על סף מהפכה בחלל
באמצע המאה ה-XNUMX, האנושות הוקסמה מהחלל. שיגור הלוויין הראשון, הטיסה של גגרין, הליכת החלל, נחיתה על הירח (בואו נעשה הזמנה מיידית, המחבר מחשיב את שלילת ביקורם של האמריקאים בירח כאחת הצורות החמורות של ערפול, בדומה להכחשת HIV, חיסונים ושטויות אחרות שנוצרו על ידי תומכי "כדור הארץ השטוח". ”) - זה נראה קצת יותר - והיינו טסים לכוכבים, במיוחד מכיוון שבאמת היו קיימים פרויקטים שאפתניים של ספינות בין-כוכביות. ולגבי בסיסים על הירח, טיסות למאדים - זה היה דבר מובן מאליו.
אבל סדרי העדיפויות השתנו. הטכנולוגיות של המאה הקודמת, למרות שהן אפשרו ליישם את כל האמור לעיל, היו יקרות ביותר. התרחבות לחלל תוך שימוש בטכנולוגיות של המאה הקודמת תדרוש כיוון מחדש של כל הכלכלות של המדינות המובילות בעולם לקראת פתרון בעיה זו.
חקר אינטנסיבי של החלל החיצון דורש פתרון של שתי משימות בסיסיות: הראשונה היא להבטיח את האפשרות לשגר מטען מסיבי למסלול, השנייה היא להפחית את עלות השיגור למסלול לכל קילוגרם מטען (PN).
אם האנושות התמודדה עם המשימה הראשונה בצורה טובה יחסית, אז עם השנייה - הכל התברר כהרבה יותר קשה.
דרך ארוכה לחלל (ויקר מאוד)
מההתחלה, רכבי השיגור (LV) היו חד פעמיים. הטכנולוגיות של המאה ה-XNUMX לא אפשרו יצירת רכב שיגור רב פעמי. זה נראה מדהים כאשר מאות מיליוני או מיליארדי רובלים/דולרים נשרפו באטמוספירה או מתרסקים על פני השטח.
תארו לעצמכם שספינות נבנו רק ליציאה אחת לים, ואחריה הן ישרפו מיד. האם במקרה זה יגיע עידן הגילויים הגיאוגרפיים הגדולים? האם יבשת צפון אמריקה הייתה מושבתת?
בְּקוֹשִׁי. סביר להניח שהאנושות הייתה חיה כמרכזים מבודדים של ציוויליזציה.
האפשרות לשגר מטענים גדולים וסופר-כבדים למסלול התייחסות נמוך (LEO) יושמה בכלי השיגור הסופר-כבד האמריקאי Saturn-5. רקטה זו, המסוגלת לשאת 141 טון של PN ל-LEO, היא שאפשרה לארצות הברית להפוך למובילה במירוץ לחלל באותה תקופה, והעבירה אסטרונאוטים אמריקאים לירח.

ברית המועצות הפסידה במירוץ לירח משום שלא הצליחה ליצור רכב שיגור סופר-כבד הדומה לשבתאי החמישי.
וברית המועצות לא יכלה ליצור רכב שיגור כבד במיוחד בגלל היעדר מנועים רקטיים חזקים. בשל כך, 1 מנועי NK-30 הותקנו בבת אחת על השלב הראשון של רכב השיגור הסובייטי הסופר-כבד בן חמשת השלבים N-33. לאור היעדר אפשרות לאבחון ממוחשב וסנכרון פעולת המנוע באותה תקופה, וכן בעובדה שבשל חוסר זמן ומימון, לא בוצעו בדיקות דינמיות קרקעיות וספסל ירי של כל כלי השיגור או מכלול השלב הראשון. בוצעו, כל שיגורי הניסוי של כלי השיגור N-1 הסתיימו ללא הצלחה בשלב השלב הראשון.
ניסיון להפחית באופן קיצוני את עלות שיגור PNs למסלול היה תוכנית מעבורת החלל האמריקאית (Space Shuttle - מעבורת חלל).
