Многоразовые ракеты SpaceX сделают космические запуски дешевле. Но насколько?

10 805 просмотров
Об авторе

falcon9

Теперь, когда компания SpaceX смогла осуществить посадку ракеты, после того как отправила ее в космос, идея многоразовых ракет теперь не кажется такой фантастической идеей, какой могла казаться раньше. Но на самом ли деле космические запуски после этого станут более доступными?

Компания SpaceX продвигала идею многоразовости ракет как экономический спасательный круг для частной космической индустрии. В настоящий момент после запуска ракеты становятся в «лучшем» случае космическим мусором или сгорают в атмосфере, поэтому компаниям приходится тратить многие миллионы долларов на производство новых ракет для каждого нового запуска. Со слов Элона Маска, исполнительного директора SpaceX, стоимость производства ракеты Falcon 9 составляет 60 миллионов долларов, 200 000 долларов стоит ее заправка топливом. Возможность повторного использования отработанных ракет поспособствовало бы существенному снижению затрат космических запусков, ведь теоретически для повторного использования потребуется только их повторная заправка.

На самом деле это не совсем так. Сперва компании SpaceX необходимо убедиться в том, что ее отработанные ракеты действительно будут обладать возможностью новых полетов. Во время запуска Falcon 9, как и любые другие ракеты, испытывают воздействие экстремальных температур, повышенного давления, а также вибрации, вызываемой как самим запуском, так и атмосферным ветром. Все это, безусловно, пагубно сказывается на состоянии ракеты и, определенно, приводит к необходимости в проведении как ремонтных работ, так и обновлений перед повторным запуском. Ремонт ракетных двигателей — занятие не из дешевых. Ремонт требует времени, и если этого времени потребуется много, то SpaceX не сможет часто проводить запуски.

Стоимость ремонта была одной из основных причин, по которой была закрыта программа полетов космических шаттлов — еще одного перспективного в свое время варианта многоразовости использования космических аппаратов. Эта стоимость была крайне высокой. При этом стоит учесть, что сам шаттл запускался благодаря использованию ракеты-носителя (по сути гигантского топливного бака) с двумя реактивными двигателями на твердом топливе. После вывода шаттла на орбиту планеты и выполнения космической миссии, он, как самолет, садился обратно на землю.

Изначально дизайн шаттла разрабатывался именно с учетом экономии средств на космические полеты, и все в нем, за исключением внешней ракеты-носителя, могло использоваться повторно.

«К сожалению, для программы шаттлов такой подход не сработал», — отмечает Уэйн Хейл, бывший сотрудник программы космических шаттлов NASA и член Консультативного совета этого аэрокосмического агентства.

«Это был очень сложный космический аппарат, требовавший огромных затрат для возможности повторных запусков».

После нескольких запусков требовалась обязательная замена всех двигателей шаттла. Кроме того, каждый раз требовалось проводить бессчетное число проверок и мелких ремонтных работ между миссиями. В добавлении к этому, его ракетные ускорители на твердом топливе требовали своевременного обновления, а внешние топливные баки приходилось каждый раз менять на новые. Все это привело не к снижению, а к увеличению запусков космических шаттлов. Каждый полет обходился в данном случае от 450 миллионов до 1,5 миллиарда долларов.

Ракета-носитель Falcon 9 по сложности даже близко не стоит к космическому шаттлу, поэтому логично предположить, что различных затрат на обслуживание он потребует тоже значительно меньше. Тем не менее ракета испытывает точно такие же перегрузки, какие испытывал шаттл. Со слов Стива Поулуса, бывшего администратора запуска миссий космических шаттлов в NASA, первая ступень Falcon 9 — основная часть ракеты высотой с 14-этажное здание — может испытывать перепады температур от -157 градусов до 538 градусов Цельсия во время своего повторного входа в атмосферу.

«Вероятнее всего, SpaceX использует металлы и композитные материалы, способные выдерживать такие температурные перегрузки и не получать при этом никаких повреждений».

