Как Илон Маск и SpaceX совершили революцию

Starship не только даст возможность отправить исследователей на Марс, но и увеличит возможности в космосе.

Поздним вечером 5 мая глава SpaceX Илон Маск написал в твиттере: «Штатная посадка Starship». Маск не известен своими сдержанными высказываниями. Но глядя на летящую громадину из нержавеющей стали, многие сказали бы, что она, скорее, была феноменальной, пишет аэрокосмический инженер Роберт Зубрин для (nautil.us) (перевод — nv.ua).

Больше 5 млн человек наблюдали за этим зрелищем на YouTube, вероятно, затаив дыхание, ведь все предыдущие попытки приземлить Starship закончились возгоранием. Но не SN15. Эта версия Starship взмыла вверх на 12 километров, а потом, вращаясь по инерции, «села на брюхо» — используя свой широкий серебряный корпус в качестве тормоза — опускаясь медленно и пользуясь мощностью двигателей Raptor, чтобы обеспечить себе мягкое и безопасное приземление.

Некоторые люди в NASA, должно быть, испытали облегчение. К удивлению космической индустрии, в апреле NASA выделило $2,9 млрд на адаптацию Starship, чтобы доставить космонавтов на Луну. Фаворитом была вовсе не компания SpaceX, а «тяжеловесы» из National Team, в число которых входит компания Джеффа Безоса Blue Origin, ветеран среди аэрокосмических подрядчиков Lockheed Martin, Northrop Grumman и Draper Labs. Этот выбор был настолько неожиданным, что, когда информация о нем появилась в Washington Post, некоторые хорошо информированные наблюдатели отказывались верить в нее. Политика подсказывала, что ставить на National Team — безопасно и надежно.

Возможно, неудивительно, что проигравшие команды (в число которых входил и союз малого бизнеса, возглавляемый Dynetics) стали незамедлительно протестовать против выбора NASA, тем самым временно остановив программу. Но учитывая, что SpaceX имеет наибольший потенциал за цену вдвое меньшую, чем у конкурентов, она, скорее всего, преуспеет. Безусловно, NASA будут критиковать в Конгрессе за отказ сотрудничать. Политики верят, что NASA существует, чтобы приносить экономическую выгоду их избирателям. Но правительственные агентства также несут знамя американского духа первопроходцев. Это все же человеческая организация, уязвимая к недостаткам системы, которая поддерживает ее. У нее есть свои моменты. И, боже, это был один из них.

Конечно, это был знаменательный момент и для Маска, основавшего SpaceX в 2002 году, только продав компанию для цифровых платежей PayPal ради ничуть не малой цели — доставить людей на Марс. Знаю, знаю. Предприниматели обычно занимаются всем ради денег, правда? Но циники ошибаются по поводу Маска. Я был одним из тех, кто помог убедить его сделать Марс своим призванием. Если бы он хотел заработать больше денег, он бы мог найти гораздо более легкие способы, чем создавать компанию, производящую ракеты, — общеизвестно, что это сложная затея, имеющая мало шансов на успех. Он искал занятие, значение которого будет вечным. Колонизация Марса (а также электромобили и солнечная энергия) прошла этот отбор.

Позвольте подчеркнуть, насколько революционным космический корабль Starship может стать для нашего космического будущего и самого понимания жизни. Я в этом бизнесе уже достаточно долго. В конце 80-х я был в команде компании Martin Marietta (теперь Lockheed Martin), которая занималась предварительным проектированием того, что стало известно как Space Launch System (Cистема космических запусков, SLS), ныне ракетный флагман NASA. Изначально система была разработана как быстрый и хитрый способ создать тяжелую ракету-носитель из компонентов в то время эксплуатировавшейся системы Shuttle. Система Starship совершенно не похожа на SLS. Она не похожа ни на что, сделанное NASA ранее. Она представляет абсолютно новую концепцию космических операций, поэтому ее влияние на науку может быть экстраординарным.

NASA до сих пор утверждает, что его программа Artemis будет использовать SLS и космический аппарат Orion для того, чтобы доставить космонавтов к Gateway, еще не построенной космической станции на орбите Луны. Далее предполагается, что на орбите они встретятся с Starship, который доставит космонавтов на поверхность спутника Земли. NASA могут отправить так несколько миссий. Но, честно говоря, это делается ради того, чтобы избежать позора за то, что было потрачено так много времени и денег на неиспользуемые системы. Как только внедрят Starship, логика сама приведет к совершенно другому направлению.

