For America [and all mankind] / Offсянка

В апреле 2017-го, публикуя статью «Вы находитесь здесь», которая подводила промежуточный итог деятельности компании Илона Маска, изложенной в двух частях лонгрида «SpaceX: путь наверх» (часть первая, часть вторая), авторы не думали о том, что на преодоление ещё трёх пунктов «памятки SpaceX-скептика» понадобится три года, а мир окончательно разделится на тех, кто безоговорочно верит в «исторический прорыв в будущее всего человечества, сделанный на наших глазах», тех, кто считает начало миссии Demo-2 ловким пиар-ходом, и, наконец, тех, кто не определился…

До 30 мая 2020 года за всю историю нашей цивилизации лишь космические аппараты восьми типов позволяли людям вырываться из пут земного тяготения, чтобы взглянуть на планету с высоты орбиты и даже более: это советские «Восток», «Восход» и «Союз»; американские Mercury, Gemini, Apollo и Space Shuttle; и китайский «Шеньчжоу». Сейчас к ним присоединился Crew Dragon. Между миссией Demo-2, выполняемой американскими астронавтами Дугласом Хёрли и Робертом Бенкеном, и первым полётом китайского космонавта Ян Ливэя на «Шэньчжоу-5», прошло 17 лет: появление нового пилотируемого космического корабля — всегда нетривиальное событие, имеющее не только большое научно-техническое, но и огромное общественно-политическое значение.

Crew Dragon перед стартом, с подведенным крытым переходом для посадки астронавтов в корабль. Фото NASA

Реакция публики была предсказуемой, но оценки события (как обычно в последнее время на «всё, что делает Маск») — диаметрально противоположными. Среди «маскофилов», не терпящих ни малейшей критики в адрес своего кумира, не было предела ликованию и превосходным эпитетам. Среди столь же нетолерантных «маскофобов» событие всячески принижалось: в ход шли непрозрачные намёки на якобы заимствования советских или российских технических решений или, в лучшем случае, технологий NASA. В этой чехарде мнений и дискуссий взвешенная точка зрения затерялась между двух огней и была почти не слышна. Тем не менее, необходимость в объективной оценке есть, хотя бы для того, чтобы уравновесить радикальные суждения.

Итак, что же значат первая пилотируемая миссия Crew Dragon…

...для SpaceX

Создание и испытание (а после начала пилотируемого полета — ещё и фактическое признание) нового корабля вывело SpaceX в элитную группу аэрокосмических организаций, способных делать и серийно воспроизводить ракетно-космическую технику любой сложности. В настоящее время компания из Хоторна, штат Калифорния, обладает самодостаточной транспортной системой, включающей частично многоразовые ракеты-носители Falcon 9 среднего/тяжёлого и Falcon Heavy тяжёлого класса, грузовой космический корабль Dragon и пилотируемый Crew Dragon, а также пусковую инфраструктуру на обоих побережьях Соединённых Штатов. Не так давно к ее активам прибавилось собственное спутниковое производство. Благодаря этому, а также опыту, навыкам и компетенциями (в частности, в области эксплуатации беспилотных грузовых кораблей Dragon и носителей с первыми ступенями многократного использования) в ближайшем будущем она сможет предоставлять услуги «под ключ» практически любым заказчикам.

Компания SpaceX накопила большой опыт в ходе эксплуатации кораблей Dragon при доставке грузов на МКС. Фото NASA

Мощный потенциал, созданный Илоном Маском и его сподвижниками и сотрудниками, реальные достижения в области ракетно-космической техники, а также усилия, направленные на реализацию амбициозной перспективной транспортной системы SuperHeavy/Starship — всё это создаёт кумулятивный эффект, привлекающий всеобщие взоры к продуктам и услугам компании. SpaceX стал не только финалистом коммерческой программы по созданию пилотируемого корабля для NASA CCP (Commercial Crew Program), первым обеспечив запуск экипажа на орбиту, но и плотно «врос» в другие новые проекты национальной космической администрации (и не только).

