Ставка на многоразовое использование

Во время пятого комплексного испытательного полета Starship 13 октября с площадки компании в Бока-Чика, штат Техас, первая ступень Super Heavy должна была вернуться на стартовую башню, где ее должны были захватить массивные механические "руки" – так называемые "палочки для еды". Слишком много всего могло пойти не так, поэтому мало кто верил в успех, как и десять лет назад при первых попытках SpaceX посадить первую ступень ракеты-носителя Falcon 9.

Внутри компании, однако, царила уверенность. На заседании комитета Национальной академии наук США всего за четыре дня до запуска Билл Герстенмайер, вице-президент SpaceX по надежности, отметил, что во время предыдущего испытательного полета в июне первая ступень Super Heavy "приземлилась" с высокой точностью - в полусантиметре от цели в Мексиканском заливе. "Поэтому мы считаем, что у нас есть реальный шанс вернуться на башню", - заявил он.

Эта уверенность была оправдана. Во время полета 13 октября первая ступень Super Heavy вернулась на ту же стартовую башню, с которой поднялась всего несколькими минутами ранее. "Палочки" встали на позицию, обхватив первую ступень. Захват сработал.

Это достижение имеет важнейшее значение для осуществления планов SpaceX по скорейшему повторному использованию Starship. В долгосрочной перспективе компании первые ступени Super Heavy будут возвращаться на стартовую площадку, на них будут устанавливаться новые верхние ступени Starship, и они будут готовы к следующему запуску всего через несколько дней или даже часов.

Успех этого захвата иллюстрирует будущее доступа в космос: не только уникальный подход SpaceX к кораблю Starship, но и более широкая концепция быстрого и частого повторного использования ракет-носителей. SpaceX уже доказала это с помощью ракеты Falcon 9, чьи первые ступени были использованы более 20 раз, но Starship стремится продвинуть возможность повторного использования еще дальше. Другие компании и страны понимают, что для того, чтобы не отставать от SpaceX, они тоже должны внедрять возможность многоразового использования, причем быстро.

"Возможность многоразового использования обязательна"

На последних конференциях от Милана до Маунтин-Вью руководители космических агентств и компаний дали понять, что будущее доступа в космос будет зависеть не от расходуемых ракет-носителей, а от тех, которые хотя бы частично пригодны для повторного использования.

"Я думаю, все вы понимаете, что многоразовость обязательна для ракет-носителей", - сказал С. Соманатх, председатель Индийского космического агентства ISRO, во время пленарного заседания глав агентств на Международном астронавтическом конгрессе (IAC) в Милане, состоявшемся на следующий день после этого полета Starship.

Он объяснил, что стремление к многоразовому использованию обусловлено необходимостью снижения стоимости запусков. "Доступ в космос должен быть приемлемым по цене, чтобы мы могли расширять космическую программу".

Его комментарии прозвучали спустя месяц после того, как индийское правительство официально одобрило проект ISRO "Ракета-носитель следующего поколения" (Next Generation Launch Vehicle - NGLV) по разработке многоразовой ракеты. Она будет способна выводить на низкую околоземную орбиту до 30 тонн - в три раза больше, чем самая большая из существующих индийских ракет LVM3, - но при этом ее стоимость будет всего на 50% выше, чем у LVM3.

По его словам, экономия средств будет достигнута за счет многоразовой первой ступени с дросселируемым двигателем, использующим жидкий кислород и метановое топливо для обеспечения управляемой посадки. Разработка двигателя будет определять график создания NGLV, а первый испытательный полет планируется осуществить примерно через шесть лет.

Спустя неделю на конференции Satellite Innovation в Маунтин-Вью, штат Калифорния, один из руководителей отрасли поддержал это мнение о важности многократного использования.

"Если у вас нет многоразовой ракеты-носителя, я не думаю, что у вас есть будущее как у компании, занимающейся запусками", - сказал Адам Спайс, финансовый директор Rocket Lab, выступая на дискуссии с другими руководителями компаний-поставщиков пусковых услуг. "У одноразовых ракет действительно нет выхода".

Компания Rocket Lab экспериментировала с возможностью многократного использования ракеты Electron, восстанавливая ступени и проводя их испытания. Несмотря на то, что ей еще не удалось повторно запустить первую ступень Electron целиком, она повторно использовала двигатель. Однако возможность многократного использования является центральным элементом более крупной ракеты Neutron, первый запуск которой запланирован на 2025 год.

Другие компании идут по схожему пути, разрабатывая многоразовые первые ступени, подобно Falcon 9. Среди них – компания Blue Origin со своей гораздо более крупной ракетой New Glenn, первый запуск которой запланирован на конец года. Компания намерена с первой же попытки посадить первую ступень на корабль в океане.

"Никто еще не сажал многоразовую первую ступень с первой попытки. И все же мы идем на это и скромно заявляем, что уверены в том, что сможем ее посадить", - заявил Дэйв Лимп, исполнительный директор Blue Origin, в сентябре в социальной сети, раскрывая название первой ступени New Glenn: "Так вы говорите мне, что есть шанс (So You’re Telling Me There’s a Chance)".