По сути своей SLS — это тот же Shuttle, но без его орбитального ракетоплана, напоминающего самолет. Это позволяет заменить его вес разгонным блоком и/или существенно большим грузом. Подобный упрощенный вариант Shuttle мог бы летать уже в середине 90-х. Если бы это происходило, мы могли стать свидетелями того, как он привел бы нас к технологиям для гораздо более эффективной космической программы в последнюю четверть века.

К сожалению, этого не произошло. Авторитетный комитет, возглавляемый Джеком Керреброком, выдающимся профессором Массачусетского технологического института, еще в 1993 году рекомендовал быструю разработку тяжелой ракеты-носителя на основе Shuttle — чтобы на порядок уменьшить число запусков, необходимых для создания Международной космической станции. Но предложение было отвергнуто Элом Гором, в то время занимавшим пост вице-президента. Гор хотел продлить программу конструирования космической станции на десятилетия, чтобы использовать десяток запусков Shuttle и российского Протона в качестве пути, побуждающего к дружественным отношениям с новой властью постсоветской России (то есть перечисления ей средств). Поэтому SLS задержалась на два десятилетия, пока система не устарела.

Увы, это привело к тому, что в экспертизе NASA образовался пробел величиной в целое поколение. Ответственными за разработку стали люди, которые никогда не занимались этим прежде, поэтому программа вяло перекочевала в новое столетие — с окончательным вариантом конструкции, ухудшившем работоспособность, и даже без тестового запуска, чтобы продемонстрировать плоды 30 лет работы и $20 млрд вложений. В 2005 году NASA стало разрабатывать капсулу Orion, чтобы дать американцам возможность попадать на орбиту после ухода Shuttle на покой. Это должно было произойти (и произошло) в 2010 году. Это должно было быть просто, но каким-то образом NASA, его контрагенты и Конгресс опять умудрились превратить это в усилия, требующие нескольких десятилетий и $20 млрд. Состоялся лишь один беспилотный тестовый полет в 2014 году. Более того, не только стоимость, но и вес Orion существенно возрос. С весом в 26 тонн — в три раза большим, чем у капсулы Apollo, Orion оказался слишком тяжелым для доставки на низкую окололунную орбиту, чтобы иметь необходимое количество топлива для возврата.

Поэтому администрации Обамы пришла в голову идея построить космическую станцию на высокой окололунной орбите. Вместо того, чтобы отправляться на Луну, космонавты, летящие на Orion могли бы оказаться на Лунной орбитальной платформе (Gateway) и насладиться видом. Или, возможно, исследовать астероиды, которые однажды могут быть выведены на высокую окололунную орбиту с помощью продвинутой системы. Здорово?

Правда, я не был фанатом администрации Трампа. Но нужно отдать им должное за то, что они поняли, что этот унаследованный ими план — смехотворен. Они отменили невыполнимую Миссию с целью изменения траектории движения астероида (Asteroid Redirect Mission) и заявили, что Лунная орбитальная платформа должна стать шлюзом, из которого можно куда-то отправиться. Так появилась программа Artemis, обещающая вернуть американцев назад на Луну (а американку — впервые) к 2024 году. Чтобы избежать позора, ребятам из NASA нужно было сделать SLS, Orion и Gateway частью Artemis.

Но этот план выглядел не очень хорошо. Программа SLS была готова проводить лишь один запуск в год. И это несмотря на то, что в ходе тридцатилетней программы более сложной системы Shuttle удавалось проводить около четырех запусков в год (наибольшим числом запусков в год было восемь). Поэтому, если лунную миссию планируют реализовать в адекватный отрезок времени, она должна состоять не только из SLS, доставляющей Orion на орбиту, но и нескольких расходных ракетных комплексов среднего класса для доставки аппарата к Gateway, чтобы команда могла оттуда отправиться на поверхность Луны и назад. NASA cобрало около $1 млрд на инженерно-конструкторские исследования и обратилась за предложениями по проектированию архитектуры миссии для разработки концепции лунного экспедиционного аппарата, чтобы воплотить этот план в жизнь.