Помимо этого, Falcon 9 приходится испытывать давление и силы газов, находящихся в атмосфере. Первая ступень достигает скорости около 5,5-7,5 маха. При движении сквозь атмосферу высотные ветра могут болтать ее как лист бумаги, что определенно вызывает ее повреждения.

«Это могут быть сотни килограммов атмосферного давления, которые постоянно оказывают воздействие на ракету-носитель», — говорит Поулус.

И все же в строительстве многоразовых ракет у SpaceX определенно имеется некоторый опыт. Ее тестовая ракета Grasshopper, позволившая произвести испытания системы посадки Falcon 9, использовалась в общей сложности при восьми запусках. Правда, стоит учесть, что Grasshopper поднималась на высоту не более 750 метров и уж точно не опускалась обратно на землю с орбиты. Другими словами, она даже близко не испытывала тех же перегрузок, которые приходится испытывать настоящей ракете Falcon 9.

Вся стоимость многоразовости в конечном итоге будет зависеть от конструкции самой ракеты. Если Falcon 9 действительно не получает повреждения во время запуска и посадки, то сам ремонт и время, которое потребуется для его проведения, не будут большими. В прошлом году SpaceX заявила, что уверена в том, что сможет сажать свои ракеты и повторно их запускать «без необходимости их ремонта». Сейчас же инженерам нужно выяснить, действительно ли нынешний дизайн ракеты позволяет делать такие заявления. И если это подтвердится, то использование многоразовых ракет правда имеет смысл.

Вот почему в настоящий момент SpaceX изучает первую ступень Falcon 9, осуществившую мягкую посадку в понедельник. Инженеры хотят выяснить, насколько серьезны повреждения. Маск уже заявил, что конкретно данная ступень не будет использоваться для повторных запусков (он хочет сохранить ее в качестве музейного экспоната), однако она может дать четкое представление того, какого уровня ремонт потребуется (и потребуется ли) проводить между запусками.

Поулус согласен с одним: что стоимость ремонта будет гораздо ниже стоимости производства новой ракеты. Он предполагает, что большая часть ремонтных работ будут связаны с ее двигателями и проведениями проверок, которые позволят определить соответствие ракеты стандартам, необходимым для проведения космического запуска. Стоимость всего этого, по его мнению, будет составлять около полумиллиона долларов, что, конечно же, выглядит более привлекательно, нежели необходимые 60 миллионов для строительства новой ракеты.

Многоразовые ракеты SpaceX сделают космические запуски дешевле. Но насколько?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

39 комментариев

  1. Sceptic

    Цена двигателя Мерлин, что в этих ракетах - 1 млн долларов и они планируют снизить эту цену до 500. Цена советской РД-108 - 40 млн (или 20, уже не помню). Тут даже без повторного использования все очевидно.

  2. Khius

    у Маска есть экономический расчёт я думаю не от балды он все затеял (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Sr.Leonsio

      у производителей многоразовых Шатлов тоже наверно был такой расчет. Где щас эти шатры, напомните мне пожалуйста, подзабыл малек

      • Sceptic

        Шатлы были бы выгоднее, если бы их запускали сотнями в год. Но на то время такой спрос не нужен был. С точки зрения технология Шатлы и Союз это как компьютер и печатная машинка. Тоже мне сравнил технологии немцев из 40ых и шатл.

        • danilkinoff

          Только напомни, сколько аварий было у Союза и сколько у Шаттла? И если я не ошибаюсь все ракеты производные от немецких технологий, или шаттлы летали на каких-то других принципах? Я думаю они бы без штанов остались, если бы делали по 100 пусков в год. Да и когда их успевать ремонтировать?

