Россия утрачивает монополию на космический извоз
Алексей Михайлов
22 мая 2012 года имеет все основания претендовать на то, чтобы стать памятной датой в истории космонавтики. Ибо в этот день после нескольких неудачных попыток американской компании ？Спейс-экс？ (Space Exploration Technologies или SpaceX) впервые удалось вывести в околоземное пространство частный космический корабль ？Дрэгон？ (Dragon, ？Дракон？), пристыковавшийся затем к Международной космической станции (МКС).
Запуск ？Дрэгона？ был выполнен с помощью ракеты-носителя ？Фэлкон-9？ (Falcon-9, в переводе с английского – ？Сокол？). Она стартовала с космодрома на мысе Канаверал (штат Флорида) в 3.44 по времени восточного побережья США (11.44 мск). До этого момента ？Дрэгону？ не очень везло. Первоначально полет первого коммерческого корабля к МКС планировался еще на 7 февраля, однако его пришлось неоднократно переносить – потребовались дополнительные испытания программного обеспечения, отвечавшего за стыковку со станцией.
Затем была названа новая дата – 19 мая. Но буквально за секунду до старта система управления выдала команду на аварийное выключение двигателя из-за повышенного давления в одном из баков нижней ступени ракеты-носителя. Несколько часов спустя специалисты ？Спейс-экс？ установили, что проблема возникла из-за неисправного клапана, который тут же был заменен. В итоге событие, которого с нетерпением ждали в американской космической отрасли, состоялось лишь 22 мая. Через 10 минут после запуска ？Дрэгон？ отделился от второй ступени ？Фэлкона-9？ и вышел на околоземную орбиту. Через минуту раскрылись панели солнечных батарей и ？Дрэгон？ погнался вдогонку за МКС.
О ？Драконе？, ？Соколе？ и компании
Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА) попыталось найти замену американским шаттлам, поставленным на прикол, и российским ？Союзам？ – на последних в настоящее время осуществляется транспортное обеспечение функционирования МКС. В целях экономии собственных средств ведомство заключило со ？Спейс-экс？ в августе 2006 года контракт на сумму 1,6 миллиарда долларов, предусматривавший разработку и создание надежного транспортного средства для доставки людей и грузов на Международную космическую станцию и низкую околоземную орбиту. Предполагается, что этой суммы должно хватить на 12 рейсов рассчитанного на многократное использование ？Дрэгона？ к МКС в течение четырех лет.
Коллаж Андрея Седых
Космический корабль ？Дрэгон？ со спускаемым аппаратом проектировался с 2004 года. Стартовая масса корабля – шесть тонн, масса полезной нагрузки – до трех тонн. На Землю он может возвращать до 2,5 тонны полезной нагрузки. Герметичный объем ？Дрэгона？ – 10 кубических метров, негерметичный – 14. Многоразовая спускаемая капсула в перспективе может брать на борт до семи человек. Пока что ？Дрэгон？ – единственный в мире грузовой корабль, способный возвращаться на Землю.
Система стыковки ？Дрэгона？ включает в себя систему сближения и стандартный американский стыковочный узел с переходным квадратным люком. Стыковка с МКС обеспечивается путем подхвата корабля роботизированным манипулятором.
В настоящее время максимальная длительность автономного полета ？Дрэгона？ – семь суток, в составе МКС – 30. К моменту начала пилотируемых полетов планируется довести последний показатель до 210 суток.
？Дрэгон？ совершает уже второй полет в космос. В декабре 2010-го ？Спейс-экс？ провела успешный испытательный запуск корабля в околоземное пространство, но без стыковки с МКС. Тогда он успешно продемонстрировал вход в атмосферу и посадку.