במעבורת החלל התובלה הניתנת לשימוש חוזר (MTKK), שניים משלושת הרכיבים הוחזרו - מאיצי דלק מוצק על מצנח שהתיז לתוך האוקיינוס ולאחר בדיקה ותדלוק ניתן לעשות בהם שימוש חוזר, ומעבורת החלל נחתה על המסלול. לפי תוכנית המטוסים. רק מיכל המימן והחמצן הנוזלי נשרף באטמוספירה, שהדלק ממנו שימש את מנועי המעבורות.
לא ניתן לייחס את מערכת מעבורת החלל לרכבי שיגור סופר-כבדים - המשקל המרבי של המטען שהכניסה למסלול ייחוס נמוך (LEO) היה פחות מ-30 טון, אשר ניתן להשוות למטען של כלי השיגור הרוסי פרוטון.
ברית המועצות הגיבה בתוכנית אנרג'יה-בוראן.
למרות הדמיון החיצוני של מעבורת החלל ומערכת אנרג'יה-בורן, היו ביניהם הבדלים מרכזיים. אם במעבורת החלל השיגור למסלול בוצע על ידי שני מאיצי דלק מוצק הניתנים לשימוש חוזר והחללית עצמה, הרי שבפרויקט הסובייטי בוראן היה העומס הפסיבי של רכב השיגור אנרג'יה. ניתן לסווג, בצדק, את רכב השיגור של אנרג'יה כ"סופר-כבד" - הוא הצליח להכניס 100 טון למסלול ייחוס נמוך, רק 40 טון פחות מ-Saturn-5.

על בסיס רכב השיגור אנרג'יה, תוכנן ליצור את רכב השיגור וולקן עם מספר בלוקים צדדיים שהוגדל ל-8 חלקים, המסוגל לספק 175–200 טון מטען ל-LEO, שיאפשר טיסות לירח ולמאדים .
עם זאת, הפיתוח המעניין ביותר יכול להיקרא פרויקט "אנרגיה II" - "הוריקן", שבו כל האלמנטים היו אמורים להיות ניתנים לשימוש חוזר, כולל מטוס החלל המסלולי, הבלוק המרכזי של השלב השני והבלוקים הצדדיים של השלב הראשון . קריסת ברית המועצות לא אפשרה, ללא ספק, פרויקט מעניין זה להתממש.
עם כל האפי שלהן, שתי התוכניות הוקצצו: האחת - בגלל התמוטטות ברית המועצות, והשנייה - בגלל שיעור התאונות הגבוה של ה"שאטלים" שהרגו תריסר וחצי אסטרונאוטים אמריקאים. בנוסף, תוכנית מעבורת החלל לא עמדה בציפיות מבחינת הפחתה קיצונית בעלות שיגור מטען למסלול.
לאחר השלמת תוכנית אנרג'יה-בורן, לאנושות לא נותרו רכבי שיגור סופר-כבדים. רוסיה לא עמדה בזה, וארצות הברית איבדה משמעותית את שאיפות החלל שלה. כדי לפתור את הבעיות הדוחקות הנוכחיות, רכבי השיגור הזמינים לשתי המדינות הספיקו למדי (למעט היעדר הזמני של יכולתה של ארצות הברית לשגר באופן עצמאי אסטרונאוטים למסלול).
סוכנות התעופה האמריקאית נאס"א ביצעה בהדרגה תכנון של רכב שיגור סופר-כבד לפתרון משימות שאפתניות: כמו טיסה למאדים או בניית בסיס על הירח. במסגרת תוכנית Constellation פותח רכב השיגור הסופר-כבד Ares-5 (Ares V). ההנחה הייתה ש-Ares-5 יוכל לשגר 188 טון מטען ל-LEO, ולהעביר 71 טון מטען לירח.

בשנת 2010 נסגרה תוכנית קונסטלציה. פיתוחים על Ares-5 שימשו בתוכנית החדשה ליצירת רכב שיגור סופר-כבד - SLS (Space Launch System - מערכת שיגור חלל). רכב השיגור הסופר-כבד SLS בגרסה הבסיסית אמור לשאת 95 טון מטען ל-LEO, ובגרסה עם מטען מוגבר - עד 130 טון מטען. העיצוב של רכב השיגור SLS משתמש במנועים ובמאיצי הנעה מוצקים שנוצרו כחלק מתוכנית מעבורת החלל.