В апреле 2020 года за предварительные проекты NASA предоставило контракты трем участникам — National Team, возглавляемой Blue Origin, команде Dynetics и SpaceX. National Team, взяв львиную долю финансирования размером в $579 млн, предложила неловкий трехступенчатый одноразовый модуль. Он точно соответствовал непригодной концепции, которую задумали в NASA как часть плана их миссии. Команда Dynetics, состоящая из 25 небольших бизнесов, получившая $253 млн, предложила небольшой одноступенчатый модуль со сбрасываемым топливным баком, который хоть и (умно) отходил от идеи NASA, но в целом соответствовал ей.

В компании SpaceX, взявшей последние $135, предложили совершенно другую концепцию — Starship. Это был бы многоразовый, двухступенчатый ракетный комплекс тяжелого класса на метаново-кислородных двигателях и с вместимостью где-то между SLS и более мощной ракетой Saturn V, используемой для посадки на Луну. Из-за пригодности для повторного использования система Starship стоила бы лишь чуть меньше 1% стоимости каждой из них. Сами по себе эти особенности изменили бы мир, но это еще не все: Starship разработали бы таким образом, чтобы его можно было дозаправлять с низкой околоземной орбиты Земли с помощью специальных танкеров, что дало бы возможность лететь еще дальше, например, на Марс, где двигательная система могла бы быть заправлена топливом, сделанным из доступных на красной планете водного льда и углекислого газа в ее атмосфере.

Для простейшей миссии Artemis — доставка груза с низкой околоземной орбиты на поверхность Луны — Starship отлично подходит: с большим жилым пространством и хранилищами для ракетного топлива, к тому же с уникальной вместимостью для грузов в 100 тонн — если смогут осуществить дозаправку в ходе 8 танкерных полетов. Недостатком является то, что для приземления Starship необходимо поднять посадочные двигатели к вершине аппарата, чтобы мощный поток продуктов сгорания ракетного двигателя не образовал на поверхности кратер. Самой большой проблемой является доставка всего необходимого топлива для того, чтобы поддерживать работу Starship уже за низкой околоземной орбитой.

Понадобится как минимум 10 танкерных полетов для того, чтобы дозаправить Starship, чтобы космический корабль мог работать перевозчиком между низколунной орбитой и поверхностью Луны. Или 14 — если заставят использовать Gateway. Но эти требования можно уменьшить, разработав технологии, позволяющие добывать кислород из лунного реголита. Лунная порода состоит из множества окисей металлов, в среднем состоящих на 50% из кислорода, а комбинация топлива Starship — 78% кислорода. Добывая лунный кислород (и создавая металл в процессе), число перелетов Starship, необходимое для миссии, может быть сокращено в три раза, существенно ускоряя освоение Луны.

В отличие от концепций соперников, Starship не будет ограничиваться работой в качестве перевозчика между орбитой Луны и ее поверхностью, а может открыть путь к Марсу. С самого начала система разрабатывалась для того, чтобы сделать поселения на Марсе доступными, именно поэтому система Starship является гораздо более требовательной в плане стоимости, чем обычные программы для исследования. Даже за немалую сумму — около $300 млн за космонавта — NASA бы воспользовалось шансом отправить своих людей на Марс, чтобы провести исследования. Но такая стоимость полета не подошла бы каждому, кто хотел бы стать колонистом Марса. Для того, чтобы поселения на Марсе стали возможными, стоимость билета на Starship должна стать доступной для обычного представителя среднего класса.

Такой человек мог бы собрать $300 тыс. продав свой дом и заработав подобную сумму, заложив свой труд (как в колониальной Америке). Чтобы добиться такой стоимости билета, потребовалось бы уменьшить стоимость запуска и транспортировки в самом космосе примерно на три порядка, по сравнению с сегодняшней нормой, и это возможно только, если сделать космические корабли многоразовыми. Boeing 737 стоит около $100 млн и обычно перевозит около 100 пассажиров — если бы его списывали после одного перелета, то цена возросла бы до $1 млн за билет. Только сделав систему Starship многоразовой, космические перелеты смогут стать доступными, подобно авиаперелетам.

В феврале 2020 года я отправился вместе с моей женой Хоуп в Бока-Чика — небольшой город в Техасе, расположенном на низинах возле границы с Мексикой. Именно там SpaceX разрабатывает Spaceship и существенно расширяется. Маск хочет, чтобы туда вошел и город, который назовут Starbase. На улице играл ансамбль мариачи, развлекая длинную очередь людей, желающих попасть туда на работу. Сотни уже работают на этом комплексе. Скоро там будут работать уже тысячи. Очевидно, что Маск строит не космический корабль, а космическую верфь. В течение 30 лет работы программы Shuttle, NASA построило пять космических кораблей, примерно один за шесть лет. Во время нашего визита Маск собирался строить прототипы Starship со скоростью один в месяц, что он и осуществил.