В сфере работ над ракетами-носителями первым детищем ？Спейс-экс？ была РН ？Фэлкон-1？ – двухступенчатая ракета, в первой ступени которой использовался один двигатель типа ？Мерлин？. Как отмечают эксперты, ？Фэлкон-1？ проектировался с максимальным использованием существовавших к тому времени заделов: двигатель первой ступени создавался на базе наработок компании ？Рокетдайн？, технические решения – гладкостенные штампованные баки с наддувом и приварными ребрами жесткости – основывались на разработках компании ？Локхид Мартин？. Общие компоновочные решения, а также принцип работы системы управления, по признанию сотрудников ？Спейс-экс？, в определенной степени были построены на примере ？убитой？ Роскосмосом ракеты-носителя ？Космос-3М？.
Специалисты ？Спейс-экс？ первоначально попытались экономить – в период проектирования ？Фэлкона-1？ была принята схема работы с опорой исключительно на компьютерное моделирование с минимальным объемом натурных испытаний. Поэтому достаточно много ракет-носителей при запусках (все они стартовали с атолла Кваджалейн) ？пошли за бугор？. Первый пуск РН датируется 24 апреля 2006 года. Первый удачный – 28 сентября 2008-го – выполнялся без полезной нагрузки, поскольку потенциальных заказчиков напугали предыдущие провалы. Успешный коммерческий полет ？Фэлкона-1？ впервые состоялся 14 июля 2009-го. На орбиту был выведен малайзийский образовательный микроспутник ？РазакСАТ？.
Затем появился ？Фэлкон-5？ с пятью двигателями ？Мерлин？ на первой ступени. Стартовая масса ракеты – 155 тонн, масса выводимой на низкую околоземную орбиту полезной нагрузки – четыре тонны. Но в дальнейшем проект закрыли из-за отсутствия спроса в указанной нише полезных нагрузок.
Ракета-носитель ？Фэлкон-9？ – двухступенчатая, жидкостная. Компоненты ракетного топлива – керосин и сжиженный кислород. Разработана на базе РН ？Фэлкон-5？ путем увеличения числа двигателей ？Мерлин？ на первой ступени до девяти и наращивания длины топливных баков. Стартовая масса ракеты – 387 тонн, масса полезной нагрузки при выводе на низкую околоземную орбиту – 9,8 тонны, на геопереходную – 4,45 тонны. Длина ？Фэлкона-9？ – 48 метров, диаметр – 3,66 метра.
При создании ракеты в ？Спейс-экс？ выполнили широкую программу наземных апробаций и отработки основных систем, что позволило избежать неудачных запусков. Для этого компания приобрела и ввела в строй ранее заброшенный стенд для огневых испытаний в городе Мак-Крегоре, построила вибростенды на сборочном предприятии. До 22 мая были выполнены два успешных пуска – в июне 2010-го (с массогабаритным макетом ？Дрэгона？) и в декабре того же года.
？Спейс-экс？ намерена запускать ракеты-носители ？Фэлкон-9？ с капсулой ？Дрэгон？ с базы ВВС США ？Ванденберг？ в штате Калифорния (стартовый комплекс SLC-4E), с космодрома НАСА на мысе Канаверал (стартовый комплекс SLC-40), а также со стартовой площадки на острове Омелек (авиабаза имени Рональда Рейгана, атолл Кваджалейн) в Тихом океане.
Разработчикам ？Фэлкона？ пока не удалось реализовать задекларированную частичную многоразовость первой ступени – из-за недостаточной прочности она не выдерживает удара о водную поверхность, теряя при этом герметичность.
Компания ？Спейс-экс？ основана в 2002 году с целью прорыва на международный рынок коммерческих запусков. Бизнес-концепция фирмы предусматривает максимальное снижение накладных расходов и в итоге – окончательной цены оказываемых услуг за счет минимизации штата сотрудников, отсутствия непрофильных активов, максимального упрощения и удешевления ракет-носителей и космических аппаратов благодаря использованию готовых технических решений, отвергнутых крупными космическими корпорациями из-за их дешевизны и как следствие низкой финансовой выгоды. Если в начале работы у ？Спейс-экс？ из-за проблем с ？Фэлконом-1？ не все шло гладко с деньгами, к настоящему времени компания имеет контракты на коммерческие запуски 40 спутников на общую сумму четыре миллиарда долларов.
