Колонизация Марса по плану SpaceX. Часть пятая: стоимость космических путешествий

17 189 просмотров
Об авторе

Марс

Часть 1: История людей и космоса

Часть 2: Миссия Маска

Часть 3: Страхование человечества

Часть 4: Как колонизировать Марс?

В главных ролях: Falcon 9, Dragon, Falcon Heavy

Цель: снизить цену на полет на Марс до 500 000 долларов за место

SpaceX-Business-Plan-2

Сегодня многие люди слышали о SpaceX. Некоторые даже знают, чем занимается SpaceX. Еще меньше знают, что на самом деле делает SpaceX. Что же делает SpaceX? Доставляет вещи в космос для людей за деньги. И как мы выяснили, вот что на самом деле делает SpaceX: пытается решить одну большую проблему — астрономическую стоимость космических путешествий — потому что это ключ к тому, чтобы вывести людей в космос. Так цивилизация сможет стать многопланетным видом и сохранит себя на других жестких дисках. Этот процесс будет поддерживаться сам по себе отправкой людей в космос за деньги.

Мы доберемся до этой части немного позже. Но сначала давайте взглянем на то, что такое отправлять вещи в космос для людей за деньги.

Falcon 9

В 2008 году, после того как был осуществлен успешный запуск и на странную и дешевую доставку в космос подписалось множество новых клиентов, для SpaceX пришло время пересесть с учебных колес и построить себе «Харлей». Знакомьтесь, это «девятый сокол», Falcon 9.

FALCON9

Для начала сразу отметим один важный факт: Falcon 9 — это крупнейшая в мире скульптура в форме члена. Это то, что каждый сотрудник SpaceX научился терпеть, такой молчаливый факт, который парит над его профессиональной жизнью, и с этим нам всем теперь придется жить.

Но кроме этого, Falcon 9 — самая продвинутая в мире ракета, пережившая мощное обновление со времен Falcon 1. Falcon 9 огромная — 68 метров в высоту, в три раза выше Falcon 1. При этом Falcon 1 мог везти на борту меньше тонны полезного груза, а Falcon 9 уже 13 тонн. Именно Falcon 9 помещает SpaceX за один круглый стол с большими мальчиками.

Falcon 9

Когда вы узнаете больше о ракетах, вы начинаете их уважать. Ракета должна быть невероятно прочной — это 1000-тонный объект, заполненный взрывчатыми веществами, которые должны лететь быстрее скорости ветра — и при этом тщательно спроектированной в каждом миллиметре, поскольку в ней также будут микросхемы, хрупкие спутники и живые люди. Обычные техники производства не всегда могут нарезать объекты так точно — на фабрике SpaceX я видел, как причудливые запчасти Falcon 9 печатались на 3D-принтере (и проектировались в 3D), поскольку пока нет других хороших методов производства.

Но поскольку все это не наши проблемы, давайте опустим детали и упростим.

Falcon

Первая ступень

Первая ступень выполняет очень важное трехминутное дело — доводит вторую ступень и прикрепленный полезный груз до высоты 100 километров, после чего отваливается и падает в океан.

Falcon

Первая ступень, как и почти все части Falcon 9, производится в штаб-квартире SpaceX в Калифорнии.

Вот быстрое видео производства:

Большая часть первой ступени ­— это большой топливный бак с двумя ключевыми частями: гигантский бак из ракетного керосина и гигантский бак с жидким кислородом. Ракета не может добывать кислород из воздуха, потому что, среди прочих причин, ракета быстро поднимается слишком высоко, где кислорода уже нет. Поэтому кислород нужно брать с собой. Этот газ становится жидким при температуре -183 градуса по Цельсию, и когда это происходит, он становится в 1000 раз плотнее газообразного кислорода — поэтому можно взять довольно много этого вещества. Два этих ингредиента смешиваются, образуя взрывчатое топливо.

Как работают ракетные двигатели

Может показаться странным, что парень, который изо всех сил пытается отказаться от ископаемого топлива и даже создал с этой целью автомобильную компанию, будет сжигать сотни тонн такого топлива при каждом запуске со своей ракетной компанией. Проблема в том, что ракеты вынуждены сжигать топливо — Маск как-то делился мыслями, что весь транспорт однажды станет электрическим, кроме ракет.

Причина? Третий закон Ньютона: каждое действие имеет равное противодействие.

Третий закон Ньютона определяет, почему лопнувший шарик движется в противоположном направлении от вырывающегося из него воздуха, почему пистолет выдает отдачу при стрельбе, почему каноэ уплывает из-под ног человека, когда он бежит по нему.

Прыжок

Подумайте о топливе для транспорта, оно подчиняется тем же законам.

Один из способов заставить транспорт двигаться — оснастить его пропеллером. Пропеллеры работают, толкая воздух в одном направлении, что толкает пропеллер, в свою очередь, а вместе с ним и все, что к ним прикреплено, в другом направлении. Если вы станете в метре от стены и упретесь в нее ладонями, вы почувствуете, как стена толкает вас назад. Проблема в том, что в космосе нет воздуха, который толкал бы пропеллер назад, поэтому попытка использовать пропеллер будет аналогична толканию стены ладонями в десяти метрах от нее. Даже в верхних слоях атмосферы, где все еще есть немного воздуха, слой воздуха слишком тонкий — ваши ладони «упрутся» в занавеску.

С другой стороны, если вы лопнете шарик в космосе, шарик улетит назад — как на Земле — поскольку сила в этой ситуации будет создаваться не давлением воздуха на шарик (как в случае с пропеллером), а тем, что давление воздуха внутри шара выше, чем снаружи, и воздух будет устремляться из шара под действием разницы давлений. Если вы окажетесь в центре космоса с наполненным воздухом шариком, вы можете подтолкнуть себя, выпустив из шара воздух в противоположном направлении — в течение нескольких секунд, пока шарик будет опустошаться, у вас будет двигатель.

