Марсианская надежда взорвалась над океаном
Седьмой тестовый запуск многоразовой сверхтяжелой ракеты Super Heavy c космической системой Starship завершился провалом. На девятой минуте очередного испытательного полета, состоявшегося 17 января 2024 г., корабль Starship, выполняющий функции второй ступени ракеты Super Heavy, взорвался в небе над Мексиканским заливом, а его падающие светящиеся обломки буквально озарили вечернее небо в этой части Атлантического океана. «По предварительным данным, у нас произошла утечка кислорода и топлива в полости над двигателем корабля», — написал в социальной сети контролирующий акционер SpaceX Илон Маск, компания которого уже несколько лет трудится над разработкой этой системы.
Изначально предполагалось, что космический корабль Starship вместе с Super Heavy должен будет дешево доставлять на орбиту Земли крупногабаритные грузы, но впоследствии ему стали отводить роль главного транспортного средства для межпланетных перелетов, в том числе к Луне и Марсу.
В сентябре Илон Маск написал в социальной сети, что уже в 2026 г. его компания намерена отправить к Марсу пять беспилотных космических кораблей Starship. Причем, судя по энтузиазму Дональда Трампа, эта идея вполне может вылиться и в подготовку пилотируемого полета в дальний космос. «Мы будем следовать нашему очевидному предназначению — к звездам, запуская американских астронавтов, которые установят звездно-полосатый флаг на планете Марс», — заявил 20 января 2025 г. в своей инаугурационной речи новый американский президент.
Впрочем, сейчас об этом американцы могут только мечтать. Несмотря на то что на испытаниях взорвался лишь сам корабль Starship, а первая ступень ракеты-носителя Super Heavy благополучно приземлилась на стартовой площадке в Браунсвилле, эта система в целом остается крайне ненадежной: из семи суборбитальных полетов этого корабля с ракетой как минимум три закончились неудачно. Так нужны ли человечеству тяжелые и сверхтяжелые ракеты?
Высоко, но мало
Если не брать в расчет будущие полеты к Луне и Марсу, то главное предназначение тяжелых ракет — это доставка на высотные орбиты, и прежде всего геостационарные, крупных телекоммуникационных спутников. Еще на рубеже веков в мире ежегодно запускалось около 15–20 тяжелых ракет-носителей, которые выводили на геостационарные и другие высотные орбиты примерно такое же количество космических аппаратов. Но уже к концу прошлого десятилетия количество таких запусков увеличилось до 26–30.
Где находятся спутники и орбиты
Самые удаленные от Земли — высокие эллиптические орбиты (ВЭО). Их высота в апогее может достигать 40–150 тыс. км и во много раз превышать высоту в перигее. Как правило, на ВЭО находятся спутники для передачи теле- и радиосигнала, связи, космические обсерватории и системы коррекции глобальных систем позиционирования. Чтобы покрыть всю территорию Земли требуется всего 6–7 спутников на ВЭО.
Немного ближе к Земле находятся геостационарные орбиты (ГСО) — они лежат в плоскости земного экватора. ГСО имеет радиус порядка 42 тыс. км с центром, совпадающим с центром Земли, что соответствует высоте над уровнем моря около 35,8 тыс. км. Как правило, на геостационарные орбиты выводят тяжелые телекоммуникационные спутники массой в 2–4 тонны. Для покрытия всей земной поверхности требуется всего 10 таких аппаратов. Главный минус геостационарных спутников в том, что их сигнал либо вообще не принимается на полюсах Земли, либо он там очень слабый. Тем не менее на ГСО находится порядка 700 активных спутников.
Ниже, на высоте 15–30 тыс. км (как раз над вторым радиационным поясом Земли), находятся так называемые высотные орбиты — именно там расположена система ГЛОНАСС.
Наконец, на высоте 160–2000 км находится низкая околоземная орбита, где насчитывается около 14 тыс. активных спутников.
Настоящий бум спроса на тяжелые ракеты пришелся на последние пять лет. В период с 2020 по 2024 гг. количество запусков тяжелых ракет-носителей увеличилось более чем в 4 раза, с 34 до 140 единиц. Это является рекордным показателем за всё время существования космонавтики. Подавляющее большинство из них (132 единицы) пришлось на модель Falcon 9, которую компания SpaceX использует для развертывания на низкой околоземной орбите группировки спутников для передачи на Землю космического интернета. Если же исключить все запуски Falcon 9 на низкую околоземную орбиту, то получится, что по итогам прошлого года с использованием этой ракеты на геостационарную и другие высокие орбиты было запущено всего восемь космических аппаратов, а с использованием всех тяжелых ракет — только 16. Это вдвое меньше, чем пять-десять лет назад.
