня. На обратном пути случилось несчастье — капсула с экипажем разгерметизировалась, и члены экипажа, до последнего пытавшиеся устранить поломку, погибли, не добравшись до Земли. Это событие притормозило развитие советской космонавтики на долгие 27 месяцев.

Но энтузиасты космического дела не останавливались. Гибель экипажа «Союза-11» (Добровольского, Волкова и Пацаева) простимулировала создание безопасных для человека решений.

Технические проблемы были устранены, и в 1977 году новые ракеты понесли людей на орбиту Земли. Время пребывания экспедиций на борту значительно увеличилось, и в конструкции появилось два стыковочных узла — за счет этого выполнять работы стало проще.

Таким образом, человек научился жить в космосе.

Первый мировой рекорд непрерывного нахождения на орбитальной станции «Салют-7» составил почти 237 дней.

Электрическое питание обеспечивалось солнечными панелями. Вода и кислород отчасти (в меньшей мере) регенерировались системами жизнеобеспечения, а частично — доставлялись с поверхности планеты. Кроме того, сама станция достраивалась с помощью дополнительных стыкуемых модулей, доставленных ракетами с Земли. Сама ОС работала до 1991 года, после чего, согласно плану эксплуатации, штатно сгорела в атмосфере.

Немного позже «Салюта», в 1973 году США запустили свою ОС «Скайлаб-1», которая была единственной американской станцией на орбите и просуществовала до 1979 года.

В отличие от «Салют-7», у «Скайлаб» не было собственных двигателей, зато имелось несколько узлов стыковки: проводить технические работы было проще, а на борт могло попасть сразу несколько экипажей.

В качестве космического корабля, который обеспечивал прибытие и возвращение космонавтов, а также служил командным модулем станции, использовался аппарат «Аполлон».

Энергию станция получала от солнечных панелей на корпусе. Как раз с ними в процессе запуска и возникли неполадки, которые были устранены ремонтной командой. Личный состав провел необходимые работы по устранению, после чего оставался на орбите еще 28 дней, проводя все необходимые исследования.

Всего на борт «Скайлаб-1» было отправлено три экспедиции. После третьего визита проект заморозили, и станция сгорела в атмосфере в 1979 году (раньше, чем планировалось).

Запуски орбитальных спутников и ОС продолжались до 1990 года. В это же время (1986 год) СССР запустил на орбиту первую многомодульную космическую станцию «Мир», состоящую из 5 сегментов (и двух недостроенных модулей).

Основной модуль был модифицированным «Салютом» («Салют-8» или «Заря»). Станция задумывалась как место постоянного жительства экипажей и включала технические, жилые и служебные отсеки, а также модули для наблюдения за космосом — с медицинским оборудованием, портами стыковок и беспилотником-снабженцем.

На ОС имелось шесть узлов стыковки. Доставка экипажей на борт КС и на Землю производилась с помощью КК «Союз». По официальной версии, причиной для заморозки проекта стал новый приоритет — Международная космическая станция (МКС), а также финансовые сложности, связанные с содержанием сразу двух станций в космосе.

Кроме того, «Мир» был поврежден пожаром из-за столкновения с беспилотником «Прогресс» в 1997 году и требовал дорогостоящего ремонта. Несмотря на то что в 2001 году президент Ирана предложил выкупить ОС или финансировать ее содержание в течение ближайших двух-трех лет (в обмен на допуск и обучение иранского космонавта), было принято решение о ликвидации «Мира».

В марте 2001 года конструкция была смещена с орбиты толчком КК «Прогресс». Штатное затопление станции произошло в Тихом океане.

В 1998 году сверхдержавы (включая США, Россию, Европу, Японию и Канаду) объединились и создали одну общую многонациональную станцию (МКС).

Многомодульная станция рассчитана на длительное проживание космонавтов, выполняющих мультинациональные научные программы.

Пока это самый внушительный аппарат в космосе: объем конструкции составляет 400 кубических метров, а вес – почти 400 тонн. Поскольку собранную станцию поднять было невозможно (ракет подобной мощности не существовало), МКС собирали прямо на орбите, постепенно присоединяя к ней различные модули.

Российский жилой модуль «Звезда» был создан на базе ОС «Салют» («Салют-9»). Первый экипаж из России прибыл на станцию в 2000 году и прожил там 5 месяцев. Космонавт из США Пегги Уилсон установила рекорд пребывания человека в космосе (665 дней).