Двигатели внизу Falcon 9 просто мощнее сдувающихся шариков. Огненный взрыв создает чрезвычайно высокую температуру и давление, что приводит к быстрому расширению взрывающегося газа в пространстве с низким давлением вокруг него. Если что-то взрывается в центре пустого поля, оно быстро расширяется во всех направлениях, однако:

Взрыв

Ракетный двигатель создает взрыв, который тоже хочет делать так же — но двигатель, подобно шару, дает силе двигаться только в одном направлении. И поскольку она не находит выхода в других направлениях, все уходит в одно сопло:

Ракетный двигатель

Поэтому ракетные двигатели работают в вакууме. Им не нужно ничего извне вроде воздуха, чтобы толкать вниз — выпуская массу горячего газа, они просто рождают силу.

Маск с удовольствием обрел бы другой способ, не связанный со взрывом топлива для питания ракет, но не уверен, что такой существует. В ответ на этот вопрос он сказал: «За способ перевести ракеты на электричество должно быть присуждено несколько Нобелевских премий».

* * *

Merlin

Взлет Falcon 1 осуществился благодаря одному мощнейшему двигателю производства SpaceX, «Мерлину» (Merlin).

Мерлин

«Мерлин» тот еще самец. Один двигатель Merlin выдает тягу свыше 73 тонн — то есть может поднять 73 тонны веса — что означает, если вы сложите 40 автомобилей на таком двигателе, он сможет вывезти всю стопку в космос за три минуты. Это один из самых эффективных и продвинутых двигателей в мире. Важной статистикой в ракетных двигателях является соотношение тяги к весу — то есть во сколько раз умноженный собственный вес сможет поднять двигатель. Весом в полтонны и с тягой свыше 80 тонн, «Мерлин» может похвастать соотношением 165:1, что превосходит любые другие двигатели. Вот тестовый запуск «Мерлина»:

Какой же он жесткий.

Теперь представьте, как девять таких работают совместно. Это происходит во время каждого запуска Falcon 9 — девять двигателей ракеты заложены в ее названии.

spacex

Вместе девять «Мерлинов» производят 650 тонн тяги, что достаточно для запуска стопки из 360 автомобилей в космос (такая стопка была бы высотой с Всемирный торговый центр I), и выжигают 2044 литра топлива ежесекундно — этого достаточно, чтобы осушить плавательный бассейн меньше чем за минуту. Чаще всего такие двигатели поднимают ракету и ее топливо, которые вместе весят 550 тонн, но для вишенки на торте — для полезного груза на верхушке ракеты ­— остается достаточно свободного пространства и мышц.

Вторая ступень

Спустя три минуты после запуска, первая и вторая ступени разделяются.

Ракеты

Первая ступень падает на Землю — и настает время славы второй ступени. Вторая ступень — это такая мини-версия первой ступени, она тоже по большей части заполнена топливом. Но вместо девяти двигателей «Мерлин», вторая ступень оснащена всего одним — специальной версией, которая сделана для использования в вакууме космоса, с расширенным колоколом для увеличения тяги. Здесь нужно меньше двигателей, поскольку а) больше нет плотной атмосферы; б) без первой ступени необходимо поднимать значительно меньше веса; в) она и так уже летит достаточно быстро, большая часть работы сделана.

Работа второй ступени может завершиться за несколько минут или продлиться много часов. Ее двигатель может отключаться и включаться, а также маневрировать. Его задача — быть точным и доставить полезный груз в нужное место с нужной скоростью. По завершении этого он отсоединяется от полезного груза и отваливается.

Dragon

Говоря о полезном грузе, вершина Falcon 9 может быть в двух вариантах, в зависимости от типа полезного груза. Вот первый:

falcon 9

Такой вариант перевозит спутники. Выпуклость на вершине — это защитная оболочка из двух частей, которая называется обтекателем. Кажется, что она размером с ванную, но на самом деле — размером с автобус.

Falcon

Как только вторая ступень выходит на определенную скорость (в четыре раза быстрее пули), две части обтекателя отваливаются и падают в атмосферу, чтобы успешно сгореть.

SpaceX

Второй вариант вида вершины Falcon 9 такой:

falcon9

Пирамидка на вершине означает, что ракета перевозит космический аппарат Dragon.

Dragon

space x

Dragon предназначен для транспортировки груза, а когда-то и людей, в космос и обратно. Крупный контракт с NASA 2008 года был подписан на 12 миссий к МКС с участием Dragon. На картинке выше конусообразная штука в правой части представляет собой герметичную капсулу Dragon, которая может вернуться на Землю. Цилиндрическая часть слева — это негерметичный ствол, который прячет солнечные панели (дающие Dragon энергию в космосе) и перевозит дополнительный груз. Вместе два этих элемента могут перевозить примерно шесть тонн груза.

Эти небольшие дырочки сбоку — крошечные двигатели, тяга которых позволяет Dragon маневрировать в космосе.

Начало карьеры Falcon 9

Пока все это новое оборудование разрабатывалось, Falcon 1 осуществила свой пятый и последний запуск летом 2009 года, запустив спутник для малайзийского правительства — первого платежеспособного клиента SpaceX в рамках успешного запуска номер два. Но с появлением высокой и красивой Falcon 9, к Falcon 1 потеряли интерес и отправили ее в отставку.

Falcon 1 осуществила пять своих запусков с крошечного острове в Тихом океане под названием Атолл Кваджалейн. Но вместе с вступлением в клуб больших мальчиков, SpaceX арендовала лучшие стартовые площадки в Америке — на авиабазе ВВС Ванденберг в Калифорнии (для запусков на юге) и на легендарном мысе Канаверал во Флориде (для запусков на востоке).

Летом 2010 года первая Falcon 9 отправилась к стартовой площадке, удивив тысячи водителей на шоссе по дороге. Ее первое путешествие было успешным.

Falcon

Потом SpaceX начала делать вещи, которые не положено знать коммерческим компаниям.

Отправка космического аппарата в космос — сложное дело, но возвращение назад может быть еще более сложным. Вы знаете, что прыгнуть в море с пирса вполне нормально, ничего плохого не произойдет (водичка чуток взбодрит, если сильно холодная), но прыгнуть в океан с моста будет равнозначно смерти. Единственная разница в скорости вашего тела, когда оно входит в воду. То же самое с атмосферой Земли.