למעשה, זה יהיה מעין גלגול נשמות מודרני של שבתאי-5, הדומה לו הן מבחינת המאפיינים והן מבחינת העלות. למרות העובדה שתוכנית ה-SLS, ככל הנראה, עדיין תופסק, היא לא תחולל מהפכה לא באסטרונאוטיקה האמריקאית ולא בעולם.
זה ללא ספק פרויקט ללא מוצא.
אותו גורל מחכה לפרויקט הרוסי של רכב השיגור הסופר-כבד יניסאי/דון, אם הוא נבנה על בסיס פתרונות "מסורתיים" המשמשים בטכנולוגיית החלל.
באופן כללי, עד לנקודה מסוימת, המצב בארצות הברית וברוסיה היה דומה יחסית: לא מנאס"א ולא מרוסקוסמוס, בקושי היינו רואים פתרונות פורצי דרך במונחים של שיגור מטען למסלול. ולא נראה שום דבר חדש במדינות אחרות. תעשיית החלל הפכה מאוד שמרנית.
הכל השתנה על ידי חברות פרטיות, וזה די טבעי שזה קרה בארצות הברית, שם נוצרו התנאים הנוחים ביותר לעסקים.
מרחב אישי
כמובן, קודם כל אנחנו מדברים על חברת SpaceX של אילון מאסק. ברגע שלא קראו לו - נוכל, "מנהל מצליח", "מסכת אוסטאפ פטריקוביץ'" ועוד ועוד. המחבר קרא על אחד המשאבים מאמר מדעי על מדוע רכב השיגור Falcon-9 לא יטוס: הגוף שלו לא זהה, הוא דק מדי והמנועים לא זהים, באופן כללי, יש מיליון סיבות למה "לא". הערכות כאלה, אגב, באו לידי ביטוי לא רק על ידי אנליסטים עצמאיים, אלא גם על ידי פקידים, ראשי מבנים ומפעלים של המדינה הרוסית.
מאסק הואשם בכך שלא פיתח שום דבר בעצמו (והוא נאלץ לעשות את כל תיעוד התכנון בעצמו, ואז להרכיב את רכב השיגור בעצמו?), וש-SpaceX קיבלה הרבה מידע וחומרים על פרויקטים אחרים מנאס"א (ו-SpaceX) היה צריך לעשות הכל מאפס, כאילו תוכניות חלל לא היו קיימות בארצות הברית לפניה?).
כך או אחרת, רכב השיגור פלקון-9 התקיים, הוא טס לחלל בקביעות מעוררת קנאה, השלבים הראשונים בילה נוחתים באותה סדירות, אחד מהם כבר טס 10 (!) פעמים. Roskosmos איבד חלק גדול משוק שיגור המטען, ולאחר יצירת ה-Crew Dragon (Dragon V2) החללית המאוישת לשימוש חוזר על ידי SpaceX, השוק להעברת קוסמונאוטים אמריקאים למסלול.
אבל ל-SpaceX יש גם רקטה כבדה של Falcon Heavy, המסוגלת לשאת למעלה מ-63 טון ל-LEO. נכון לעכשיו, זהו רכב השיגור הכבד והמרים ביותר שקיים בעולם. גם השלב הראשון והבוסטרים הצדדיים שלו ניתנים לשימוש חוזר.
חברת Blue Origin של מיליארדר אמריקאי אחר ג'ף בזוס נושמת בעורפה של SpaceX. כמובן, אמנם ההצלחות שלה הרבה יותר צנועות, אבל עדיין יש הישגים. ראשית, מדובר ביצירת מנוע מתאן-חמצן חדש BE-4, שישמש את שיגור ניו גלן ובשיגור וולקן (שאמור להחליף את שיגור אטלס-5). בהתחשב בכך ש-Atlas-5 טס כעת על מנועי RD-180 רוסיים, לאחר הופעת ה-BE-4, Roscosmos תאבד שוק מכירות נוסף.