Командные центры МКС находятся в США и России, а в целом этот дорогостоящий проект (на конец 2018 года в создание, модернизацию и обслуживание станции инвестировано более 150 млрд долларов) существует по настоящее время.

Сейчас главными целями развития ракетостроения являются:

• Увеличение дальности полета и грузоподъемности возвращаемых аппаратов.
• Удешевление стоимости запусков (без ущерба для безопасности).

В приоритетах — коммерческая сфера ракетостроения: переброска грузов и космический туризм. Единственным на сегодняшний день рабочим решением является использование многоразовых ракет нового поколения.

И этот вариант развития стал возможным благодаря тому, что космические программы больше не являются монополией государств — к игре присоединились частные компании. Коммерческое ракетостроение и частные перелеты существенно расширят сферу освоения космоса людьми.

На борту орбитальных станций активно ведутся эксперименты по обеспечению полной регенерации кислорода и воды. Физико-химические системы частичного цикла уже применялись в первых «Салютах»: из отходов жизнедеятельности и атмосферы концентрировалась влага, а воздух очищался от углекислого газа.

На данный момент в МКС применяется частично замкнутая система контроля окружающей среды и жизнеобеспечения (ECLSS), которая способна регенерировать воду и очищать атмосферу. Совершенствование этой системы — одно из приоритетных направлений.

Предполагается, что в будущем для создания полностью замкнутой системы жизнеобеспечения, а также воспроизведения пищи и кислорода будут использоваться биологические процессы.

Дополнительно анализируются способы выращивания растений на борту аппаратов. Все эти меры в комплексе обеспечат широкую автономность орбитальных станций и космических кораблей, избавив находящихся в космосе людей от привязки к Земле и, как следствие, позволят заняться исследованием глубокого космоса.

Важным вопросом, который постепенно перешел от теории к практической реализации в современных космических исследованиях, становится колонизация других планет — преимущественно Луны и Марса.

Но при текущем уровне развития космической техники доставка людей и груза — билет в один конец. Состав атмосфер на планетах и существующие технологические решения не позволяют создавать космодромы для обратного запуска. Устранению этой проблемы посвящен ряд государственных и частных проектов.

Ведутся разработки по усовершенствованию двигателей и топлива. Планируется переход на более эффективные и экономичные виды систем — идеальным было бы создание ядерного двигателя, работающего на газообразном топливе — небольшой объем и огромная мощность позволили бы увеличить скорость движения и максимальную грузоподъемность ракеты.

Но исследования этого вида топлива, проводившиеся с 1950-х годов в США (NERVA) и СССР (РД-0410), не были завершены. Эксперименты закончились неудачно, поскольку в реакторе использовалось твердое топливо и достигнутой максимальной температуры оказалось недостаточно для толчкового выброса.

Работы по газофазному двигателю также не увенчались успехом и были заморожены в 1994 году из-за риска загрязнения окружающей среды продуктами распада и невозможности защитить корпус аппарата от побочных реакций.

Россия пошла по пути освоения электрической энергии: с 2007 года Роскосмос ведет разработку ракетной установки на электротяге. Результатом должна стать возвращаемая конструкция с высокой грузоподъемностью и скоростью, в несколько раз превышающей аналогичный параметр аппаратов на химическом топливе.

Создание однократно запускаемых ракет-носителей стало крайне невыгодным занятием — затраты на производство не окупаются, поскольку на орбиту регулярно выводятся многочисленные спутники, а к другим планетам отправляются исследовательские беспилотники.

Стоимость деталей ракеты и топлива тормозит развитие частного использования космических аппаратов (транспортировка грузов и туризм), поэтому единственным решением являются многоразовые возвращаемые ракеты.

На текущий момент (конец 2019 года) эта проблема фактически решена компанией SpaceX»Илона Маска.

В настоящее время космическими проектами активно занимаются страны, стоявшие у истоков звёздных исследований: США и РФ. При этом сфера космоиндустрии стремительно расширяется, и на арену событий выходят частные компании и капиталы. И здесь уместно упомянуть компанию, которая сейчас занимает лидирующее положение в сфере ракетных инноваций — SpaceX.

Программа Илона Маска является наиболее успешным частным проектом ракетостроения и освоения космоса. Кроме того, уровень амбиций бизнесмена создает серьезную конкуренцию госпрограммам США и РФ.