В 2016 году SpaceX наряду с Northrop Grumman получил контракт NASA на второй этап программы коммерческой доставки грузов на Международную космическую станцию (МКС) с помощью новой версии корабля, названной Cargo Dragon. 27 марта 2020 года агентство объявило, что выбрало SpaceX в качестве единственного поставщика услуг по грузоснабжению создаваемой национально окололунной станции Gateway при помощи Dragon XL. Оба грузовика — автоматические, первый является доработкой пилотируемого Crew Dragon, а второй создается на основе его систем…

Грузовой корабль Dragon XL, отделяющийся от верхней ступени ракеты-носителя Falcon Heavy. Графика NASA

Данный контракт SpaceX выиграла в ожесточённой борьбе с конкурентами: предложения по программе представили также Boeing, Northrop Grumman и Sierra Nevada. Оценивались такие критерии, как соответствие задачам миссии, реальные достижения и затраты. По всем трем показателям предложение компании Маска оказалось лучшим. Более того, NASA обнаружило существенные недостатки в подходе всех компаний, кроме SpaceX, и «выявило значительные преимущества конструкции Dragon XL без наличия существенных недостатков».

В марте 2020 года компания Axiom Space, разрабатывающая коммерческие модули и компоненты орбитальных станций и планирующая создание первой негосударственной космической станции, объявила о приобретении у SpaceX коммерческой миссии корабля Crew Dragon для полёта частных астронавтов на МКС во второй половине 2021 года. А в апреле Маск сообщил о получении ещё одного контракта NASA — на доставку астронавтов и грузов на лунную поверхность с помощью модификации проектируемого «звездолёта» Starship.

Таким образом, к настоящему времени SpaceX превратилась в компанию, аккумулировавшую максимум компетенций в области ракетостроения и создания космических кораблей, причём, возможно, не только в США. Очевидным признанием этого факта стало разрешение NASA, выданное 4 июня, на повторное использование кораблей Crew Dragon и ракет-носителей Falcon 9 для доставки астронавтов на МКС.

Crew Dragon (Demo-2) приближался к МКС. Носовой конус открыт, виден стыковочный агрегат корабля, который подходит к адаптеру модуля Harmony. Фото NASA

Crew Dragon (Demo-2) приближается к МКС. Носовой конус открыт, виден стыковочный агрегат корабля, который подходит к адаптеру модуля Harmony. Фото NASA

⇡#… для конкурентов и «партнёров»

Когда после закрытия в 2011 году программы Space Shuttle США остались без собственных пилотируемых кораблей, только очень наивный и малосведущий диванный эксперт мог полагать, что такое положение сохранится навсегда. Люди, реально оценивающие американский научно-технический потенциал, вряд ли сомневались в способности этой страны создавать собственные корабли. Стоял вопрос только в сроках и в названии фирмы, которая преуспеет на этом поприще. С разной степенью уверенности в отдельные моменты времени знатоки спорили, кто будет первым — Boeing со своим «Старлайнером», Lockheed Martin с «Орионом» или SpaceX с «Крю Дрэгоном»? Прекращая полёты челноков, NASA надеялось, что вернется в космос на своём корабле в 2015-2016 годах.

И если «государственный» Orion с супертяжелым носителем SLS (Space Launch System) мало кем воспринимался в качестве конкурента, то CST-100 Starliner с ракетой Atlas-5 был именно соперником системы Crew Dragon — Falcon-9: Boeing, настоящий «монстр» аэрокосмической индустрии, располагающий разнообразными компетенциями, огромными ресурсами и государственной поддержкой, смотрелся более чем достойно. Вряд ли кто-нибудь мог определённо предсказать результат этой гонки. На некоторых космических форумах даже делались ставки: кто первым осуществит пилотируемый полёт.

Реальным конкурентом корабля Crew Dragon был CST-100 Starliner. Графика с сайта nasaspaceflight.com

2019 год стал решающим, но проблемы с авиалайнерами Boeing 737 MAX, неудачная миссия «Старлайнера» в декабре и ворох проблем, вскрывшихся при расследования аномалии в полете привели к тому, что SpaceX на финишную прямую вышел первым. Поэтому Demo-2 — удар, прежде всего, по Boeing. Компания имеет шанс реабилитироваться, но время безнадёжно упущено. По договоренности с NASA придется повторить беспилотный полёт CST-100. Если он будет успешен, Starliner полетит с экипажем, но произойдёт это не ранее начала 2021 года. Рискну предположить, что, скорее всего, Boeing останется в программе коммерческой доставки экипажей на МКС вторым номером, в качестве запасного игрока. Но если удача вновь отвернётся от аэрокосмического гиганта, не исключён вариант, что SpaceX будет единственным участником CCP.

