Аэрокосмический инженер объясняет, почему Starship от SpaceX может изменить всё
Роберт Зубрин - аэрокосмический инженер, является основателем Mars Society и президентом Pioneer Astronautics. Один из самых известных популяризаторов космонавтики и не менее известный поклонник концепции колонизации Марса.
Вечером 5 мая Илон Маск из SpaceX написал в Твиттере: «Нормальная посадка Starship!» Маск не отличается сдержанностью. Но увидеть, как взлетает этот гигант из нержавеющей стали, стало для многих феноменальным событием. Это зрелище на YouTube смотрели онлайн более 5 миллионов человек. Возможно, многие затаив дыхание, поскольку все предыдущие попытки приземления Starship окончились взрывом. Но не для SN15. Этот Starship, преодолев 12 километров, а затем снижаясь в свободном падении, использовал свое широкое серебристое тело в качестве тормоза и медленно опускался, а мощные двигатели Raptor обеспечили мягкую и безопасную посадку.
Некоторые люди в NASA, вероятно, почувствовали облегчение. К удивлению космической индустрии, в апреле NASA заключило с SpaceX контракт на 2,9 миллиарда долларов на модификацию Starship, чтобы он послужил системой, которая будет доставлять астронавтов на Луну. Фаворитом на победу была не SpaceX, а тяжелая «National Team», состоящая из Blue Origin Джеффа Безоса, ветеранов авиакосмических подрядчиков Lockheed Martin, Northrop Grumman и Draper Labs. Выбор был настолько неожиданным, что, когда о нем впервые появилась информация в газете «Вашингтон пост», некоторые хорошо информированные наблюдатели отказались в это верить. Политика предполагала, что «National Team» была безоговорочным фаворитом.
Возможно, неудивительно, что проигравшие команды (в которые также входил альянс малых предприятий во главе с Dynetics) сразу же опротестовали выбор NASA, временно заморозив реализацию программы. Но, поскольку SpaceX предлагает возможности по цене в два раза дешевле, чем другие, она, вероятно, победит. NASA, несомненно, подвергнется резкой критике со стороны Конгресса за то, что «играет не по правилам». Политики считают, что NASA существует для удовлетворения их потребности в предоставлении экономических выгод своим избирателям. [1] Но правительственное космическое агентство подхватило знамя новаторского духа Америки. Это человеческая организация со всеми недостатками поддерживающей её системы. Но есть свои нюансы. И друзья, это был один из них.
Это был важный момент, конечно же, для Маска, который основал SpaceX в 2002 году, только что после продажи своей компании цифровых платежей PayPal, с амбициозной целью доставить людей на Марс.
Я знаю, я знаю, предприниматели они такие — делают это ради денег, верно? Но насчет Маска циники ошибаются. Я был среди тех, кто помог убедить его сделать Марс своим призванием. Если он хотел больше денег, он знал множество более простых способов получить их, чем начать строить ракетную компанию — общеизвестно трудное предприятие с небольшими шансами на успех. Он хотел сделать что-то бессмертное. Колонизация Марса (наряду с электромобилями и солнечной энергией) сделают это.
В апреле 2020 года НАСА предоставило предварительные контракты на проектирование трем претендентам — «National Team» под руководством Blue Origin, команде Dynetics и SpaceX. «National Team», взяв себе львиную долю в 579 миллионов долларов, предложила неудобный трехступенчатый одноразовый посадочный модуль. Это точно соответствовало неработающей концепции, которую NASA разработало в плане своей миссии. Команда Dynetics из 25 малых предприятий, взяв 253 миллиона долларов, предложила небольшой одноступенчатый спускаемый аппарат с отбрасываемыми баками, который, хотя (разумно) несколько отличается, в целом соответствует парадигме NASA.
