fonzeppelin (fonzeppelin) wrote,
fonzeppelin
fonzeppelin

Category:
  • Mood:
  • Music:

Интрига Илона Маска

Успешный старт "Falcon-Heavy" на прошлой неделе стал первым более чем за три десятилетия пуском сверхтяжелой ракеты-носителя. Первым, и одним из очень немногих. За всю историю космонавтики, в мире были созданы только три ракеты, способные выводить на орбиту полезную нагрузку более 50 тонн:

* Американская "Сатурн-5" - 140 тонн на НОО - 13 запусков, все 13 удачные (1967-1973)
* Советская Н-1 - 90 тонн на НОО - 4 запуска, все 4 неудачные (1969-1972)
* Советская "Энергия" - 100 тонн на НОО - 2 запуска, оба удачные (1987-1988)

Теперь же к ним добавилась еще одна:

* "Falcon Heavy" - более 60 тонн на НОО - 1 запуск, удачный (2018 - ...)



Слева-направо: "Сатурн-5", Н-1, "Энергия", "Falcon Heavy".

Но этот пуск может означать и много больше, чем просто создание нового сверхтяжелого носителя:

Исторически, главной проблемой сверхтяжелых ракет оказалось отсутствие широкого спектра задач под них. Великолепная "Сатурн-5" оказалась не у дел с окончанием программы "Аполлон"; единственной задачей, которую сумели изыскать под этот носитель кроме лунных экспедиций, был запуск орбитальной станции "Скайлэб". Аналогичной проблемой страдали и советские сверхтяжелые ракеты. Хотя под ту же "Энергию" предлагался широкий список возможных нагрузок, реально ее применение ограничилось двумя по сути дела экспериментальными полетами в рамках программы "Буран" и "Скиф"/"Полюс".

Вся проблема была в том, что сверхтяжелые РН крайне дороги в производстве и запуске. Пуск одного "Сатурна-5" обходился почти в миллиард долларов (!!!). Коммерческой нагрузки, которая могла бы оправдать такие расходы, в то время просто не существовало, и эксплуатация и производство ракеты были прекращены раньше, чем такая нагрузка могла бы появиться. Аналогично прекратилась и эксплуатация советской "Энергии". Хотя под обе ракеты существовало множество идей коммерческой нагрузки, миллиардные вложения в таковую требовали серьезной проработки всех деталей - и главной проблемой было то, что никто не мог гарантировать, что ракета будет еще в эксплуатации к моменту завершения работ над нагрузкой.

Получился замкнутый круг; потребители не рискуют разрабатывать сверхтяжелую нагрузку, потому что не уверены - будут ли в наличии сверхтяжелые ракеты, а производители ракет не рискуют создавать сверхтяжелые ракеты, потому что не уверены - будет ли под них сверхтяжелая нагрузка.

Маск разорвал это кольцо, создав то, что я определяю как преимущественно-тяжелый/опционально-сверхтяжелый носитель.

* В штатной конфигурации, "Falcon Heavy" работает как тяжелая частично-многоразовая РН, способная доставить на околоземную орбиту до 30 тонн полезной нагрузки. При этом, весьма дешевая РН; стоимость запуска по прогнозам Маска составит порядка 60-90 миллионов долларов. Для сравнения, обладающая аналогичной грузоподъемностью ракета "Дельта Хэви" (до недавнего - самая мощная из эксплуатируемых РН), обходится более чем в 400 миллионов долларов за запуск. Это позволяет F-H стать актуальным претендентом как на американском, так и на мировом пусковом рынке.

* В случае же, если возникает необходимость вывода сверхтяжелой нагрузки - "Falcon Heavy" становится сверхтяжелой одноразовой РН, способной вывести на околоземную орбиту около 60 тонн полезной нагрузки. Стоимость, за счет отказа от возвращения ступеней, несколько возрастает - но в сравнении со стоимостью "специализированной" РН, это сущие пустяки. Для сравнения, могучая SLS НАСА (существующая пока только в проекте), способная доставить на НОО 70-130 тонн полезной нагрузки, обойдется никак не меньше чем в 540-550 миллионов долларов за пуск.

Таким образом, Маск имеет в своем активе тяжелую ракету-носитель, которую - появись соответствующий контракт - он в любой момент может переделать в сверхтяжелую, просто запустив в одноразовой конфигурации. Его ракета не "простаивает" без дела, вне зависимости от появления или отсутствия сверхтяжелой нагрузки. Рынок же "тяжелых" пусков достаточно объемный, что показывают регулярные пуски ракет семейства "Протон", "Delta IV", "Atlas-V" и "Ariane-5". Только в 2017 году состоялись четыре пуска "Протон-М", шесть пусков "Ariane-5", и шесть пусков "Atlas-V".

Главными аргументами Маска являются:

Во-первых, разумеется, экономичность. Чем больше и тяжелее ракета, тем, соответственно, больше - и дороже! - становится ее первая ступень. Например, первая ступень "Сатурн-5" стоила 400 миллионов (в ценах 1966 года), при общей стоимости за пуск около миллиарда долларов. Возвращая первую ступень, "Falcon Heavy" возвращает более половины стоимости за пуск. За период 2015-2018, было осуществлено 29 попыток приземлить первую ступень, из низ 23 удачные.



Во-вторых, важным фактором выступает надежность. В промежуток с 2010 по 2018 год, ракеты семейства "Falcon-9" и "Falcon-Heavy" выполнили 48 пусков. Из них, только 1 (один) оказался неудачным, и еще в 1 (одном) случае ракета разрушилась во время стендовых испытаний до запуска. Это дает 96% надежность при пуске, что вполне сравнимо с лучшими из "старых" носителей.