Сейчас вы не ощущаете атмосферу, поскольку движетесь медленно, но если раскрыть ладонь и быстро подвигать рукой через воздух вперед-назад, можно почувствовать легкое давление воздуха. Когда едете в машине с открытым окном или быстро мчитесь на скутере, атмосфера бьет вам в лицо уже сильнее. И дело не только в вашей скорости. Дело в вашей скорости относительно атмосферы. Вытащить руку из окна автомобиля, летящего на скорости 100 км/ч, будет равносильно по ощущениям, как вытащить руку из припаркованного автомобиля при скорости ветра в 100 км/ч. Когда объект на орбите — а для путешествия на орбите, как мы выяснили раньше, ваша скорость должна составлять порядка 27 300 км/ч — решает вернуться на Землю, он буквально сталкивается с ураганным ветром, движущимся с такой скоростью. Наши земные ураганы движутся со скоростью от порядка 150 км/ч (1 категория) до 250 км/ч (где начинается 5 категория), категория вырастает на одну с каждыми дополнительными 30 км/ч. На уровне земли движение со скоростью 27 300 км/ч будет равносильно движению в ураган 842 категории. Сила такого урагана будет ниже в тонкой атмосфере, когда объект только в нее входит — но потом уже нет.

В ураганах нас пугает их сила. Но что делать с ураганом из трехзначной категории? Огромная скорость космического аппарата в верхних слоях атмосферы подразумевает, что воздух перед летящей капсулой просто не успевает «убраться с дороги», становится сверхсжатым и очень горячим. Ниже, где атмосфера уже толще, космический аппарат должен справляться с высокой температурой мощного сопротивления атмосферы. Камни не могут с этим справиться — поэтому превращаются в падающие звезды — представляете, какими должны быть технологии для строительства космических аппаратов?

До 2010 года только пять стран сумели успешно доставить космический аппарат в космос и вернуть его в целости. Второй запуск Falcon 9 вывел первый Dragon на орбиту, и спустя два оборота, Dragon прокатился через ураган 842 категории и остался жив, что сделало SpaceX первой компанией — и шестой организацией, если можно так сказать, — которая восстановила орбитальный аппарат. Неплохо для компании в ее седьмой запуск.

Третий запуск Falcon 9 снова сделал историю, когда в демонстрационной миссии для NASA Dragon стал первым коммерческим космическим аппаратом, пристыковавшимся к МКС.

dragon

SpaceX сделала небольшое видео с триумфами.

Falcon 9 оказалась реально классной. Эшли Ванс пишет: «В то время как взлет Falcon 1 с Кваджалейн был работой стартапа, взлет Falcon 9 с Ванденберг был работой аэрокосмической сверхдержавы». После двух из трех запланированных демомиссий, NASA решило забить на третью демонстрацию и начало официальные миссии снабжения на МКС с помощью Dragon.

Если вам интересно, на что похож запуск, вот видео CRS-6, миссии снабжения на МКС, которая отправилась с мыса Канаверал 14 апреля 2015 года.

Что нужно отметить:

  • Шлейфы белого дыма, выходящие из ракеты до запуска, — это кислород из бака с жидким кислородом, который частично улетучивается в виде газа.
  • За пять секунд до отлета система затопления «Ниагара» начинает заполнять стартовую площадку водой. Цель этого — заглушить сильнейший звук двигателей, поскольку в противном случае звуковые волны могут быть настолько мощными, что повредят ракету.
  • Двигатели начинают работать за пару секунд до отлета. Огромные зажимы удерживают ракету, пока двигатели работают, поэтому компьютер может быстро убедиться, что все работает. Если это так, зажимы открывают на Т-0 и ракета взлетает.
  • Тайминг важен с точностью до секунды. Если расписание выбьется хотя бы на секунду, рандеву с МКС может накрыться тазом.
  • Старты всегда проходят лихорадочно.
  • За первые три минуты ярко-оранжевый поток вкусного огня выходит из ракеты, рассеивается, становится ледяным на вид и серым. С увеличением высоты над уровнем моря атмосферный кислород редеет и процесс горения за пределами ракеты проходит все труднее и труднее.
  • Первая ступень отделяется на 3:26.
  • После отделения ступени большой черный колокол, который вы видите, — это единственный двигатель «Мерлин» второй ступени. Вы не видите огня, выходящего из двигателя, поскольку сгорание на такой высоте невозможно и сразу прекращается по выходу из двигателя.
  • В течение следующих семи минут не происходит ничего.
  • На 11:09 ракета оказывается на орбите и вторая ступень отделяется.
  • Большая часть оставшегося видео представляет собой вид на Dragon, захваченный камерой второй ступени.
  • В последние 25 секунд видео вы можете наблюдать, как раскрываются солнечные панели Dragon.

После пяти запусков Falcon 1 и трех запусков Falcon 9, большинство из которых были экспериментальными и демонстрационными, SpaceX была готова предоставлять услуги доставки в космос. Четвертый запуск Falcon 9 и первая официальная миссия снабжения МКС были первой в череде из 15 успешных поставок (шесть миссий Dragon для NASA, девять выводов спутников для других клиентов) привели нас прямиком в май 2015 года, когда я писал это предложение и случайно сглазил всю компанию:

С момента первых трех неудачных запусков SpaceX стартовала 20 раз — и все успешно.

После 20-го успешного запуска Маск написал: «Ракета стартует хорошо, спутник на геостационарной орбите. Но напряженка не проходит. Посмотрим, наступит ли день, когда все будет нормально».

И в следующий запуск произошло вот это:

Взрыв

Неудача во время запуска — ужасная вещь, даже если в него не вовлечены люди. Поэтому, как говорит вице-президент SpaceX Марк Джанкоса, каждый день старта — постоянное, мучительное беспокойство. День запуска — последний шанс футболиста в финале мирового чемпионата забить пенальти за три секунды до конца матча.

Но неудачи — особенный пункт в вашем контракте, когда вы входите в космическую игру. После третьего деморализующего провала Falcon 1 Маск написал своим сотрудникам: «Пожалуй, стоит отметить, что все компании, которые преуспели в запуске, тоже встречались с проблемами на пути. Мой друг напомнил мне, что только 5 из 9 запусков «Пегасов» прошли успешно; 3 из 5 «Арианы»; 9 из 20 «Атласы»; 9 из 21 «Союзы»; 9 из 18 «Протоны». SpaceX вступила на этот длинный путь и, хоть в жару, хоть в холод, мы это сделаем». Провал июня 2015 года стал напоминанием для SpaceX.