Программа полета и ее реализация
？Спейс-экс？ планировала, что после вывода на низкую околоземную орбиту ？Дрэгон？ совершит облет МКС на расстоянии 3,2 километра. В ходе этой операции предполагалось проверить работу систем беспилотника. Затем космический аппарат должен был совершить сближение со станцией. Экипажу МКС предстояло с помощью манипулятора осуществить ее захват и стыковку с модулем ？Хармони？ американского сегмента МКС со стороны, обращенной к Земле.
ИТАР-ТАСС
Кроме ？Дрэгона？ ？Фэлкон-9？ доставил на орбиту прах 306 землян, в том числе двух космических знаменитостей – астронавта Гордона Купера и актера Джеймса Духана, сыгравшего в фантастическом сериале ？Звездный путь？. Кремированные останки людей находились в специальных капсулах. Они будут кружить несколько лет вокруг Земли, а затем войдут в плотные слои атмосферы и сгорят.
？Дрэгон？ привез на МКС 521 килограмм некритических грузов (то есть тех, без которых в случае чего станция и ее экипаж могли бы обойтись), в частности продовольствие, материалы и оборудование для экспериментов. После разгрузки ？Дрэгон？ примет на борт новый груз массой около 660 килограммов, предназначенный для возвращения на Землю, в том числе оборудование, которое НАСА в целях экономии намерено использовать в дальнейшем.
На завершающем этапе миссии предусматривались отстыковка ？Дрэгона？ от МКС, сход с орбиты и приводнение в Тихом океане близ побережья штата Калифорния с использованием парашютной системы 31 мая.
В целом на момент подготовки статьи к печати изложенный выше план выполнялся. Специалисты ？Спейс-экс？ управляли полетом космического аппарата из штаб-квартиры компании в пригороде Лос-Анджелеса – Хоторне (штат Калифорния). Как сообщил 23 мая генеральный директор и основатель ？Спейс-экс？ Элон Маск (этому более чем удачливому бизнесмену южноафриканского происхождения, сколотившему миллиардное состояние в Интернете, едва исполнилось 40 лет), в первые сутки полета все системы корабля функционировали нормально, он был готов к стыковке. 24 мая ？Дрэгон？ с развернутыми ？крыльями？ солнечных батарей общим размахом 16,5 метра в автоматическом режиме установил связь с МКС. В этот момент аппарат находился на расстоянии 177 километров от станции. Затем последовали ее облет и сближение с ней.
25 мая ？Дрэгон？ после серии тестов с опозданием на два с половиной часа подлетел к станции на расстояние девять метров. Задержка была связана с решением специалистов ？Спейс-экс？ дополнительно изучить данные двух лазерных приборов корабля, которые в ходе его сближения со станцией начали выдавать разную информацию. Как оказалось, работе одного из них стали мешать солнечные блики от японского модуля ？Кибо？ МКС, и операцию пришлось проводить, полагаясь на показания всего одного прибора.
Наконец астронавт НАСА Дональд Петтит подхватил ？грузовик？ 17-метровой ？рукой？-манипулятором и с помощью астронавта Европейского космического агентства (ЕКА) Андре Кейперса пристыковал аппарат к американскому модулю ？Хармони？. Захват ？Дрэгона？ произошел на высоте 400 километров, когда МКС проносилась над Австралией. На это потребовалось два часа.
Уже 26 мая после проверки качества воздуха в капсуле и выравнивания давления экипаж открыл люки стыковочного узла и начал разгрузку корабля. Первыми в герметичный отсек ？Дрэгона？ проследовали Петтит и командир экипажа МКС россиянин Олег Кононенко, надев защитные очки и респираторы на случай, если в воздухе внутри аппарата окажутся токсичные компоненты. Когда Петтит и Кононенко сняли средства защиты, их, по словам космонавтов, встретил запах свежей краски, типичный для нового автомобиля. Еще одна ремарка от Петтита – ？Дрэгон？ более объемный по сравнению с ？Союзом？.
31 мая, как и планировалось, ？Дрэгон？ отстыковали от МКС и он отправился восвояси.