Вместо того, чтобы анализировать годами или даже десятилетиями, прежде чем проводить летные испытания, как это делают в NASA, Маск использует подход — строить, запускать, разбивать, чинить и пытаться вновь. Он исследовал весь диапазон эксплуатационных режимов полета последней ступени Starship. Учитывая успех SN15, он теперь может запускать его вновь и вновь. Маск нацелен на большие высоты и работоспособность, чтобы его команда могла делать это с завязанными глазами. SN16 и SN17, которые будут еще прогрессивнее чем SN15, уже готовы.

То, чтобы в космическую программу входило не три или четыре летательных аппарата, а целое множество — потом и сотни — это революционно. Запуски Starship будут исчисляться полетами в неделю, возможно, даже в день. Среднее число полетов программы Shuttle — около четырех в год, а учитывая годовую ее стоимость в $4 млрд, настоящая цена полета в рамках этой программы достигала впечатляющего $1 млрд. Трансорбитальная «железная дорога» с 5 тыс. персонала будет стоить столько же в год. Маск нацелен на то, чтобы провести 200 полетов, что будет возможно при 20 эксплуатируемых Starship, если каждый из кораблей будет готов к новому полету спустя 36 дней. Цена бы равнялась около 5 млн за перелет, 1/200 стоимости Shuttle, при этом имея в пять раз большую грузоподъемность и тысячи других улучшений.

Выгода, которую Starship принесет для исследования космоса людьми и роботами, неоценима. Недавно прибывший на Марс аппарат Perseverance может доставить одну тонну на поверхность красной планеты. Starship с грузоподъемностью в 100 тонн мог бы высадить целый батальон роботов. Это включало бы многих, подобных Perseverance исследователей и более крупных версий вертолетов Ingenuity. Меньшие марсоходы, вооруженные фотокамерами с высоким разрешением, могли бы наносить на карту территорию, передавать на Землю, что позволило бы миллионам граждан, желающим помочь ученым, исследовать местность в виртуальной реальности и указывать машинам на интересные объекты. Роботы-строители, возможно, гуманоидной формы, могли бы построить базу на Марсе, способную перерабатывать марсианский углекислый газ и водный лед в метано-кислородное ракетное топливо и хранить его в контейнерах. Если бы это было осуществленно заранее, Starship мог бы начать доставлять людей.

Марсоходы чудесны, но они не могут ответить на фундаментальные научные вопросы о Марсе — как и Земле на ее ранних этапах развития — которыми задается человечество: уникальна ли жизнь на Земле, или она появлялась и на Марсе? Если да, использовалась ли та же информационная система ДНК и РНК или что-то другое? Является ли жизнь, которую мы видим на Земле, самим определением жизни или это просто образец, один из множества вероятных?

Поиск доказательств жизни в прошлом требует исследования ископаемых. Perseverance немного может это делать, но настоящие геологи — которые способны далеко продвинуться по сложной местности, карабкаться, копать и работать аккуратно, интуитивно искать улики — они могли справиться гораздо лучше. Для поиска сохранившейся жизни, чтобы определить ее природу, потребуется пробурить сотни метров, чтобы достичь подземных вод, где жизнь до сих пор может сохраняться, собрать образцы, культивировать их и анализировать. Это просто-таки на световые годы опережает возможности марсоходов.

Но есть еще кое-что. Starship не только даст нам возможность отправить исследователей на Марс, Луну и другие направления нашей Солнечной системы, но и на два порядка увеличит наши возможности в космосе. Это значит, что мы сможем не только поддерживать программу зондов, отправляемых за грани Солнечной системы, и проводить множество разнообразных экспериментальных исследований на орбите Земли дешевле, но и создавать гигантские космические телескопы. Большая часть нашего знания о физике исходит из астрономии. Так происходит потому, что Вселенная — это самая большая и самая лучшая лаборатория, которая у нас есть. Нет лучше места для астрономии, чем космос. 2,4-метровый телескоп Hubble совершил удивительные открытия. Что же мы можем узнать, когда нам удастся построить 2,4-километровые телескопы в глубоком космосе? Возможности абсолютно непостижимы.