SpaceX, забрав последние 135 миллионов долларов, выдвинула радикально иную концепцию — Starship. Это будет полностью многоразовая двухступенчатая система запуска с большой грузоподъемностью, работающая на метано-кислородных двигателях, мощностью примерно посередине между SLS и более мощной лунной ракетой Saturn V Apollo. Из-за возможности многократного использования Starship, стоимость любого из них составит менее 1%. Эти особенности сами по себе могут изменить мир, но есть еще кое-что: Starship будет спроектирован для дозаправки топливом на низкой околоземной орбите с помощью танкеров Starships, что позволит ему отправиться дальше, например, на Марс, где его двигательная установка будет заправляться топливом, легко получаемым из обильного водяного льда на Красной планете и атмосферы, содержащей углекислый газ.
Для простейшей миссии Artemis — перетаскивания груза в одну сторону с низкой околоземной орбиты на поверхность Луны — Starship отлично подходит, доставляя себя, с его большим обитаемым пространством и объемами хранения топлива, а также непревзойденными 100 тоннами груза, при условии, что он может быть заправлен восемью рейсами танкеров. Одним из недостатков является то, что для прилунения Starship необходимо, чтобы его посадочные двигатели были перемещены вверх, на верхнюю часть конструкции, чтобы его мощный выхлоп двигателей не образовал воронок на поверхности. Более серьезная проблема заключается в обеспечении топливом, необходимым для поддержки операций Starship за пределами низкой околоземной орбиты.
Для дозаправки Starship, работающего в качестве переправы между низкой лунной орбитой и поверхностью Луны, потребуется не менее 10 рейсов танкеров, или 14, если он будет вынужден использовать Gateway. Однако эти требования можно снизить за счет разработки технологий извлечения кислорода из лунного реголита. Лунные породы состоят из различных оксидов металлов, в среднем содержащие около 50 процентов кислорода по весу, а топливная смесь Starship состоит из 78 процентов кислорода. За счет извлечения лунного кислорода (и попутного производства металла) количество полетов Starship, необходимых для одной миссии, можно сократить втрое, что значительно ускорит развитие Луны.
В отличие от конкурирующих концепций, Starship не будет ограничиваться работой в качестве переправы с лунной орбиты на поверхность: он может открыть путь на Марс. Он был разработан с самого начала, чтобы сделать человеческое поселение Марса доступным, поэтому Starship отвечает гораздо более требовательным условиям по стоимости, чем что-либо, что может потребоваться для простой исследовательской программы. Даже за изрядную цену, вроде 300 миллионов долларов за астронавта, НАСА ухватится за возможность отправить своих людей на Марс для исследования. Но такая цена полета не подойдет никому, кто захочет добровольно стать колонистом Марса. Чтобы поселение на Марсе стало возможным, цена билета на Starship должна быть достаточно дешевой, чтобы ее мог себе позволить человек из среднего класса.
Такой человек мог бы получить 300 000 долларов на полет, продав свой дом, а работающий сотрудник — аналогичную сумму, заложив рабочую силу (как это было сделано в колониальной Америке). Включение такой цены на билеты потребует сокращения затрат на запуск и космическую транспортировку по крайней мере на три порядка по сравнению с теми, которые преобладают сегодня, что возможно только за счет многоразового использования космических систем: Боинг 737 стоит около 100 миллионов долларов и обычно перевозит около 100 пассажиров. Если бы они были израсходованы после одного полета, билеты стоили бы более 1 миллиона долларов. Только сделав Starship многоразовым, космические путешествия, как и авиаперелеты, станут доступными.
В феврале 2020 года я путешествовал со своей женой Хоуп в Бока-Чика, небольшой город в Техасе с большим количеством низменностей, недалеко от мексиканской границы, где SpaceX разрабатывает Starship и быстро расширяется. Маск хочет построить там город и назвать его «Звездной базой». Снаружи играл оркестр мариачи, развлекая длинные очереди людей, ожидающих приема на работу. Сотни уже работали в комплексе. Скоро их будут тысячи. Было очевидно, что Маск строил не корабль, а верфь. В ходе своей 30-летней программы шаттлов NASA построило пять космических шаттлов, в среднем по одному каждые шесть лет. Во время нашего визита Маск готовился к созданию прототипов Starship из расчета по одному экземпляру в месяц, что он на самом деле и сделал.