Реалии, которыене помешали
Путь ？Дрэгона？ в буквальном смысле пролег ？через тернии к звездам？, причем не только на Земле, но и после запуска. Как отметил в беседе с корреспондентом ？ВПК？ пожелавший сохранить анонимность эксперт, работающий в российской ракетно-космической отрасли, для испытательного полета – а именно такой полет совершал ？Дрэгон？ – это абсолютно нормально. По словам собеседника, ？по имеющейся у нас информации, не совсем штатно на активном участке полета ракеты-носителя произошел сброс заглушки стыковочного узла？. (？Дрэгон？ при старте не защищается традиционным сбрасываемым обтекателем, американцы прикрывают специальными заглушками лишь наиболее уязвимые приборы и устройства на аппарате. – Прим. авт.) ？Появились даже опасения, не повредила ли она стыковочный узел. Именно по этой причине астронавты при сближении ？Дрэгона？ с МКС сфотографировали его, чтобы дать возможность специалистам на Земле оценить возможность стыковки, – пояснил эксперт. – Но все обошлось？.
？Еще одна проблема была связана с нестабильной работой центрального двигателя первой ступени ？Фэлкона-9？ перед отсечкой тяги – давление прыгало. Хотя после 19 мая, когда старт был отменен, на двигателе производился ремонт？, – сообщил собеседник.
Теперь, считает он, специалистам ？Спейс-экс？ надо поработать над тем, чтобы до первого пилотируемого полета ？Дрэгона？ избавиться от предпосылок к сбоям как на носителе, так и на аппарате.
Прочие комментарии
Другие российские источники ？ВПК？ в ракетно-космической отрасли по-разному оценивают запуск коммерческого корабля. ？Американская капсула может нарушить российскую монополию на доставку грузов и людей на МКС？, – считает один из них. В итоге, отмечает он, Роскосмосу либо придется уменьшать плату за доставку американских астронавтов на станцию, либо он рискует остаться без этой статьи доходов.
Сейчас НАСА платит за одно место в российском ？Союзе？ 65 миллионов долларов. По оценке ？Спейс-экс？, стоимость доставки на МКС одного человека в ？Дрэгоне？ составит 20 миллионов долларов.
？В любом случае полет и стыковка ？Дрэгона？ с Международной космической станцией – это серьезная заявка, – полагает другой российский эксперт, близкий к программе МКС. – Это яркий пример того, как за 10 лет при затратах 1,2 миллиарда долларов частная компания смогла с нуля разработать эффективную и недорогую ракету и многоразовый корабль. Правда, им передали технологии большие компании – ？Боинг？ и ？Локхид Мартин？.
？К этому опыту надо внимательно присмотреться нашим чиновникам от космоса, которые четыре года гоняют из угла в угол документы по перспективной пилотируемой системе, заменяя реальную работу пустыми обсуждениями, – сказал эксперт. – В итоге, потеряв время, через четыре года мы пришли к тому, что было？. Он считает ненормальным то, что в России стоимость ракеты-носителя больше, чем стоимость пилотируемого корабля, хотя при его сборке интегрируются свыше 600 тысяч деталей, из которых состоят системы и подсистемы аппарата, а в ракетах-носителях таких деталей на порядок меньше.
？Для сравнения: в советские времена стоимость ракеты-носителя составляла всего одну пятую от стоимости корабля？, – напомнил собеседник.
？Если специалистам ？Спейс-экс？ удастся доработать ？Дрэгон？ до пилотируемого варианта, несомненно, он оттянет заказы от ？Союзов？, – признает эксперт. – Пока что к МКС пристыковалась ？пустышка？ – один корпус без начинки: там нет ни системы жизнеобеспечения, ни необходимой аппаратуры. Один корпус за 40 миллионов долларов плюс 54 миллиона – стоимость ракеты-носителя. Но это – вызов, предупреждающий, что нас через пять лет могут выкинуть с рынка？.
？Нам денег на пилотируемый корабль дают меньше, чем давали ？Спейс-экс？ на летный макет, – с горечью констатировал он. – Нас приучили жить в нищете, не платить кооперации, которая вынуждена работать под честное слово？.