בארה"ב ובמדינות נוספות קיימות מאות סטארט-אפים ליצירת רכבי שיגור וסוגי מטוסים נוספים לשיגור מטענים למסלול, סטארט-אפים ליצירת לוויינים וחלליות למטרות שונות, טכנולוגיות תעשייתיות לחלל, תיירות מסלולית, וכן הלאה וכן הלאה.
למה כל זה יוביל?
לעובדה ששוק החלל יתרחב במהירות, והתחרות בשוק שיגור מטענים למסלול תביא להוזלה משמעותית בעלות שיגורו מהחישוב לקילוגרם.
עלות השיגור של 1 ק"ג מטען ל-LEO עם מערכת מעבורת החלל או רקטת Delta-4 היא כ-20 דולר. משגרי פרוטון רוסיים יכולים לספק מטען ל-LEO בפחות מ-000 דולר לק"ג, אך רקטות אלו פועלות על דימתיל-הידרזין א-סימטרי רעיל ביותר, וכעת אינן ייצורן. זול, שפותח בברית המועצות, "זניט" רוסי-אוקראיני הם גם נחלת העבר.
כלי השיגור Falcon-9, בשימוש עם שלב ראשון חוזר, יכול לשגר מטען למסלול ייחוס נמוך בעלות של פחות מ-2 דולר לק"ג. לדברי אילון מאסק, ה-Falcon-000 עשוי להפחית את עלות השקת מטען ל-9-500 דולר לק"ג.
אפשר לשאול, מדוע כל כך הרבה יותר יקר עבור לקוחות להפיק מטענים כעת?
ראשית, העלות נקבעת לא רק לפי עלות ההשקה, אלא גם לפי תנאי השוק - מחירי המתחרים. איזה קפיטליסט יסרב לרווח נוסף? זה מועיל להיות מעט נמוך יותר מהמתחרים, לכבוש את השוק בהדרגה, במקום לזרוק, לא להרוויח כלום, במיוחד שבתעשייה קריטית ספציפית כמו שוק שיגור החלל, מבני שליטה בכל מקרה יתמכו במספר ספקים, גם אם מחיר אחד יהיה גבוה פי כמה מהמתחרה.
ניתן להניח שרק הופעת המתחרים מול Blue Origin עם רכב השיגור New Glenn שלה או חברות ומדינות אחרות שייצרו אמצעים לשיגור מטענים בעלות שיגור נמוכה תדחוף את מחירי SpaceX למטה.
עם זאת, רוב הסטארטאפים והפרויקטים המבטיחים מתייחסים לשיגור למסלול של מטען במשקל של מאות, מקסימום אלף קילוגרמים. זה לא יחולל מהפכה בחלל - בניית משהו גדול ידרוש כלי שיגור כבדים וסופר-כבדים לשימוש חוזר בעלות נמוכה כדי להכניס מטען למסלול. והנה, כפי שראינו לעיל, הכל עצוב.
הכל מלבד פרויקט הדגל של SpaceX, חללית Starship הניתנת לשימוש חוזר במלואו, הכוללת גם שלב ראשון Super Heavy שניתן לשימוש חוזר לחלוטין.
לשימוש חוזר סופר כבד
ההבדל בין Starship (להלן Starship כשילוב של Starship + Super Heavy) מכל רכבי השיגור האחרים הוא ששני השלבים ניתנים לשימוש חוזר. יחד עם זאת, כושר הנשיאה של Starship למסלול ייחוס נמוך צריך להיות 100 טון, כלומר, זוהי רקטה סופר-כבדה מלאה. עבור Starship, SpaceX פיתחה מנועי רפטור מתאן-חמצן ייחודיים חדשים, מחזור סגור, עם גיזוז מלא של רכיבים.