Вместо того, чтобы анализировать разработки годы или десятилетия до каких-либо летных испытаний, как это сделало NASA, подход Маска состоит в том, чтобы построить, запустить, разбить, исправить проблемы и попробовать еще раз. Маск стремится к повышению эксплуатационного совершенства, пока его команда не начнет делать это с завязанными глазами.
Поддержка космической программы не тремя или четырьмя летательными аппаратами, а десятками, а в конечном итоге и сотнями, является революционной. Старты Starship будут учитываться в расценках на полеты за неделю или даже за день. Средняя частота полетов «Шаттла» составляла четыре в год, что означало, что при годовой стоимости программы в 4 миллиарда долларов в год фактическая стоимость полета шаттла составила колоссальный миллиард долларов. Трансорбитальная «железная дорога» Starship, на которой будут работать 5000 человек, будет стоить примерно столько же в год. Маск намеревается отправлять минимум 200 рейсов в год, что возможно с 20 действующими Starship, каждый из которых будет совершать полеты каждые 36 дней. Это около 5 миллионов долларов за полет, что составляет 1/200 стоимости шаттла с пятикратной большей полезной нагрузкой, что в целом даст увеличение грузопотока в тысячу раз.
Трудно переоценить преимущества Starship для исследований как роботами, так и людьми. Недавнее прибытие на Марс марсохода «Настойчивость» доставило одну тонну на поверхность Красной планеты. Starship с его 100-тонной способностью может высадить батальон таких роботов. Сюда могут входить многие исследователи, похожие на «Настойчивость», и гораздо более крупные версии вертолета «Изобретательность». Марсоходы меньшего размера, оснащенные камерами с высоким разрешением, могут составлять карту местности, передавать данные на Землю и позволить миллионам гражданских ученых путешествовать по планете в виртуальной реальности и направлять машины на все интересное. Строительные роботы, возможно, по форме гуманоиды, могут построить марсианскую базу, способную преобразовывать марсианский углекислый газ и водяной лед в метан-кислородное ракетное топливо для хранения в резервуарах. С такой системой, полностью укомплектованной заранее, Starship могли бы начать возить людей на Марс.
Марсоходы прекрасны, но они не могут решить фундаментальные научные вопросы, которые Марс — когда-то очень похожий на раннюю Землю — ставит перед человечеством: уникальна ли жизнь на Земле или же она появилась и на Марсе? Если да, то использовалась ли та же информационная система ДНК-РНК или что-то еще? Является ли жизнь , как мы знаем на Земле , что жизнь уникальна или это всего лишь частный пример, взятый из огромного множества возможностей? Поиск свидетельств прошлой жизни требует охоты за окаменелостями. «Настойчивость» поможет в этом, но люди-скалолазы — способные далеко путешествовать по труднопроходимой местности, лазать, копать, работать аккуратно и интуитивно искать подсказки — могут справиться с этой задачей намного лучше. Обнаружение сохранившейся жизни для определения ее природы потребует бурения на сотни метров, чтобы добраться до подземных вод, где жизнь еще может процветать, взятия образцов, их культивирования и анализа. Это на много световых лет превышает возможности роботов-вездеходов.
Но это еще не все. Starship не просто даст нам возможность отправлять людей-исследователей на Марс, Луну и другие места во внутренней Солнечной системе, он предлагает нам на два порядка увеличение общей оперативной способности делать практически все, что мы хотим делать в космосе. Это включает в себя не только поддержку программы исследований внешней части Солнечной системы и экономичность всевозможных экспериментальных исследований на околоземной орбите, но и создание гигантских космических телескопов. Большая часть наших познаний в физике пришла из астрономии. Это потому, что Вселенная — самая большая и лучшая лаборатория из всех существующих. Нет лучшего места для астрономии, чем космос. 2,4-метровый космический телескоп Хаббл сделал необыкновенные открытия. Что мы сможем узнать, когда построим 2,4 км телескопы в глубоком космосе? Возможности буквально немыслимы.