Хорошие новости неудач — они показывают вам слабые места. Виновником этой неудачи был полуметровый стержень толщиной в два сантиметра — таких на ракете сотни — который должен был выдерживать пять тонн нагрузки и погнулся после одной. Отныне SpaceX будет отдельно испытывать каждый стальной стержень, который уходит в ракету. Вы можете видеть, как Dragon ускользает невредимым (в верхней части, почти в самом начале), и если бы ему удалось развернуть парашюты раньше, чем было запланировано, содержимое осталось бы целым и невредимым. Теперь в Dragon будет такое программное обеспечение.

И это переносит нас в сегодняшний день.

В промышленности, полной раздутых посредниками цен и старого десятилетнего оборудования, SpaceX крепко держит цепочку поставок и производит передовые технологии, которые еще и оказываются дешевле. Годами США полагались на две крупных аэрокосмических компании — Boeing и Lockheed Martin, а также на их совместное предприятие, United Launch Alliance (ULA) — для запусков на домашней территории. ULA выставляет ценник для правительства — и для налогоплательщиков — в 380 миллионов долларов за запуск. То же самое обойдется у SpaceX в 133 миллиона долларов. Запуски для других клиентов, без особых требований NASA, SpaceX проводит по 60 миллионов долларов.

Учитывая эту приемлемую сделку, неудивительно, что SpaceX заимела длинную очередь клиентов, желающих воспользоваться ее услугами — в настоящее время запланировано 50 запусков общей стоимостью больше 5 миллиардов долларов. Компания делает все возможное, чтобы нарастить производство, и скоро планирует запускать по 40 ракет Falcon 9 в год. Маск считает, что в течение нескольких лет SpaceX будет стоить одну десятую от всей отрасли и примет на себя большинство коммерческих запусков мира.

Это большое дело для США, не только для SpaceX.

США, благодаря Boeing, как страна гордится быть одним из двух крупнейших производителей самолетов (другой — европейский Airbus), но по какой-то причине эта страна позволила себе стать малой часть мировой индустрии космических запусков — там доминируют Европа, Россия, Китай. Основной провайдер американских запусков, ULA, закупает самые дорогие части своего оборудования — двигатели — у России. SpaceX делает США крупнейшим игроком в индустрии запусков в космос, делает это на фоне роста этой отрасли по всему миру и практически все производит на дому, внутри страны.

Больше разгневанных гигантов

Хотя SpaceX поражает своим развитием как американцев, так и будущее космических путешествий, не все довольны появлением компании на сцене.

Если пораскинуть мозгами на тему происходящего в сфере автомобилей и нефтедобывающей промышленности, окажется, что все не очень чисто и человечество, грубо говоря, ввязалось в гонку, не понимая этого. Потому что именно это происходит, когда у непрозрачных отраслей есть «особые» отношения с государством и пороги для входа, которые не позволяют развиваться нормальной конкуренции. Вы должны догадываться, что вместе с появлением резонирующей Tesla, которая хочет приговорить всю эту нефтедобывающую (и нефтесжигающую) промышленность в виде бензиновых автомобилей, почти все автопроизводители желали бы исчезновения Маска.

Отрасль космических запусков, грубо говоря, представлена горсткой автомехаников в небольшом городе, которые дерут десятикратную плату за свои услуги, поскольку а) клиенты не соображают ничего в процессе и его стоимости; б) конкуренции нет, а значит нет необходимости модернизировать оборудование, повышать эффективность и снижать затраты. SpaceX — это такой новенький в городке, который открывает автомагазинчик, демонстрирует новые дешевые и качественные услуги по ремонту, работает больше всех в поте лица и предоставляет свои услуги в десять раз дешевле. Все это рушит систему работы других автомехаников городка.

В 2015 году европейская Arianespace — крупный игрок в отрасли космических запусков — попросила европейское правительство о дополнительных субсидиях, чтобы выдерживать конкуренцию со SpaceX. Поездка Falcon 9 на геопереходную орбиту (высочайшую орбиту для спутника) стоит на 15 миллионов долларов меньше, чем запуск исторически дешевой китайской ракеты Long March. Что касается других крупных игроков на рынке запусков, Маск говорит, что «моя семья боится, что русские меня закажут».

Клиенты по всему миру, смотря на то, что делает SpaceX, смотрят на собственную компанию запусков и задаются вопросом: «За что я плачу так много?».

Когда я спросил Маска обо всех этих промышленниках, которые хотят сбросить пианино ему на голову, он сказал: «В этой комнате много пальцев — на них сложно не наступить». Из всех пальцев, на которые сейчас наступает SpaceX, сложнее всего приходится ULA.

Несколько плохих слов об ULA

ULA, совместное предприятие Boeing и Lockheed, получает за космический запуск больше кого-либо другого. Но неважно, сколько оно получает. ULA не нужно конкурировать с остальной частью запускового рынка в мире, поскольку ULA имеет постоянный поток заказов от американских военных. Вот как это работает:

  1. Американским военным нужно запускать в космос много чего, поэтому заказов уйма.
  2. Поскольку военное оборудование завязано на национальной безопасности, США хотят запускать его в космос силами американской компании.
  3. Поскольку космический запуск, подобно ремонту автомобиля, — это непрозрачный процесс для общества и политиков, никто не догадывается о том, что ценник ULA выше, чем должен быть на самом деле.
  4. ULA работает с правительством по плану, который предполагает, что их оплата за запуск — это процент стоимости запуска, то есть их задача увеличивать стоимость запуска, а не уменьшать.
  5. Денег валом, поскольку военный бюджет США огромен.
  6. Что еще хуже, многие лица в Министерстве обороны США дружат с руководством ULA, а ULA принимает на работу должностных лиц Минобороны, когда те уходят на пенсию. Поэтому Минобороны скорее закроет глаза на ценники, чем проведет аудит, куда уходят деньги государства.

(Нас это, конечно, не касается, но это касается порочной бюрократической системы, которая мешает развиваться космической отрасли, о которой мы тут все так ратуем).