Что касается Роскосмоса, то его в данном случае нельзя считать прямым конкурентом SpaceX. Несмотря на то, что часть околокосмической публики (и не только) воспринимала доставку космонавтов и астронавтов на МКС как основной вид деятельности Госкорпорации, это не так. Основная игра всегда велась на другом поле — там, где реализовывалась государственная космическая программа России, частью которой являются пилотируемые полеты с их ограниченными целями и задачами. Поэтому российское космическое ведомство от начала эксплуатации американских коммерческих кораблей не проиграет — оно как отправляло на орбиту шесть человек в года, так и продолжит делать это в дальнейшем.

«Союз МС-01» перед стартом. Фото Билла Ингаллса (NASA)

Более того, в каждом «Союзе» станут летать не один-два (как было с 2011 года), а двое-трое россиян, вместе с которыми регулярно смогут попадать на МКС американские и, возможно, европейские астронавты. По «взаимозачётам» наши космонавты будут летать на американских кораблях. Единственной реальной потерей станут деньги, которые ранее американцы платили за кресла на «Союзе» (примерно $80 млн за место). Это много, но не превышает 2,7% открытой части бюджета Роскосмоса (без оборонного заказа). И здесь не всё безнадёжно: освободившиеся места можно продавать космическим туристам, частично или даже полностью отыграв финансовые потери.

Некоторая часть публики считает, что Роскосмос понёс имиджевые потери, поскольку «какой-то частник» сделал новый пилотируемый корабль быстрее, чем госкорпорация. Но это эмоции. Россия располагает надёжной транспортной пилотируемой системой, которая позволяет решать все доступные для неё задачи в ближнем космосе. Да, «Союз» создан полвека назад, он тесный и совсем не гламурный. Но с задачей справляется, доставляет трёх человек на МКС, в том числе всего за четыре часа. А нужно ли России сейчас и в обозримом будущем что-то другое — вопрос дискуссионный и не имеющий однозначного ответа.

…для Соединённых Штатов

А что получила Америка? Как ни странно, Соединенные Штаты вернулись в состояние до 2011 года. У страны снова есть собственный пилотируемый корабль, многоразовый, как и шаттл, и способный (условно даже более надёжно) доставлять на орбиту семерых астронавтов (но NASA нужно не более четверых).

Америка получила ракетно-космическую систему Falcon-9 — Crew Dragon для доставки астронавтов на орбиту. Фото SpaceX

Возникло ли новое качество по сравнению с эпохой шаттла? В функционале — определённо нет, а в стратегическом плане — да. В ходе исполнения программ по коммерциализации ближнего космоса страна получила новую мощную аэрокосмическую фирму, которая будет играть важную, а может, и важнейшую, роль в осуществлении амбициозных проектов. Не надо забывать и о том, что через несколько лет США будут обладать сразу несколькими пилотируемыми кораблями, что заметно повысит устойчивость национальной космической программы. Из реальных достижений, пожалуй, следует отметить и тот факт, что сейчас доставка астронавтов на МКС будет стоить заметно дешевле, чем при использовании шаттла. Принимая во внимание деньги, которые были выделены через NASA по программе CCP и учитывая число заказанных полетов на станцию, стоимость одного места в американских кораблях должна составить порядка $58 млн, что даже меньше того, что платилось за место в «Союзе».

⇡#… для мировой космонавтики

Какое значение для мировой космонавтики имеет Crew Dragon и его первый полёт — пожалуй, наиболее интересный вопрос. Обычно в заслугу Маску ставятся инновации, быстрые сроки разработки и снижение затрат на доступ в космос. Ну, и конечно то, что «частник эффективнее государственных корпораций». Разберём эти тезисы по косточкам.