«С конца 1960-х годов и до 2015 года на рынке коммерческих запусков доминировали тяжелые функциональные спутники массой 3–4 тонны, которые выводили на тяжелых ракетах-носителях на геостационарные и другие высокие орбиты. На них в то время приходилось практически 95% всего рынка в денежном выражении», — рассказал «Эксперту» советник гендиректора ГК «Геоскан» Андрей Ионин.
Революция низкой орбиты
Но после организации компанией SpaceX в 2011–2015 гг. крупносерийного производства низкоорбитальных спутников для системы Starlink ситуация резко изменилась. «Во-первых, Илон Маск резко удешевил стоимость космических аппаратов, выводимых на низкую околоземную орбиту, в частности за счет использования в них демократичной по цене микроэлектроники категории industrial вместо дорогостоящих чипов категории space, — такая замена на низких орбитах не приводит к потере качества. А во-вторых, он снизил стоимость запуска в космос полезной нагрузки, в том числе за счет многоразового использования ракет», — говорит Андрей Ионин. Это не могло не сказаться на стоимости запусков. Если в начале нулевых годов стоимость запуска тяжелой российской ракеты типа «Протон» обходилась иностранному заказчику в $80–100 млн, то стоимость запуска тяжелой Falcon 9 составляет $65–67 млн.
Примеру Илона Маска последовали практически все крупные страны с развитой космической промышленностью, включая Китай, Великобританию и Россию, в одночасье бросившиеся создавать аналогичные низкоорбитальные системы спутникового интернета.
«Создание на низкой орбите суверенной системы, которая обеспечит широкополосный доступ в интернет в масштабах такой страны, как Россия, требует 300 спутников, которые должны быть расположены в 10 плоскостях. Соответственно, в одной плоскости будет порядка 30 аппаратов — вот столько и должна выводить в одном запуске ракета. А более мощный носитель для этого просто не нужен», — говорит Андрей Ионин.
Если учесть, что спутник системы космического интернета, созданный по самым передовым технологиям, весит 260–300 кг, то для вывода 30 таких аппаратов на низкую околоземную орбиту нужна ракета, способная выводить минимум 9 тонн. Такие характеристики соответствуют ракете среднего класса, тогда как тяжелая ракета может выводить на низкую околоземную орбиту свыше 20 тыс. тонн груза.
«Еще один важный момент заключается в том, что целый ряд операторов спутникового телевидения, которые ранее активно использовали геостационарные спутники в последние годы всё чаще ориентируются на оптоволоконную связь», — заявил «Эксперту» директор Исследовательского центра «Космическая экономика и политика» Валентин Уваров.
Наконец, низкоорбитальные спутники вытесняют геостационарные аппараты и в метеорологии. «Показателен пример Китая, который уже вывел на низкую орбиту 40 метеорологических спутников системы „Юньяо“, призванной заменить систему „Феньюн“, спутники которой находились на геостационарной и высокоэллиптической орбитах», — заявил «Эксперту» академик Российской академии космонавтики имени К.Э. Циолковского Александр Железняков.
Таким образом, едва ли не единственной крупной нишей для тяжелых и сверхтяжелых ракет — это пилотируемые полеты.
И здесь нашей стране, в отличие от США, есть чем похвастаться. Уже в 2028 г. в космос вместе с пилотируемым кораблем отправится новая отечественная тяжелая ракета «Ангара-А5» — омское производственное объединение «Полет» уже приступило к серийному производству этого носителя. Есть прогресс и в создании возвращаемого космического корабля «Орел», который полетит через несколько лет на ракете-носителе «Ангара-А5». Изначально планировалось построить два типа таких кораблей, один из которых предполагалось использовать для полетов к околоземной станции, а второй — к окололунной. Однако впоследствии рассматривался вариант создания единой версии корабля, который смог бы выполнить обе задачи.
За последние несколько лет прототип корабля уже претерпел несколько изменений. В частности, последнюю модификацию «Орла» оснастили опорами посадочного устройства. И есть все основания полагать, что этот технический задел по нашему космическому кораблю ляжет в основу создания пилотируемых кораблей для полетов на орбиту Луны, а также к Международной лунной научной станции, о создании которой Россия и КНР подписали соглашение еще в 2023 г.
Больше новостей читайте в нашем телеграм-канале @expert_mag