SpaceX מתכננת להחליף את כל רכבי השיגור שלה, כולל ה-Falcon-9 הסופר-מוצלח, במאיץ Starship. בדרך כלל שיגור רקטה סופר-כבדה הוא יקר ביותר - כמיליארד דולר. כדי לשמור על עלות השיגור נמוכה, SpaceX מתכננת להשתמש בשני השלבים מספר פעמים - 100 שיגורים, ואולי יותר. במקרה זה, העלות תקטן בכמעט שני סדרי גודל - עד עשרה מיליון דולר לכל שיגור. בהתחשב בעומס המרבי של 100 טון, נקבל את עלות השקת המטען ל-LEO ברמה של כ-100 (!) דולר לק"ג.
כמובן ששלבי ההחזרה ידרשו תחזוקה, החלפת מנוע לאחר 50 שיגורים, תדלוק, שירותי קרקע יצטרכו לשלם, אך ככל הנראה הספינה עצמה תעלה פחות ממיליארד דולר, וטכנולוגיות הייצור והתחזוקה שלה ישתפרו ללא הרף. ניסיון נרכש על ידי SpaceX.
למעשה, אילון מאסק טוען ש-Starship יכולה להשיג עלות שיגור מטען של כ-10 דולר לכל קילוגרם עם עלות שיגור כוללת של 1 מיליון דולר, ועלות משלוח המטען לירח תהיה כ-1,5-20 דולר לכל קילוגרם. אבל בשביל זה יש צורך להבטיח את ההשקה השבועית של Starship.
איפה משיגים נפחים כאלה?
אפילו לצבא פשוט אין עדיין כמות כזו של מטענים, שלא לדבר על מרחב אזרחי - התפתחות השוק תיקח עשרות שנים.
התיישבות מאדים?
בקושי אפשר לדבר על זה ברצינות.
התיישבות ירח?
כבר קרוב יותר, ספינת הכוכבים עשויה בהחלט "להטביע" את ה-SLS ולשלוח אמריקאים לירח בפעם השנייה. אבל מדובר בעשרות השקות, לא מאות או אלפים.
עם זאת, ל-SpaceX יש תוכנית עסקית שהיא הרבה יותר מציאותית מאשר שליחת קולוניסטים למאדים היא השימוש ב-Starship להובלה בין-יבשתית של נוסעים. כאשר טסים מניו יורק לטוקיו דרך מסלול כדור הארץ, זמן הטיסה יהיה כ-90 דקות. במקביל, SpaceX מתכננת להבטיח את אמינות התפעול ברמת מטוסי נוסעים מודרניים גדולים, ואת עלות הטיסה - ברמת עלות טיסה חוצת יבשות במחלקת עסקים.
באותו אופן, ניתן לספק סחורה. לדוגמה, צבא ארה"ב כבר החל להתעניין באפשרות זו. עבור טיסה אחת, מתוכנן לספק 80 טון מטען, אשר ניתן להשוות ליכולות של מטוס התובלה C-17 Globemaster III.
ביחד: הובלת נוסעים ומטענים, משלוח אסטרונאוטים אמריקאים לירח, ואולי לאובייקטים רחוקים יותר של מערכת השמש, שיגור חלליות מסחריות, תיירות חלל, וכן הלאה וכן הלאה - SpaceX עשויה בהחלט לספק הוזלה בעלות השקת מטען, אם כי לרמה של 100 דולר לק"ג.
במקרה זה, Starship תפתח עידן חדש בחקר החלל ומעבר לו.
סיכויים והשלכות
כרגע, סטארשיפ נתפסת בחשדנות מסוימת. נראה שהכל יפה על הנייר, והחוויה של SpaceX מדברת בעד עצמה, אבל איכשהו הכל ורוד מדי?
לפעמים יש תחושה שהיכולות הפוטנציאליות של המערכת הזו פשוט לא מתאימות לראש הנהגת הכוחות המזוינים של ארה"ב, הנהגת נאס"א, הבעלים והמנהלים של מפעלים בתעשיות שונות. במשך זמן רב מדי, הכנסת אפילו מטען קטן לחלל פירושה עלויות של מיליוני דולרים.
השאלה היא מה יקרה כאשר 100 דולר לקילו יהפכו למציאות?