Илон Маск с астронавтами Виктором Гловером, Дагом Херли, Бобом Бенкеном, администратором NASA Джимом Брайденстайном и астронавтом Майком Хопкинсом. Фото NASA

Рискуя навлечь на себя праведный гнев «маскофилов», скажем, что реально в изделиях SpaceX нет ничего принципиально нового. Какую реализованную техническую идею не возьми — всё изобрёл не Маск. Взять ту же вертикальную ракетодинамическую посадку ступени. Этой идее, наверное, столько же лет, сколько и реальной космонавтике (возможно, даже больше). Скажем, в конце научно-фантастического фильма «Небо зовёт», выпущенного киностудией имени Довженко в 1959 году, ракета, возвращаясь из космоса, садится вертикально с использованием тяги своих двигателей. Да не куда-нибудь, а на морскую платформу! Кстати, ещё не так давно патентом на такой способ посадки владела компания Джеффа Безоса Blue Origin, пока Илон Маск не оспорил его в суде.

Инженерную проработку вертикально взлетающих и садящихся многоразовых ракет в середине 1960-х детально выполнил Филип Боно (Philip Bono) из Douglas Aircraft Company. В 1990-х эти идеи были воплощены в проекте многоразового одноступенчатого носителя компании McDonnell Douglas и в её летающем прототипе Delta Clipper (DC-X).

Кстати, Маск никогда не приписывал себе лавры изобретателя данной идеи, считая, что «стоит на плечах [вышеуказанных] гигантов». Не будем также забывать усилий в области вертикальной посадки, предпринятых Blue Origin, Masten Space и рядом других фирм. В 2007 году российский Государственный ракетный центр (ГРЦ) имени академика В.П. Макеева предлагал проект многоразового носителя «Россиянка» с траекторией возвращения первой ступени точь-в-точь как у Falcon 9.

Схема ракеты-носителя «Россиянка» и траектории выведения на орбиту из проспекта ГРЦ имени Макеева

Однако именно Маск и его инженеры не побоялись первыми реализовать возвращение и вертикальную реактивную посадку первой ступени: неудачно поэкспериментировав с «простыми и понятными» парашютами, он переключился на ракетодинамическую схему и достиг успеха. Публика до сих пор недоумевает, почему он не стал применять крылья, как у шаттла? Но самолётные системы применительно к ракетно-космической технике не только съедают полезную нагрузку, но и резко повышают сложность и стоимость конструкции. Топливо по сравнению с «крыльями и хвостами» не стоит почти ничего — это просто дешёвый расходник.

А что такое сам Falcon 9? С одной стороны, вполне обычная двухступенчатая ракета-тандем с баками из алюминиево-литиевых сплавов, сваренными трением с перемешиванием. Так и здесь Маск — не пионер! А его красивые серебристые «перевёрнутые кубки» Merlin? По схеме — один-в-один американские двигатели открытой схемы, на которых с середины 1950-х годов летали «Юпитеры» и «Атласы», а потом «Сатурны» и «Дельты». Правда, «Мерлины» качественно превосходят своих дальних родственников по удельным параметрам (отношение тяги к сухой массе 150:1) и они многоразовые.

Зато совершенство конструкции ракет фирмы SpaceX таково, что по весовой отдаче кислородно-керосиновый Falcon 9 не уступает носителям на кислородно-водородном топливе. Эксперты полагают, что детище Маска, по большому счету, является квинтэссенцией американского подхода к созданию средств выведения: простые, надежные, но не слишком эффективные двигатели, плюс «вылизанная» до идеального совершенства конструкция ступеней.

Двигатели Merlin-1C для первой ступени ракеты-носителя Falcon 9 на заводе в Хоторне. Фото SpaceX

Crew Dragon выглядит несколько необычно, и по конструкции отличается от современников. Прежде всего, речь идёт о моноблочной компоновке — все системы корабля размещены в спускаемом аппарате (capsule). Это логично — они сложные, дорогие и их надо спасать и использовать повторно. Грузовой «кузов» (trunk) — это всего лишь продвинутый переходник между ракетой и кораблём, пригодный для размещения некоторых грузов, не требующих наличия гермообъёма. В общем-то, моноблочным был и Mercury — самый первый американский пилотируемый корабль. Недостаток подхода (быстрый рост массы при увеличении обитаемого объёма) инженеры Маска обошли применением новых конструкционных материалов и систем, а также теплозащиты малой плотности.