SpaceX, зародившаяся в начале 2000-х годов, не только стала единственной успешной частной фирмой по производству ракетных технологий — на данный момент корпорация Маска успешно проводит рекордное количество гражданских запусков ракет в космос.

Для достижения своих целей Маск полностью перерабатывает структуру существующих ракет, пытаясь привести их к следующим параметрам:

• Сделать аппараты многоразовыми, с возможностью возвращения и дозаправки.
• Ускорить время перемещения в космосе за счет усиления двигателей ракет-носителей.
• Уменьшить стоимость перелетов за счет удешевления цены на производство ракет и топлива.
• Создать сверхтяжелые ракеты, теоретически способные отправить достаточное количество материала и экипажа для колонизации планет.

Для достижения этих целей компания Маска уже 17 лет постоянно совершенствует свои ракеты, покоряя новые вершины ракетостроения. И хотя путь компании нельзя назвать легким — за эти годы аппараты взрывались, падали и разрушались, — но результатом такого труда стали:

• Falcon 9 — многоразовая ракета, которая активно применяется в космосе для разных задач.
• Тяжелая Falcon Heavy, которая может вывести рекордную массу весом почти в 64 тонны на орбиту Земли.

Помимо перечисленных, «SpaceX» запускала и другие типы ракет (например, серию грузовиков Dragon для переброски космонавтов на МКС) и коммерческие спутники разных стран. Отдельно стоит обратить внимание на успешные запуски спутников Starlink. Это коммерческий проект, цель которого — распространение недорогого интернета, доступного в любой точке мира.

Кроме того, Маск ставит и более локальную цель для своих ракет — организовать не только частные перелеты в космосе, но и скоростные маршруты доставки грузов в любую точку Земли. Хотя назвать «локальным» то, что значительно повлияет на систему грузоперевозок на планете, довольно сложно.

Сейчас, в декабре 2019 года, венцом развития компании является Starship»(ранее — Big Falcon Rocket, или BFR) — корабль, который представляет собой основу для главной цели программы SpaceX.

Своей главной долгосрочной целью Илон Маск ставит колонизацию Марса.

Программа американской государственной корпорации NASA также направлена на будущую колонизацию других планет. И наиболее перспективной в этом плане представляется Луна. В 2019 году запущена программа «Артемида». Согласно плану, в 2024 году на ближайшее к Земле небесное тело отправится экспедиция, а к 2030 году американские астронавты полетят в сторону Марса.

Для этих целей ведутся разработки сверхтяжелых ракет, способных доставить не только космонавтов, но и полезные грузы для развертывания базы на спутнике Земли.

Для работ на Луне конструируются специальные модели скафандров с усиленной защитой и проводятся первые успешные испытания модулей жизнеобеспечения, которые планируется установить в окололунном пространстве.

Кроме того, для межзвездных перелетов совершенствуются существующие виды ракет. Запланированы испытания сверхтяжелого аппарата нового поколения SLS, оснащенного наиболее мощными из существующих кислородно-водородными двигателями RS-25, которые использовались на замороженном правительством проекте запусков космических шаттлов.

Российская государственная корпорация «Роскосмос» продолжает организацию запусков орбитальных спутников и космических кораблей «Союз». Помимо собственных космонавтов, Роскосмос предлагает услуги по направлению на орбиту иностранных экипажей. Кроме того, компания по-прежнему задействована в исследованиях долгосрочного проекта на МКС.

В планах «Роскосмоса»:

• Разработка новых технологий ракетостроения, позволяющих начать заселение Луны к 2040 году.
• Расширение космодромов.
• Попытка создать более эффективные многоразовые ракеты с двигателями на плазменном топливе или электричестве.

Работа на орбите и запуски «Союзов» уже исчерпали себя, но дальнейшее освоение космоса российской корпорацией пока не представляется реальным в связи с ограниченными техническими возможностями.

Программы Китая по освоению космоса впечатляют своей глобальностью. Несмотря на то, что проект с космической станцией Tiangong 2 свернут (в июле 2019 года КС была сведена с орбиты), исследования ведутся в других более перспективных направлениях.

Ученые Поднебесной проводят эксперименты по внедрению в производство ракет серии «Чанчжэн» с повышенной грузоподъемностью, используя твердые виды топлива.