"Относительно первого запуска у меня есть две основные задачи: добраться до орбиты и посадить первую ступень", - сказал Джаррет Джонс, старший вице-президент компании Blue Origin по программе New Glenn, во время дискуссии на WSBW в Париже в середине сентября. "Это очень важно, потому что мы должны довести это до совершенства, а затем добиться возможности многоразового использования и тогда перейти к оценке. Мы не можем ожидать этого в 2025 году".

Компания Stoke Space идет еще дальше, разрабатывая двухступенчатый корабль, обе ступени которого предполагается использовать повторно, как и в случае с финальной концепцией Starship от SpaceX.

"Если посмотреть на фактор, ограничивающий частоту запусков для SpaceX", - говорит Девон Папандрю, вице-президент Stoke по развитию бизнеса, - "то это производство второй ступени". Хотя SpaceX может использовать первую ступень Falcon 9 более 20 раз, для каждого запуска все равно требуется новая вторая ступень.

"Наш принцип - или, по крайней мере, один из способов конкурировать со SpaceX в долгосрочной перспективе - заключается в полной многоразовости", - сказал он на заседании сессии Satellite Innovation. Такой подход в космических доставках смещает акцент с высоких производственных требований на вопросы эксплуатации и логистики. "Вы получаете весь космический корабль обратно, переоборудуете его, ремонтируете, заправляете и снова отправляете в полет".

Европейские мечты о многократном использовании

В Европе реакция на Starship была неоднозначной. Йозеф Ашбахер, генеральный директор Европейского космического агентства, признал на IAC технические достижения последнего испытательного полета Starship, заявив: "Я должен подумать, что это значит для Европы, и посмотреть, что изменится в ландшафте и экосистеме, и что нам нужно сделать".

Некоторые представители европейской космической отрасли считают Starship мерилом того, насколько они отстали от SpaceX. Rocket Factory Augsburg, немецкий разработчик малых ракет-носителей, заявил на следующий день после полета Starship: "Это показывает и подтверждает, что Европа полностью утратила связь с реальностью. Сможет ли она еще наверстать упущенное? Без шансов, по крайней мере, так, как это происходит сейчас".

Критики отмечают, что европейская ракета Ariane 6 была разработана до того, как SpaceX продемонстрировала целесообразность и преимущества многоразового использования, но планов по переоборудованию ракеты для повторного использования нет. Однако в Европе появляются частные компании, которые разрабатывают многоразовые ракеты-носители. Например, компания MaiaSpace, стартап, созданный на базе ArianeGroup, работает над созданием малой ракеты-носителя с первой ступенью, способной совершать вертикальную посадку и использоваться повторно, подобно Falcon 9 компании SpaceX.

Еще одна европейская компания с большими амбициями в области многоразового использования - PLD Space. На мероприятии 7 октября, посвященном первой годовщине суборбитального запуска Miura 1, испанский стартап рассказал о десятилетней дорожной карте проектов космических кораблей, начиная с малой ракеты-носителя Miura 5.

PLD Space намерена восстанавливать и повторно использовать первую ступень Miura 5. Изначально компания рассматривала возможность использования парашютов и посадки в океан - тот же подход, который Rocket Lab применяла к своей ракете Electron, - но теперь планирует совершить посадку с помощью тяги, аналогично Falcon 9.

"Если посмотреть на самолет Boeing или Airbus, то способ посадки у них одинаковый", - сказал в интервью Рауль Торрес, исполнительный директор PLD Space. "Мы пришли к выводу, что единственный способ сделать ступень многоразовой - это возвращать ее обратно таким же образом, как это делают SpaceX или Blue Origin".

Запуски Miura 5 планируется начать в 2025 году из Французской Гвианы с постепенным внедрением возможности многоразового использования. Полеты с повторно используемыми первыми ступениями начнутся не ранее 2028 года. PLD Space прогнозирует, что многоразовое использование удваивает рентабельность ракеты, но не влияет на грузоподъемность.

Компания PLD Space планирует распространить возможность многоразового использования на линейку более крупных ракет под названием Miura Next. Базовая модель будет представлять собой ракету среднего класса с первой ступенью, способной приземляться на стартовой площадке или на корабле, находящемся на расстоянии. Один из вариантов, Miura Next Heavy, будет иметь два дополнительных ускорителя, аналогичные Falcon Heavy, а Miura Next Super Heavy - четыре.

Хотя ракеты Miura Next смогут летать и в одноразовом режиме, чтобы максимально увеличить грузоподъемность, компания планирует в большинстве миссий восстанавливать первую ступень, возвращая боковые ускорители на стартовую площадку. На своем мероприятии PLD Space представила анимацию, демонстрирующую одновременную посадку четырех боковых ускорителей ракеты Miura Next Super Heavy.