Довольно необычна «интегрированная» двигательная установка системы аварийного спасения корабля — пожалуй, самое спорное техническое решение. Когда SpaceX формировал концепцию аппарата, всё было подчинено идее многократного использования, поэтому и двигательная установка должна быть: а) многоразовой; б) универсальной — обеспечивать не только аварийное спасение, при необходимости, но и мягко сажать корабль с высокой точностью на сушу. Концепция выглядит монолитом: многоразовость должна распространяться и на двигательную систему, которая, в свою очередь должна обеспечивать многократное использование корабля. Однако целостность этого замысла разорвали требования NASA по парашютной посадке в океан.

Стендовые испытания двигательной установки системы аварийного спасения. Скриншот с ролика SpaceX

Реактивная посадка из проекта исчезла, а интегрированная двигательная установка осталась. В чём её спорность? Несколько сот килограмм токсичного самовоспламеняющегося топлива отделяет от экипажа тонкая алюминиевая оболочка кабины. Не слишком приятное соседство, учитывая и наличие большой потенциальной энергии, запасённой в баллонах высокого — сотни атмосфер! — давления с вытесняющим гелием. Прошлогодний взрыв первого лётного экземпляра корабля во время наземных испытаний в апреле 2019 года, хотя и не был напрямую связан с концепцией двигательной установки, но показал, насколько опасным может быть такое соседство…

Кстати, реактивная посадка Crew Dragon — тоже не изобретение Маска. Она рассматривалась в проекте советского корабля «Заря» в середине 1980-х годов. Да и корни интегрированной двигательной установки можно отыскать в конструкциях полувековой давности: второй американский корабль Gemini имел тормозную двигательную установку, которая могла использоваться и для задач аварийного спасения.

Ещё одним небесспорным новшеством стали новые аварийно-спасательные скафандры астронавтов. Некоторые наблюдатели полагают, что впервые в истории космонавтики в основу требований к ним легли... соображения эстетики. «Я помню, когда я знакомился с первоначальными параметрами скафандра SpaceX на этапе его создания, — говорит эксперт в области скафандров профессор Университета Северной Дакоты Пабло Де Леон (Pablo de León). — Главным требованием было то, чтобы он выглядел эстетически привлекательным. Я никогда не видел раньше, чтобы технические требования затрагивали внешний вид, и это меня действительно удивило».

SpaceX продемонстрировал новый подход к конструированию скафандров. Фото NASA

Собственно, и сам Маск не скрывал своего желания, чтобы скафандры выглядели «круто», по-супергеройски, чтобы своим видом вдохновлять современную молодёжь к полётам в космос. Оттого и дизайн их был заказан голливудскому дизайнеру Хосе Фернандесу, который «конструировал» костюмы для фильмов «Бэтмэн против Супермена», «Фантастическая четверка», «Железный человек-2» и других. Саму же конструкцию разрабатывали в SpaceX.

Реальных отзывов о новых скафандрах пока нет. Астронавты их вроде бы хвалят. Но надо учесть, что объективную оценку они вряд ли имеют право высказывать публично, и свои замечания предоставят специалистам в закрытых отчётах. Сторонние наблюдатели отмечают, что в отличие от российских «Соколов» вход скафандры SpaceX осуществляется через паховую зону, которая застегивается гермомолнией, что в условиях невесомости может быть неудобно. «Я пробовал скафандры «Сокол» раньше, и я предпочитаю такую систему той, что закрывается между ног, которую, кажется, не так легко снимать и одевать в закрытом пространстве корабля», — замечает Пабло Де Леон. Скажем прямо, оценка субьективная — всё зависит от того, как будут натренированы астронавты.

Отмечаются недостаточные размеры шлема, а также отсутствие жёстких шарнирных сочленений в локтевых и коленных сгибах, что сковывает движения астронавтов в скафандрах под наддувом. Если российские скафандры «безразмерные» и могут быть отрегулированы под различный рост космонавта, то изделия SpaceX подгоняются индивидуально. Однако первый опыт компании Маска наверняка будет учтён в дальнейших модификациях снаряжения.