Также планируется организация регулярных коммерческих полетов и частных суборбитальных экскурсий. Негосударственные космические перелеты в Китае уже разрешены, остается только снизить расходы на содержание космических аппаратов. Такая мера сделает стоимость перемещения менее высокой.

Повышение грузоподъемности и скорости ракет-носителей – основной вектор развития китайских технологий. В долгосрочной перспективе намечена колонизация Луны и Марса на новых, сверхтяжелых КК.

Китай делает ставку на создание одноступенчатых ракет многократного использования. Предполагается, что такой подход решит многие экономические проблемы. С помощью космических технологий ученые намереваются сократить потребление электроэнергии на Земле: например, организовать экспериментальное освещение одного из городов с помощью спутника-отражателя.

Из азиатских стран в освоении космических технологий значительно продвигается Индия. Основное внимание направлено на коммерческие и частные перевозки. Космическая программа страны набирает обороты с 1980 года, и за это время получены значительные результаты:

• С 2008 года запускаются лунные зонды.
• В 2013 году на орбиту Марса успешно отправлена исследовательская автоматическая станция «Мангальян» (для запуска использовалась ракета индийского производства «PSLV-XL»).
• В 2030-х годах ожидается пилотируемый полет на Красную планету.
• Разработаны военные разведывательные спутники и противоспутниковые ракеты, что дает стране полное право считать себя серьезным соперником для основных держав.

Сейчас модели PSLV — одни из самых бюджетных. Это дает возможность получать коммерческую прибыль от запуска с ее помощью спутников других стран. Тяжелые ракеты типа GSLV способны отправлять на орбиту грузы.

Привлечение частных компаний позволит Индии получить новые финансовые вливания и расширить количество запускаемых спутников.

Среди славянских стран на новый этап космических свершений выдвигается Украина. Проект по ракетостроению и освоению космоса, ранее замороженный на долгий период, был заново открыт в 2018 году.

Составлен план действий на ближайшие 5 лет. В октябре 2019 года был принят закон о разрешении запуска и разработки ракет частными компаниями. Снятие ограничения позволит развить перспективное коммерческое направление, а также привлечет в данную отрасль инвестиции.

Принятое решение уже дает свои плоды: завод «Южмаш» получил крупный заказ от коммерческой космической компании США Firefly Aerospace. Сумма заказа и дальнейшее сотрудничество с частными фирмами — шанс восстановить завод и возобновить участие Украины в космической отрасли.

На календаре — январь 2020 года.

Совсем недавно, 20 ноября, при испытаниях взорвался Starship Илона Маска — корабль, который должен был положить начало экспансии человечества на другие планеты.

Остановит ли это SpaceX?

Вряд ли. Ведь погибла модель MK I, а уже с момента презентации ракеты 29 сентября 2019 года, специалисты компании работают над прототипом MK III с улучшенными полетными характеристиками и новыми конструктивными решениями, в то время как MK II уже готовится к испытаниям.

Как и пионеры ракетного дела, современные специалисты не привыкли опускать руки из-за постоянных трудностей и повышения уровня сложности задач, стоящих перед homo sapiens.

И это утверждение относится не только к SpaceX — оно одинаково верно и для американцев, и для россиян, и для китайцев, и для индийцев, и для украинцев, и для многих других национальностей, работающих в космических проектах.

В ближайшие десятилетия нас ждет:

• Переход к коммерческому кораблестроению.
• Уменьшение стоимости полетов.
• Увеличение дальности перелетов.
• Возможность многоразового использования ракет.
• Появление и применение новых форм топлива.
• Доставка людей на Луну как штатная процедура.
• Строительство первой научной станции на естественном спутнике Земли.
• Появление первой, пусть и маленькой, но колонии землян на Марсе.

Попробуем осознать эту мысль еще раз?

То, что многие из нас читали в фантастических романах и видели в космической кинофантастике, уже сейчас, прямо в этот момент усилиями целеустремленных людей становится реальностью.

Возможно, это не выйдет сделать в 2030-х годах, и процесс затянется еще на десять или двадцать лет. Но тенденции таковы, что у большинства читателей этой статьи появился реальный шанс увидеть, как «на пыльных тропинках далеких планет останутся наши следы».

Ну а самые юные читатели вполне смогут оставить эти следы своими собственными, пока еще маленькими ногами.

Ну что, per aspera ad astra?

Материал подготовлен коллективом команды Texts.ninja

#космос