    • tabasko

      У НЕГО расчёт на заключение контрактов и привлечение инвестиций - это главное! А убытки и тэсты с доработками можно списать в кредит. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

    • tabasko

      Взялся за гужь не говори что не дюжь, вот и весь расчёт. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  3. diver832

    удачи ему и его команде..... (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

    • Semen_Semen

      В любом случае они молодцы - лучше что-то делать в этой индустрии, чем ничего, стагнация затянулась.
      Но, по моему мнению, будущее все же за электромагнитными катапультами и, в дальнейшем, космическими лифтами. На ракетах далеко не уедем. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  4. kerby2000

    60 млн. это цена всей ракеты, а не только первой ее ступени. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  5. mactep850

    Вержин галактик в свое время собирался запускать многоразовые шатлы... видимо этот проект затухнет так и не начавшись :) Маск предложил (ну или его инженеры) новую супер идею. Что может быть круче даже сложно себе представить

    • Sceptic

      вот только незадача, ракеты Маска реально работают и реально дешевле аналогов.

      • Sr.Leonsio

        а та ракета Маска, которая рухнула на прошлом старте, она тоже "реально работала" или я что то перепутал? Запомните, реально работает только одна ракета в Мире - это ракета Союз.
        Что бы заработать такую репутацию, Маску нужны годы, что бы доказать надежность своих ракетоносителей

        • Earl

          Ты совсем-то уж не утрируй. Работает довольно много ракет, вопрос лишь в стоимости запусков. Тем более Китай активно развивает свою космическую программу. У союза лишь самый большой показатель успешных запусков.

        • Sceptic

          Что? В США процент неудачных запусков в 2 раза ниже РФ и твоих союзов. А Маск делал все с нуля, можно подумать у РФ ничего не падало. Постоянно все падает и взрывается.

          • danilkinoff

            Статистику в студию. А так - это не более чем трёп. В свое время кто-то давал инфографику всего пусков/неудачных пусков по США, СССР/России и Китаю. Или вот еще:
            http://newsland.com/news/detail/id/1207153/
            Как видно, не в два раза явно. Так что сударь, что-то вы брешете

  6. praga777

    Понятно, что пока мало понятно..лучше бы указали примерные горизонты прояснения

  7. amd212

    Это как раз тот случай когда цена определяется количеством коммерческих запусков в год, а не наоборот.
    Не побоюсь предположить, что с штатом в пять тысяч работников и тремя коммерческими запусками в год SpaceX показала самые дорогие реальные затраты по выводу килограмма на орбиту за 2015-ый год. Несомненно, если Маску удастся пролоббировать мировую финансовую закулису и выйти хотя бы на сто коммерческих запусков в год, себестоимость доставки на орбиту одного килограмма резко упадёт ....
    Возврат первой ступени это больше PR фича, рекламный трюк. Три тонны топлива, "лишнего веса" разгоняются до скорости 5-7 махов, на что опять таки тратится топливо и ресурсы двигателей. Дальше - представьте, сейчас там в степи стоит одинокое сооружение высотой с семиэтажное здание, к которому по бездорожью надо подогнать монстртрак, медленно, бережно завалить это сооружение на бок, аккуратно довезти до жд вокзала, перегрузить на платформу, доставить на завод, разгрузить, слить топливо, осмотреть, обстучать, ощупать, поменять, проверить, поменять, протестить ...... а потом хрясть и авария на старте :-(
    По перегрузкам - баки заполненные компонентами топлива не в пример жёстче пустых баков. Малейшая деформация при приземлении и необходима полная замена баков.
    Могу ошибиться, но на данный момент у Маска как у менеджера нет ни одного прибыльного самодостаточного проекта. Безусловно Маск и Ко бабло рубит, рубит на создании гигантских долговых пузырей, но с ес-но с хорошо разрекламированным "светлым будущем". Выйди SpaceX на IPO и вырасти до капитализации в 150 миллиардов и Маск в шоколаде.