И знаете, чего меньше всего хочет объединение ULA и Минобороны? Компании вроде SpaceX. SpaceX удалось выиграть часть бюджета NASA, но чтобы получить контракт на военные запуски, компании необходима серьезная сертификация, и SpaceX с большим трудом эту сертификацию получила. Зная, что закон требует честной конкуренции между подрядчиками, которые претендуют на военные контракты, в 2014 году Маск поднял вопрос перед Конгрессом, заявив, что «SpaceX не жаждет заполучить контракты на эти запуски. Мы просто требуем права на конкуренцию».

Конечно, SpaceX вставляли палки в колеса. Несмотря на явные доказательства того, что ULA требует в шесть раз больше, чем SpaceX, за фунт полезного груза, политики ссылались на вопрос национальной безопасности — довольно странный аргумент, учитывая, что ULA отправляет деньги в Россию, покупая у нас двигатели и другие части, тогда как SpaceX производит все свои части в США. Маск описал ситуацию так: «ULA решила, что боится даже нечестной конкуренции. Они не хотели честной конкуренции. И не хотели нечестной конкуренции. Они вообще не хотели конкурировать, испугались, что мы начнем черпать из огромной кормушки, к которой у них был эксклюзивный доступ».

За последний год SpaceX добилась определенного прогресса и получила небольшой ряд военных заказов, но очень небольшой — эта битва для SpaceX еще не началась. Когда я спросил Маска о трудностях конкурирования с ULA, он ответил: «Они не торгаши, это военно-промышленный комплекс. Вы знаете из фильмов, на какие ужасные вещи они способны? Ну так вот это те ребята».

* * *

Модель доходов SpaceX будет расти и расширяться в ближайшие годы. Вот три будущих дойных коровы компании.

1. Falcon Heavy

falcon heavy

Помните, как я собрал девять двигателей Merlin воедино и смог поднять стопку из 360 автомобилей высотой с небоскреб? Falcon Heavy — почти как Falcon 9, только вместо одной первой ступени у нее их три.

С 27 «Мерлинами» двигательная платформа Falcon Heavy может поднять порядка 2000 тонн — или стопку из 1100 автомобилей. Когда в 2016 году Falcon Heavy полетит впервые, она сможет вывезти в два раза больше полезного груза, чем любая другая ракета в мире — и сделать это по самой низкой цене в истории. Вот небольшое сравнение полезной нагрузки для самых тяжелых ракет в отрасли:

График

2. Учетверение количества спутников на орбите

Ну, почти. Пару месяцев назад Маск объявил, что SpaceX начнет работу в Сиэтле, в рамках которой на НОО к 2030 году будет выведено 4000 интернет-спутников — в три раза больше, чем текущее число спутников на орбите вообще (1300). Причины:

  • Снизить затраты, чтобы поднять технологию. Сегодня создать спутник стоит примерно четверть миллиарда долларов и примерно столько же — поднять его в космос. Каждый запуск спутника становится чрезвычайно дорогим, компания подвергается риску, поэтому предпочитает использовать старые, проверенные технологии и быть уверенной, что сможет пользоваться каждым спутником минимум 15 лет. Результатом стало то, что многие спутники, обслуживающие наши сервисы сегодня, были сделаны в 1990 году, а технологии уже стукнуло 25 лет. SpaceX хочет выяснить, как делать спутники подешевле, и в сочетании с ее возможностями дешевой доставки в космос компания сможет отправлять в космос передовые спутники, делать это часто и менять их тоже чаще.
  • Дать интернет всем и каждому. Я поговорил с Радживом Бадьялом, вице-президентом по инженерии авионики SpaceX, который отвечает за проект со спутниками. Он объяснил, что созвездие SpaceX из 4000 тысяч спутников на солнечных батареях сможет грамотно покрывать каждую часть Земли и доставлять быстрый интернет в места, где он очень нужен. Он говорит, что не так много мест на Земле (Европа, США, частично Индия и Восточная Азия) имеют в доступе хороший интернет и что для особенно удаленных частей мира такой подход будет революционным. Все, что вам нужно, это сделать небольшой приемник размером с коробку из-под пиццы, который можно будет разместить снаружи, и у вас будет быстрый интернет на Северном Полюсе, в центре Тихого океана, на вершине горы Эверест — везде. Также эти спутники можно использовать для отслеживания преступлений, живых Google Maps, погоды — чего угодно.
  • Еще больше разгневанных гигантов. Time Warner Cable и Comcast станут отличным дополнением к кучке больших, низкокачественных, монополистических компаний, с которыми Маск ищет способ столкнуться в конкуренции.
  • Это выгодно. На продаже, производстве спутников и создании выручке от вывода их на орбите SpaceX может хорошо заработать.
  • Решение проблемы с интернетом на Марсе. Физические кабели постепенно отходят в прошлое, и Марс станет планетой будущего. Маск планирует пустить вокруг Марса произведенные SpaceX интернет-спутники, обеспечив быстрым интернетом будущую колонию на Марсе.

3. Пилотируемые космические путешествия

В 2014 году США и Россия обозлились друг на друга из-за ситуации с Крымом — и США ответила на передел территорий санкциями, в том числе и против российской космической программы. На это вице-премьер России Дмитрий Рогозин ответил следующее:

«Проанализировав санкции против нашего космодрома, предлагаю США доставлять своих астронавтов на МКС с помощью батута».

Вот что происходит, когда некогда могущественная космическая программа становится настолько хилой, что даже не может запускать собственных астронавтов в космос. Вы должны полагаться на другие страны, с которыми ведете иногда не самые приятные дела, и это ставит вас в ужасное положение.

Единственная другая страна, которая может доставлять людей в космос, это Китай, но с ней у США отношения еще хуже — настолько плохие, что китайским астронавтом запрещено тусоваться в клубе больших мальчиков на МКС. Все это похоже на город с тремя конкурирующими главарями бандитов, но только у двух из них есть автомобиль, поэтому третьему нужно ездить на работу с одним из них. Неудобное положение.

На это Элон Маск ответил следующим:

«Похоже, настало хорошее время раскрыть новый космический аппарат Dragon Mk 2, над которым SpaceX работала с NASA. И батут не нужен».

Программа космических шаттлов свернулась в 2011 году, чем открыла окно, в котором США остались без возможности осуществлять пилотируемый космический полет. Следующей полноценной американской космической программой будет Space Launch System и ее аппарат Orion, но задержки отодвинули реализацию программы до 2021 года. США не хочет полагаться на Россию до 2021 года, поэтому между делом NASA предложила контракты частным подрядчикам — поработать над пилотируемыми системами запуска. NASA разделило контракт на 6,8 миллиарда долларов между Boeing (которая получит 4,2 миллиарда) и SpaceX (которая получит 2,6 миллиарда).