Возможность многооазового использования, по словам Торреса, очень важна для достижения целей компании по экологической устойчивости и снижению затрат. "Если мы не сможем вернуть их обратно", - сказал он, указывая на изображение четырех одновременных посадок, - "эта картинка останется лишь мечтой".

ULA получает SMART

United Launch Alliance использует другой подход к возможности многоразового использования. Компания утверждает, что конструкция ракеты Vulcan - "высокоэнергетическая" первая ступень, которая пролетает большую часть пути к орбите до отделения - делает ее нецелесообразной для посадки. Вместо этого компания предложила альтернативу под названием "Интеллектуальная модульная технология автономного возвращения" (Sensible Modular Autonomous Return Technology /SMART), которая позволит восстанавливать только двигательную часть для повторного использования. Технически это более осуществимо, утверждают в компании, и при этом удалось бы восстановить наиболее ценную часть первой ступени.

Пока компания работала над тем, чтобы доставить Vulcan на стартовую площадку, она не придавала особого значения методу повторного использования SMART. Однако после того, как Vulcan наконец-то полетел, ULA стала больше времени рассказывать о своих планах по восстановлению и повторному использованию двигательной части первой ступени Vulcan.

На брифинге 4 октября перед запуском Vulcan по программе Cert-2 генеральный директор ULA Тори Бруно сообщил о прогрессе в области метода повторного использования SMART, включая предварительный анализ конструкции системы, проведенный в начале года. Ключевым элементом проекта является надувной теплозащитный экран, предназначенный для замедления двигательного отсека с гиперзвуковых скоростей после отделения. Эта технология основана на проекте NASA "Летные испытания надувного замедлителя на низкой околоземной орбите" (LOFTID), в ходе которых была успешно продемонстрирована более компактная версия Atlas во время запуска в ноябре 2022 года.

Бруно сказал, что ULA планирует завершить критический анализ конструкции системы возвращения к концу года. "Затем мы приступим к производству летного оборудования", - сказал он. "Перед запуском нам еще предстоит провести испытания оборудования, но до первого полета, я бы сказал, еще от одного до двух лет".

Он сказал, что компания будет использовать поэтапный подход к восстановлению и повторному использованию двигателя. Первым испытанием станет проверка того, сможет ли двигательная секция чисто отделиться от первой ступени. Только после этого ULA испытает надувной замедлитель, который, как отметил Бруно, также послужит "отличным плотом" после посадки с парашютом. ULA будет сотрудничать с Blue Origin, чтобы исследовать восстановленные двигатели BE-4, хотя они не будут использоваться сразу же.

"Мы можем провести их несколько раз, пока не почувствуем себя действительно комфортно", - сказал он об этих испытаниях по восстановлению, прежде чем использовать двигатели повторно. В дальнейшем, по его словам, компания будет выполнять работы по ремонту и переустановке двигателей на мысе Канаверал. "Это еще впереди, и я не знаю точно, когда это произойдет".

Ограничения для многоразового использования

Несмотря на то, что в индустрии пусковых услуг быстро наметилась тенденция к хотя бы частичной многоразовости, еще не все встали на этот путь.

"Я не думаю, что многоразовость сама по себе будет означать выживание", - заявил Джулио Ранцо, глава итальянского производителя ракет-носителей Avio на конференции Satellite Innovation. Его компания производит малую твердотопливную ракету Vega C и не планирует внедрять возможность повторного использования.

По его мнению, ключевым фактором, определяющим необходимость многоразового использования, является высокая частота запусков. Для SpaceX, отметил он, это очень важно, поскольку у него большая клиентская база в лице правительства США и собственная группировка Starlink. "Если вы живете в той части мира, где нет такого якорного заказчика, я не знаю, что вы будете делать с такой частотой запусков", - сказал он.

Он отметил, что Avio разрабатывает технологии - например, ракетный двигатель на жидком кислороде и метановом топливе, - которые могут поддержать будущие многоразовые аппараты. "Я думаю, что частота запусков должна быть приведена в соответствие с размером рынка, на который вы можете выйти", - сказал он, - "иначе вы практически ничего с этим не сделаете".

Изначально Rocket Lab стремилась к многоразовому использованию, чтобы увеличить количество запусков Electron без расширения производственных мощностей. Однако спрос не оправдал ожиданий: компания прогнозировала 22 запуска Electron в этом году, но к октябрю осуществила только 11.

Мы все еще работаем над сроками внедрения многоразовой ракеты-носителя", - сказал Спайс, финансовый директор Rocket Lab, говоря о планах компании в отношении Electron. Он добавил, что приоритет отдается работе над ракетой Neutron.

Возможность многократного использования может отойти на второй план даже в SpaceX. На следующий день после испытательного полета Starship компания запустила тяжелую ракету Falcon Heavy с миссией NASA Europa Clipper. Эта миссия полёта к Юпитеру заставила SpaceX израсходовать все три стартовых ускорителя Falcon Heavy, чтобы добиться максимальной производительности. Однако это все чаще становится исключением из правил.