  8. Sceptic

    Всем дремучим людям у которых в голове "Союз" - https://www.youtube.com/watch?v=jCg_Wfbhx5A&index=19&list=WL

  9. z00b

    На пару центов +)

  10. Masson

    На сколько?

  11. markkunts

    Челноки Space Shuttle (как пример многоразовости в космических технологиях) во время спуска с орбиты на огромных скоростях испытывали серьезные механические и термальные перегрузки, вызванные самим принципом аэродинамического торможения.
    По факту приходилось перебирать чуть-ли не весь челнок, заменяя теплоизоляционные ячейки экрана, проверяя почти все конструкции. Это было дорого, долго и сложно.

    Посадка-же первой ступени методом SpaceX с помощью маршевого двигателя и аэродинамических решетчатых рулей проходит очень мягко. Ступень тормозит, сходя с орбиты на пороге сверхзвуковой, что исключает перегрузки как механические, так и тепловые. Посадка по факту строго вертикальная и очень плавная, что исключает продольные перегрузки конструкции.

    Двигатели SpaceX Merlin-1D регламентированы на 10-15 полных рабочих циклов, они просты и надежны.

    Более того, инженерам известно, что в определенных ситуациях проверенная и успешно отработавшая система надежнее совершенной новой.

    В итоге мы имеем:
    Дефектация ступени в рамках такой схемы возврата - не займет много времени, усилий и финансов, ибо ступень не испытывает нагрузок как таковых, ни механических, ни тепловых.

  12. qwer

    MARKKUNTS
    "Посадка-же первой ступени методом SpaceX с помощью маршевого двигателя " А где ракета возьмёт топливо для посадки с орбиты? То есть, это как на машине, чтобы проехать в точку А, нужно 1 литр топлива, чтоб вернуться назад ещё 1 литр и 2-х литров хватит съездить туда-сюда? непонятно, почему до этого не додумались за десятилетия космонавтики.

    • alex13474

      где ж вас таких умников выращивают?
      ты одинаковые усилия тратишь на подьем на 10 этаж и на спуск? Тем более что гашение орбитальной скорости проходит в разряженном воздухе. непонятно, как люди доходят до таких умозаключений за десятилетия жизни.

      • amd212

        Физики ради замечу, что лестница не совсем правильная аналогия ракете. Технически при подъёме и спуске на оду ступеньку тратится одна и та же энергия. Мышцы работают разные и по разному, особо сильна разница в силах трения в суставах. Попробуйте спускаться не быстро, а медленно, гася скорость до нуля на каждой ступеньке. Увидите насколько вырастут затраты. У любителей бегать под горку рано или поздно вылетают коленки - плата за помощь себе трением.
        Подброшенный и пойманный мяч потребляет одинаковое количество энергии на разгон и торможение.
        Отличие ракеты от мяча - её переменный вес. При взлёте он составляет грубо 60 тонн, при посадке 15. Т..е. да на торможение нужно меньше топлива, чем на разгон. Нагрузки на конструкцию первой ступени в целом кардинально меняются и требуют тщательного анализа.

      • amd212

        Физики ради замечу, что лестница не совсем правильная аналогия ракете. Технически при подъёме и спуске на оду ступеньку тратится одна и та же энергия. Мышцы работают разные и по разному, особо сильна разница в силах трения в суставах. Попробуйте спускаться не быстро, а медленно, гася скорость до нуля на каждой ступеньке. Увидите насколько вырастут затраты. У любителей бегать под горку рано или поздно вылетают коленки - плата за помощь себе трением.
        Подброшенный и пойманный мяч потребл@ет одинаковое количество энергии на разгон и торможение.
        Отличие ракеты от мяча - её переменный вес. При взлёте он составляет грубо 60 тонн, при посадке 15. Т..е. да на торможение нужно меньше топлива, чем на разгон. Нагрузки на конструкцию первой ступени в целом кардинально меняются и требуют тщательного анализа.

  13. tabasko

    А спонсор посадки ВМС США + NASA INCORPORATED. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.