В мае 2014 года SpaceX представила вторую итерацию Dragon — Dragon 2.

dragon v2

Первый Dragon классный — это один из немногих космических аппаратов, который может вернуться на Землю целым и невредимым, и на сегодняшний день единственный в мире действующий космический аппарат, который может привезти обратно груз с МКС. Но Dragon 2 куда круче.

Dragon 2 может стыковаться с МКС без необходимости использования манипулятора МКС.

У Dragon 2 есть внутри прикольные сиденья и удобные тачскрины (большинство современных космических аппаратов проектировали в 60-х годах, и кнопки с рычагами у них как у старых магнитол).

dragonv2

Но самое крутое в Dragon 2 — это его двигатели. Аппарат обладает восемью мощнейшими маленькими двигателями, которые называются SuperDraco (супердракоши) и каждый из которых может поднять четыре автомобиля. SuperDraco создаются особенным образом, почти полностью печатаются на 3D-принтерах — первые ракетные двигатели, которые делаются таким образом. Вот SuperDraco в процессе испытаний:

SuperDraco выполняет три основных задачи в Dragon 2:

  1. Маневрирование в космосе
  2. Реактивное приземление — подробнее в следующей части
  3. Система активной отмены, если что-то пойдет не так

Третий пункт важен для безопасности экипажа. Даже лучшие ракеты иногда плошают, иногда с катастрофическими последствиями, и система отмены Dragon 2 позволяет космическому аппарату убраться со сцены, пока бомба не взорвалась. Если бы у двух погибших в катастрофах шаттлов были такие системы, астронавтов можно было бы спасти. Вот так система отмены Dragon 2 работает в действии:

Силу отмены сложно в полной мере осознать по этому видео. Восемь SuperDraco настолько мощные, что уводят Dragon на длину футбольного поля за две секунды и на полкилометра за пять секунд. И хотя у других пилотируемых капсул также были встроенные возможности аварийной отмены, они могли срабатывать лишь во время запуска — а система отмены Dragon 2 работает весь путь на орбиту.

Маск также хочет пересмотреть смысл значения космонавта, объясняя, что человек не должен быть космонавтом, чтобы летать в космосе. Он видит, как обычные люди прыгают в верхушку ракеты SpaceX и отправляются в космос, не имея особых навыков за душой — точно так же мы летаем на самолетах сегодня. Продолжая тему того, что сейчас 2015, а не 1965 год, SpaceX также пересматривает концепцию скафандра — Маск специально настоял, чтобы они выглядели классно и отошли от стиля «человека-зефирки».

Первые пилотируемые полеты для SpaceX и Boeing намечены на 2017 года — но у NASA могут быть проблемы, а, значит, запуск отложится минимум на два года. Эх…

Что ж, вот что делает SpaceX и как она зарабатывает деньги. Служба доставки делает свою работу — SpaceX прибыльна и еще очень долго будет оставаться на плаву. Недавние инвестиции от Google и Fidelity оценили компанию в 12 миллиардов долларов.

Маск говорит, что его кошмар выглядит так: SpaceX оказывается в руках того, кто будет доить компанию ради краткосрочной прибыли. Поскольку мы все находимся в начале секции Фазы 2, мы обсудили то, что делает SpaceX — но не то, что на самом деле делает SpaceX.

То, что на самом деле делает SpaceX, началось еще с разработки Falcon 1 и укоренилось свидетельством в том, что вы действительно можете доставить что-то в космос с помощью Falcon 9 в обход других способов. Но низкие цены SpaceX можно назвать разве что существенным улучшением — но не переворачивающим все с ног на голову достижением.

То, что на самом деле делает SpaceX, намного, намного больше — компания работает над такими инновациями, что если у нее получится, они снизят стоимость запуска ракеты в 100 раз и полностью изменят будущее человечества в космосе. Многопланетное будущее станет возможным.

Изменить правила игры

Помните вот это?

Venn3

Маск полагает, что 500 000 долларов за билет на Марс может быть магическим числом, которое сделает синий круг достаточно большим, чтобы в зеленую зону вместился миллион человек. За 500 000 долларов, говорит Маск, это как построить дом среднего класса в Калифорнии, и «большинство людей в продвинутых странах в свои сорок вполне могут собрать достаточно денег для путешествия».

Насколько мы близки? В 1989 году, при Джордже Буше-старшем, когда была выдвинута инициатива по отправке американских астронавтов на Марс, NASA оценивала ее в 450 миллиардов долларов. Чтобы отправить 4-6 астронавтов. 100 миллиардов долларов за место.

Это всего лишь в 200 000 раз дороже, чем предлагает Маск.

В 2004 году Буш-младший снова выдвинул идею отправки американцев на Марс. NASA сказало, что это обойдется в 50 миллиардов долларов. 10 миллиардов долларов за место. Все еще в 20 000 раз дороже.

Как же опустить цену в 20 000 раз?

План Маска заключается в атаке на проблему под двумя углами.

1. Больше людей

Ракетное семейство Falcon — дойная корова для SpaceX, но ни Falcon, ни Dragon не смогут доставить людей на Марс. Во-первых, Dragon по размерам не больше внедорожника — а дорога на Марс займет минимум три месяца. Неудобно. Во-вторых, если вы собираетесь на Марс, у вас должен быть большой автопарк.

Поэтому долгосрочный план SpaceX заключается в строительстве ракеты, рядом с которой Falcon 9 будет не больше хот-дога… —  Mars Colonial Transporter.

Ракета MCT будет гигантской, работающей от куда более мощного двигателя SpaceX под названием Raptor, который еще в разработке — и этот космический аппарат сможет перевозить минимум 100 человек.

Пока что, если SpaceX удастся ее доделать, она снизить стоимость места в 20 раз. Но это все еще дорого, примерно в 1000 раз дороже, чем нужно.

Есть и другое — SpaceX, благодаря инновациям Falcon, уже снизила стоимость запуска до одной пятой части промышленного стандарта, и Маск считает, что в ближайшие годы этот показатель опустится до одной десятой. По сравнению с предложением времен Буша-младшего, поездка будет стоить всего в 100 раз дороже.