При этом, интересно отметить, что надежность в данном случае тесно связана с многоразовостью. Решение использовать для сборки "Falcon-Heavy" уже ранее летавшие первые ступени от "Falcon-9" позволяет исключить производственные и конструкционные дефекты. А именно они чаще всего становятся причиной неудачных пусков. Применение уже летавших (прошедших "практическую проверку") ступеней позволяет гарантировать, что ракета точно не имеет конструкционных дефектов.

В-третьих, модульность. "Falcon-Heavy" собирается из тех же самых основных элементов (1-я и 2-я ступени), что и "Falcon-9". Сама по себе эта идея не нова - аналогично устроена, например, американская "Дельта" - но Маск довел идею до логического совершенства, комбинировав ее с возвращением ступеней. Теперь, первая ступень "Falcon-Heavy" набирается на 2/3 из уже летавших первых ступеней "Faclon-9", что позволяет свести затраты на производство сверхтяжелого носителя к абсолютному минимуму. И это означает, что сверхтяжелый носитель ВСЕГДА будет в доступности.

Все эти аргументы позволяют предположить, что Маск целится не только на эксплуатацию существующего рынка вывода - он намеревается провоцировать создание качественно нового. Рынка сверхтяжелой полезной нагрузки, для которого гарантированно будет иметься в наличии сверхтяжелый (и достаточно дешевый при этом!) носитель. А это означает, что коммерческая сверхтяжелая нагрузка неожиданно обретает значительно большую привлекательность для инвесторов.



6,7-тонный коммуникационный сателлит IntelSat 35e, выведенный на геосинхронную орбиту. С новой ракетой Маска, тенденция на увеличение массы сателлитов может продолжаться коммерчески успешно.


Существует достаточно обоснованное мнение, что возможности миниатюризации сателлитов в достаточной степени исчерпаны, и дальнейшее повышение их возможностей будет сопровождаться ростом их размеров и массы. И если для околоземных сателлитов проблему еще можно пытаться решать количественно (запуская много-много наносателлитов, вместо одного крупного), то для геостационарных систем такая практика неприемлема. Опять же, во многих случаях (например, в оптических системах), уменьшение размеров и массы возможно только до определенного предела а "дробление функций" вовсе невозможно.

-----------------------------------------------------------------------------------

P.S. В последнее время в интернете участились случаи тяжелого сумасшествия космической конспирологии, сводящейся к "автомобиль "Тесла Родстер" весит всего около полутора тонн, раз Маск запустил его, значит, "Falcon-Heavy" наверняка не выводит заявленную нагрузку, обман-обман-обман-абырвалг". Хотя я обычно избегаю вступать в спор с буйнопомешанными сторонниками теории заговора, однако, в данном конкретном случае они начинают сбивать с толку и просто не разбирающихся в космонавтике людей. Так что я решил вмешаться... и в общем, суть сводится к тому, что конспирологи (как всегда!) забывают две простые вещи:

* Полезная нагрузка была выведена не на низкую околоземную орбиту (НОО) а на пролетную траекторию в направлении Пояса Астероидов.

* Помимо, собственно, "Тесла Родстера", вместе с ним на околоземную орбиту вышла 2-я ступень ракеты (которая затем и разогнала его в Дальнее Внеземелье), а также запас горючего и окислителя для этого самого разгона.

Проверим же "алгеброй гармонию". В этом нам поможет старое доброе уравнение великого русского ученого Константина Эдуардовича Циолковского -
Где дельта-V - запас характеристической скорости, нужный ракете для достижения того или иного объекта, m0 - масса полностью снаряженной ракеты, m1 - масса пустой ракеты без топлива, ve - скорость истечения (она же удельный импульс).

* Для старта к поясу астероидов (условно, возьмем Цереру) с низкой околоземной орбиты нам нужен запас дельта-V в 4,3 км/с (приблизительно)
* Удельный импульс двигателя "Мерлин-D" - 300 секунд в вакууме.
* Массу пустой верхней ступени мы точно не знаем, но приблизительно возьмем 5 тонн (занизим). Масса "Родстера" - примерно 1,5 тонны, вместе с его постаментом-адаптером, манекеном и прочими штучками, условно, 2 тонны. Итого m1 у нас равна 7 тоннам.

Используя названную формулу, мы элементарно находим m0 - массу полностью снаряженной 2-ой ступени с ПН на ней и топливом внутри. Она составляет около 30 тонн - т.е. как раз в районе заявленной нагрузки "Falcon-Heavy" на низкую околоземную орбиту в многоразовом варианте.



Спасибо, Константин Эдуардович!
Tags: 2018, space-x, Космос, будущее, космонавтика
Subscribe

  • "Наука" пошла!

    Спустя двадцать шесть лет, модуль «Наука» все-таки покинул Землю) Начатый постройкой еще в далеком 1995 году, как функциональный дублер (т.е.…

  • Второй, но точно суборбитальный

    Спустя ровно девять дней после полета Брэнсона, в Космос поднялся Джефф Безос. Компания «Blue Origin» в своей деятельности твердо…

  • Призрачный флот в море

    Большие беспилотные корабли (LUSV — Large Unmanned Surface Vessel) «Рейнджер» и «Номад» на учениях в Тихом Океане.…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 29 comments

  • "Наука" пошла!

    Спустя двадцать шесть лет, модуль «Наука» все-таки покинул Землю) Начатый постройкой еще в далеком 1995 году, как функциональный дублер (т.е.…

  • Второй, но точно суборбитальный

    Спустя ровно девять дней после полета Брэнсона, в Космос поднялся Джефф Безос. Компания «Blue Origin» в своей деятельности твердо…

  • Призрачный флот в море

    Большие беспилотные корабли (LUSV — Large Unmanned Surface Vessel) «Рейнджер» и «Номад» на учениях в Тихом Океане.…