Несмотря на определенный скепсис по отношению к ？Дрэгону？, собеседник высоко оценил характеристики РН ？Фэлкон-9？: ？Эта ракета – серьезнейшая заявка. Сделанная а-ля ？Зенит？, она может выводить на низкую околоземную орбиту 10–12 тонн полезной нагрузки при стоимости 52 миллиона долларов. Для сравнения: цена эффективной российско-украинской ракеты-носителя ？Зенит？ превышает 70 миллионов долларов, а другие российские носители такого же класса еще дороже？.
？Фэлкон-9？ способен выводить в 1,5 раза большую полезную нагрузку, чем ？Союз？, – заметил собеседник. – Тему ракеты-носителя среднего класса повышенной грузоподъемности ？Русь？ закрыли. ？Ангары？ пока нет. Но не нужна ни та ни другая ракета. У нас уже сейчас есть все компоненты для производства экономичного и эффективного носителя – двигатели, система управления. Мы знаем, как ее собрать в пакет. На первой ступени устанавливаем двигатель не 400-тонный, а 800-тонный, вторую ступень оставляем от проекта ？Русь？ и получаем новую ракету？. По мнению эксперта, эту работу может выполнить ракетно-космическая корпорация ？Энергия？ – ？единственная оставшаяся в России организация – системный интегратор？.
Ерш против толстых, ленивых карасей
Предполагается, что после того как специалисты ？Спейс-экс？ проведут своего рода работу над ошибками – разберут, насколько критическими были нештатные ситуации, складывавшиеся во время запуска и полета ？Дрэгона？, следующий рейс корабля к МКС может состояться уже нынешней осенью. Как заявил Маск на пресс-конференции после стыковки американского аппарата с Международной космической станцией, ？Спейс-экс？ рассчитывает осуществить первый пилотируемый полет своего детища в течение ближайших трех лет, то есть до 2015 года включительно. При этом магистральным направлением труда сотрудников компании ее глава назвал наращивание габаритов космических кораблей и наделение их ресурсом многократности.
На спускаемых аппаратах пилотируемых ？Дрэгонов？ планируется применение объединенной двигательной установки с возможностью широкого варьирования тяги. Она может как применяться для реактивной посадки, так и использоваться в качестве активного элемента системы аварийного спасения.
И как тут не вспомнить фразу, приписываемую руководителю НАСА Чарльзу Болдену и произнесенную им в ходе некой неофициальной встречи. В переводе на русский звучит примерно так: ？Дрэгон？ – это ерш, запущенный в пруд с толстыми и ленивыми карасями？. Она, судя по всему, была нацелена в адрес американских аэрокосмических гигантов (а может, не только американских?).
В любом случае предприятиям российской ракетно-космической отрасли стоит присмотреться к тому, как работает ？Спейс-экс？. У этой компании есть чему поучиться – при общей численности занятых 1700 человек она минимизировала управляюще-паразитирующую надстройку (пресловутый офисный планктон – сынки и дочки, внуки и внучки, а также жучки), отдав максимально возможное количество мест в штате непосредственно производству. В нем заняты высококвалифицированные рабочие с инженерным образованием, главная особенность труда которых – универсальность, готовность работать на том участке, который в данный момент является ？горячим？. Это позволяет избегать простоев в ожидании очередного задания.
Кстати, легкая жизнь не гарантирована и ？Спейс-экс？, которой дышит в затылок ？Орбитал спейс корпорейшн？ – фирма, подписавшая с НАСА контракт на 1,9 миллиарда долларов по обеспечению доставки грузов на МКС. Первый полет космического аппарата этой компании должен быть выполнен до конца 2012 года.
Алексей Михайлов
Авиационная и ракетно-космическая промышленность
Ключевое в статье: "как за 10 лет при затратах 1,2 миллиарда долларов частная компания смогла с нуля разработать эффективную и недорогую ракету и многоразовый корабль" на основе уже существующих технологий.