Большой космический корабль может помочь снизить стоимость места на Марс, но ничего не изменит для современной коммерческой отрасли запусков и не приблизит нас к дешевым полетам большого числа людей на Марс, и не решит то, что Маск называет «фундаментальной проблемой освоения космоса».

Что ж это за инновация, о которой я молчу?

2. Повторное использование

Представьте, что современная летная промышленность будет немного другой: самолет будет рассчитан лишь на один полет. Каждый полет проходит на новом самолете, а после полета пассажир уходит через терминал, и самолет разбирается на металлолом и запчасти, которые, возможно, пойдут на новые самолеты.

Построить самолет стоит примерно 300 миллионов долларов. То есть в этой новой модели, помимо затрат на экипаж и топливо, авиалиниям придется тратить 300 миллионов долларов сверху на каждый полет. Как бы все поменялось?

Во-первых, полетов было бы немного — расписание было бы ограничено сроками производства самолета. Во-вторых, цена среднего полета составляла бы 1,5 миллиона долларов на человека.

Некоторые авиалинии по-прежнему существовали. У богатых стран был бы небольшой военный авиафлот. Некоторые правительства заказывали бы перелеты для проведения научных экспериментов. Люди с 10 миллиардами долларов в кошельке летали бы чаще, но люди с 1 миллиардом долларов летали бы реже. А вы? Вы бы родились, прожили свою жизнь и умерли, так никогда и не полетав.

Если бы ситуация была таковой, люди, наверное, смотрели бы на несуществующую летную индустрию и точно знали бы, что нет никакого способа отправиться в воздух для простых людей. Политики спорили бы на тему чрезмерного расходования средств на перелеты. Большинство людей даже до конца бы не понимали, как работают самолеты, и не могли бы представить, как изменился бы мир, если бы самолеты были доступны для всех. Эта тема просто не обсуждалась бы. Мы бы катались на машинах, поездах и кораблях.

Понимаете, к чему я клоню?

Никто и никогда в истории — ни США, ни СССР, ни застойные жирные коты в ULA — не смог понять, как сделать ракеты многоразовыми. На строительство ракет уходят месяцы, потом они отправляются в космос и потом сгорают в атмосфере или разбиваются об океан. Не то чтобы никто не пытался — США и СССР выбросили десятки миллиардов долларов на решение этой проблемы — просто никто не смог.

Система космических шаттлов была якобы «многоразовой». Но в космическом шаттле было три части — космический аппарат, который был технически многоразовым; ракеты, которые были технически многоразовыми, но требовали девять месяцев на ремонт, тем самым сводя на нет ценовые преимущества; и большой оранжевый топливный бак, который превращался в хлам почти сразу после запуска. В результате миссии космических шаттлов обходились в смехотворные 1,6 миллиарда долларов (больше 200 миллионов долларов на астронавта).

Больший космический аппарат, в сочетании с экономическими инновациями SpaceX, теоретически может довести вещи до 50 миллионов долларов за человека. Эта цена предполагает, что MCT будет строиться отдельно для каждого полета.

Первой задачей SpaceX было выяснить, как запустить что-то на орбиту. Теперь она уже в новой, более сложной игре — в битве за многоразовые ракеты. Если SpaceX может создать то, что она называет «целиком и быстро восстанавливаемой ракетной системой» — останутся только стартовые затраты на топливо, обслуживание и системы внутренней поддержки — все это снизит стоимость космического путешествия в 100 раз. Возможно, и больше.

Как это сделать?

Во-первых, нужно найти лучший способ приземления. Маск описывает три способа, которым могут приземляться ракеты и космические аппараты:

I. Самый распространенный: на парашюте в океан

Почти все космические аппараты, если приземляются, то приземляются так.

Проблемы: парашюты не работаю там, где нет воздуха, типа Луны; приземление в соленую воду сильно повреждает оборудование; это несолидно (представьте, как инопланетянин пытается приземлиться в наш океан на парашюте и вынужден долго плыть в поисках берега).

II. Промежуточный способ: крылья, колеса, взлетно-посадочная полоса

Так приземлялись космические шаттлы.

Проблемы: крылья не работают в местах, где нет воздуха, типа Луны, где нет взлетно-посадочных полос (то есть везде, где нет Земли); хотя этот метод можно использовать для космического аппарата, с ракетой будет сложнее — ведь полная восстанавливаемость будет означать приземление как космического аппарата, так и ступеней ракеты.

III. Продвинутый способ: реактивное приземление

Реактивное приземление означает спуск так же, как взлетают ракеты. Так лунные модули «Аполлон» приземлялись на Луну. Реактивное приземление позволяет вам мягко опускать космический аппарат на посадочную платформу, с минимальными повреждениями для транспорта.

Легче представить, как космический аппарат осуществляет реактивное приземление, чем ракета, поскольку мы уже видели такое приземление раньше. Dragon 2 был спроектирован так, чтобы стать специалистом по приземлению — он использует те же двигатели SuperDraco для отмены в случае аварийной ситуации и для посадки — и Dragon сможет приземляться на любой тип поверхности любого твердого тела в Солнечной системе так же легко, как вертолет на Земле. Посадка ракеты — незнакомый для нас концепт, к тому же это очень сложно.

Вот как SpaceX видит повторное использование Falcon и Dragon:

Если сработает, ракету и космический аппарат можно будет приземлить, заправить и восстановить в считанные часы. Как самолет.

Джанкоса объяснил мне, что первый и важнейший шаг — выяснить, как приземлить первую ступень Falcon. Это наиболее важно, поскольку первая ступень стоит как аэробус, на нее приходится львиная доля общей стоимости ракеты (особенно на двигатели). Если компания преуспеет в этом, это будет гигантский шаг вперед. Также она покажет миру, включая скептично настроенную аэрокосмическую отрасль, что повторное использование вполне возможно. SpaceX хочет наметить дорожку для сокращения стоимости ракетостроения для других производителей и начать новую эпоху космических путешествий.