Французский астронавт Тома Песке облачается в российский скафандр «Сокол-К». Фото с сайта https://astropeggy.tumblr.com/

Распространено мнение, что ракеты и космические корабли SpaceX дешевле конкурентов из-за многоразовости. Эту идею всячески поддерживает и сам основатель компании. Между тем, подтвердить реальную ценность многократного использования и его влияние на стоимость пусковых услуг не представляется возможным из-за отсутствия достоверных данных о структуре цены изделий: SpaceX не является публичной компанией и не обязана предоставлять необходимые для этого исходные данные. Поэтому возможно, что низкая — по среднемировому уровню — цена на услуги обусловлена в большей степени оптимизацией производственных затрат, а вовсе не повторным использованием матчасти.

Экономическая эффективность многократного применения ракетно-космической техники обусловлена двумя основными факторами: величиной грузопотока «земля-космос», требующей стабильно высокой частоты пусков, и затратами на межполётное обслуживание. Оба этих фактора — трудно прогнозируемые величины. Именно их неправильная оценка привела к низкой эффективности системы Space Shuttle.

Когда спускаемый аппарат грузового «Дрэгона» был впервые запущен повторно, руководство SpaceX сообщило что подготовка «бэушной» капсулы обошлась не дешевле постройки нового корабля. Однако, по словам Маска, после отработки процедуры повторное использование сократит расходы примерно на 50%. Насколько достигнуто это сокращение точно тоже неизвестно.

По словам Маска, подготовка первой повторной миссии Falcon-9 — Dragon по доставке грузов на МКС обошлась примерно в ту же сумму, что изготовление нового корабля. Фото SpaceX

При низкой частоте полетов в космос многоразовость — «вещь в себе»: насколько она оправдана реально, и окупаются ли затраты на её реализацию — однозначно сказать нельзя. Возможно, для SpaceX, которая сегодня наиболее часто запускает ракеты в космос, они и оправдана, но это не означает автоматически, что повторное использование матчасти будет иметь реальный смысл у других фирм или в космических программах других стран.

Так что же, получается, Маск и его инженеры — всего лишь компиляторы старых идей, да ещё и склонные к небесспорным решениям? «Не всё так просто». Да, почти все технические идеи, реализованные SpaceX, появились задолго до нашего времени. Однако заслуга Илона и его команды в том, что, во-первых, они были впервые реализованы на практике, а, во-вторых, будучи применены сразу в одном изделии дали кумулятивный эффект. Не став изобретать велосипед, а воспользовавшись имеющимся опытом и доступными технологиями, SpaceX смогла создавать новое в меньшие сроки и дешевле, чем многие её конкуренты.

Реальные заслуги Маска в области космонавтики вовсе не связаны с его изобретательской деятельностью или отсутствием таковой. Главное, что он оказался прекрасным бизнесменом и организатором, который сплотил вокруг себя команду талантливых и работящих инженеров и менеджеров, вдохновил их на реализацию очень серьезных задач и достижение целей с минимальными затратами ресурсов. Можно также полагать, что цепочка принятия решений в SpaceX оказалась гораздо короче и работает быстрее, чем в громоздких аэрокосмических корпорациях.

Стажеры SpaceX перед зданием штаб-квартиры компании в Хоторне. Фото SpaceX Internship Program

Илон Маск создал совершенно необычную в наше время модель производства, поколебав веру в концепцию аутсорсинга. Несмотря на наличие разветвлённой сети поставщиков и субподрядчиков, разработку и производство ключевых компонентов своей техники он сосредоточил внутри SpaceX. Этим свёл к минимуму логистические цепочки, минимизировал издержки на оплату накладных расходов поставщиков и обеспечил сквозной контроль качества и себестоимости изделия. Так, по его словам, ему удалось снизить затраты на производство ракет и кораблей.

В отличии от других участников сектора аэрокосмической индустрии, который сейчас принято называть термином Space 2.0, не захотевших (или не сумевших) подружиться с государством, Маск смог наладить контакты не только с частными инвесторами, но и с NASA и Пентагоном. Благодаря симбиозу бюджетных денег и частных инвестиций (прежде всего, венчурных) SpaceX смог продемонстрировать впечатляющие успехи, доказав эффективность государственно-частного партнёрства.