После отсоединения капсулы ракета разворачивается с использованием холодного газа и активирует один двигатель (который в центре). Поскольку вес имеет значение лишь при запуске (добавочный вес не позволит ракете вывести полезный груз на орбиту), у ракеты будет достаточно топлива ровно для трех прожигов двигателя. Первый используется для остановки ракеты на баллистическом пути (на обычной дуге, по которой она летит) и направлении ее в сторону посадочного места. Второй используется для замедления — с 5000 км/ч до 885 км/ч — чтобы она не сгорела в атмосфере. Третий используется прямо над посадочной платформой, чтобы замедлить ее до 8 км/ч.

Поскольку погода меняется непредсказуемым образом, на борту ракеты есть много чувствительного оборудования для корректировки траектории. Ракета имеет небольшие закрылки (решетчатые рули), которые открываются и направляют ракету (также замедляя ракету в два раза). Решетчатые рули работают, когда вы в атмосфере, но поскольку в космосе нет воздуха, там они бесполезны, поэтому ракета управляется выбросами холодного газа — небольшими струйками азота.

Если все пойдет по плану, примерно через девять минут после старта ракета приземлится на плавучую платформу в океане, в 300 километрах от стартовой площадки.

Платформа

Это сложно. Если привести размеры в соответствие, это будет как выстрелить карандашом через небоскреб и попытаться приземлить его в обувную коробку на земле — в ветреный день. SpaceX уподобляет попытку контролировать приземление через атмосферу «попытке удержать резиновую метлу в центре ладони в ветреный шторм». Popular Mechanics называет это «напряженным жонглированием, когда одна из тысяч движущихся частей может повергнуть всю систему в хаос. Если ракета и приземлится мягко на баржу, то благодаря миллионам тщательных настроек, которые позволят Falcon 9 сохранить самообладание в этом хаосе».

Чтобы отточить свои навыки, SpaceX создала особую первую ступень ракеты — Grasshopper. В 2012 году им удалось поднять Grasshopper на высоту 12-этажного здания, задержать ее там на пару секунд, а затем опустить на площадку.

В следующие два года SpaceX запускала Grasshopper все выше и выше, пока не запустила реальную ступень Falcon 9 на километр в воздух и не посадила на платформу. И вот настало время испытать все как есть — в процессе реального запуска. В январе 2015 года SpaceX осуществила обычный запуск, сбросила первую ступень через атмосферу и попыталась ее приземлить. Вот что произошло:

Почти! Это то, что люди в SpaceX называют RUD — «быстрая незапланированная разборка».

Следующую попытку планировали осуществить в феврале, но погода помешала. Второй шанс выпал в апреле, но произошло следующее (видео ускорено):

Ракета

Почти… но ракета опять завалилась и взорвалась.

Третья попытка должна была состояться в июне… но все мы знаем, что случилось в июне.

Если вы уже настроились на успех, не спешите, все еще будет. Вы можете начать наблюдение за успехами SpaceX сейчас и увидеть, как она творит историю. В 2015 году будет еще несколько попыток. И если история чему-то нас учит, как только SpaceX сделает это один раз, она будет делать это постоянно.

Пока я исследовал эту тему, я отправил свои размышления и логику Маску, чтобы убедиться в том, что он действительно так считает. Вот что он ответил:

«Да, все эти улучшения в процентах выглядят абсурдно, но не невозможно. Важный элемент решения — это повторное использование ракет и низкая стоимость топлива (CH4 и O2 в соотношении 3,8). И, конечно, производство топлива на Марсе, который обладает удобной атмосферой из углекислого газа и множеством замороженной воды в почве.

Цель проекта — технически выводить большее 100 метрических тонн полезного груза за полет, поэтому, возможно, удастся взять больше 100 человек. Зависит от того, сколько груза поддержки потребуется на человека и допустимого багажа.

Авионика, датчики, связь, аспекты конструкции транспортного средства, посадочные платформы и другие вещи становятся лучше при масштабировании, плюс куда веселее на круизном судне, чем в автобусе, поэтому я ожидаю, что со временем число в 100 человек за полет вырастет, возможно, до нескольких сотен. Также мы можем предоставлять намного больше первому классу.

В конце концов фактор 100 тысяч долларов на тонну или на человека будет превзойден, поскольку стоимость поездки в основном будет возлежать на топливе, представленном по большей части жидким кислородом — до 40 долларов за тонну. Это было бы действительно великолепно».

Обычное доступное круизное судно до Марса.

Чтобы осуществить это, SpaceX работает над Фазой 2 и, похоже, у нее все получится — возможно, уже в следующем десятилетии. После этого компания начнет заключительный этап своей миссии, который однажды изменит все.

Следующая часть: Колонизация

Тим Урбан, WaitButWhy

Колонизация Марса по плану SpaceX. Часть пятая: стоимость космических путешествий

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

12 комментариев

  1. tonik

    Очень надеюсь что у Маска всё получится. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  2. Uglik

    Очень сомневаюсь что у Маска всё получится... :)

  3. Zharik

    "должны лететь быстрее скорости ветра" тут опечатки нет?

  4. TreyHardee

    одна из лучших статей за последнее время, особенно понравилась часть с критикой ULA и US army и противоборству SpaceX этому порочному кругу

    что еще нового отметил для себя, всегда считал что затопительная установка, включаемая за считанные секунды до старта, это для противопожарных мер, но никак не для затушения звуковой волны

  5. likolaw

    Большое спасибо Илье за серию этих интересных статей!!!

  6. mr Vanya

    Кстати, кто следил, новый Орион аварийно на двух паращютах приводнили уже? Вроде обещались недавно.

  7. storm X

    черт. я вспотел пока читал эту самую длиннющую статью в историии сайта, без шуток! даже пропyстиил первые 10 минут транcляции Apple

  8. anonim123

    Если не считать гиф анимаций, то на 14-ой картинке kerbal space programm с модом на фалькон 9.

  9. dismy

    Всем бы быть такими же амбициозными и чистыми в своих помыслах, как Маск! (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  10. mr Vanya

    "Илон Маск сбросит на Марс термоядерные бомбы
    Глава Tesla и SpaceX Илон Маск предложил сбросить на полюса Марса термоядерные бомбы. Он предположил, что это поможет согреть атмосферу планеты и сделать ее более гостеприимной"

    Американский Жириновский :-)

  11. Maga

    Нужна ещё одна холодная война с таким же тех скачком (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.