כשאנשים יודעים קרוא וכתוב במשרד ההגנה האמריקני מבינים שזריקת טנק מותנה למסלול הוא מהיר וזול יותר מאשר הובלתו במטוסי תובלה צבאיים תְעוּפָה מיבשת אמריקה ועד אירופה, לאילו מסקנות הם יגיעו?
לא, לא נראה את אברמס על הירח, אבל הטנק הוא לא מטרה, זה רק דרך להעביר טיל לאויב. מה אם היה קל יותר להעביר את הקליע הזה ישירות מהמסלול? באיזו מהירות תפרוש ארצות הברית מהאמנה על החלל החיצון השקט אם תקבל בה יתרון אסטרטגי (בחלל)? באיזו מהירות יתחיל הצבא האמריקני להגר למסלול?
יתרה מכך, אפילו היכולות הקיימות של Falcon-9 ו-Falcon Heavy מטען למסלול, בשילוב עם טכנולוגיות לווייניות לבנייה המונית, יספיקו כדי להציף את LEO בלווייני מודיעין, פיקוד ותקשורת, מה שיוביל לכך שארה"ב תנטר את פני השטח של כוכב הלכת 24/365. תשכחו מכוחות שטח גדולים, קבוצות צבאיות, מערכות ניידות של טילי קרקע - כל זה יהיה רק מטרות עבורם נשק טווח ארוך עם תיקון נתיב טיסה.
ההצלחה של Starship תאפשר להוסיף לסט זה דרג חלל שביתה, כאשר המטרה תיפגע מהחלל תוך כמה עשרות דקות לאחר קבלת הבקשה. אף מנהיג פוליטי בעולם לא יכול להרגיש בטוח בידיעה שמטר טונגסטן בלתי נמנע עלול ליפול מהחלל בכל שנייה.
במחיר של 100 דולר לקילוגרם, כולם וכולם יטפסו לחלל - חברות תרופות, מטלורגיות, כרייה. בהמשך נדבר יותר על כלכלת החלל. עם אפשרות של שיגור זול ויציאה מהמסלול של מטען, החלל יהפוך לקלונדייק החדש. מה אפשר לומר על 10 דולר לקילוגרם...
סביר להניח שכרגע, לנגד עינינו, מתרחש אירוע היסטורי שעשוי להפוך לנקודת מפנה בהתפתחות האנושות.
האם התהליך הזה יכול להפסיק?
אולי ההיסטוריה בלתי צפויה. תאוות בצע אנושית, טיפשות או סתם תאונה - שרשרת של כישלונות שיכולה לקבור כל, המפעל המוצלח ביותר. מספיקות כמה תאונות ספינת כוכבים גדולות עם מותם של מאות אנשים, ותהליך חקר החלל יכול שוב להאט מאוד, כפי שזה קרה כבר במאה ה-XNUMX.
במקרה של השגת יתרון חד צדדי בחלל, ארצות הברית תתחיל לנקוט במדיניות הרבה יותר אגרסיבית ממה שהיא כעת. בהיעדר היכולת להבטיח שוויון במרחב, אנו עלולים בהחלט להחליק לרמה של צפון קוריאה, לשבת על "מזוודה גרעינית" ולאיים לערער את עצמנו, שכנינו וכל השאר אם יקרה משהו (מה שכנראה, אפילו מרשים חלק מסיבות מוזרות).
בהקשר זה יש להקדיש תשומת לב מוגברת לתעשיית החלל, שמצבה כרגע אינו גורם לאופטימיות כלשהי.
קחו, למשל, את פרויקט רכב השיגור הסופר-כבד של Yenisei / Don - רק תראו את כל ההצהרות הסותרות זו את זו של מנהיגים ומחלקות שונות על הפרויקט הזה, ומתברר שאף אחד, באופן עקרוני, לא יודע למה הוא נוצר , וגם לא איך זה אמור להיות בסופו של דבר. אם זו עוד אנגרה, אז אפשר לסגור את הפרויקט כבר עכשיו - זה לא הגיוני להוציא על זה כסף של אנשים.
יחד עם זאת, סין לא יושבת בחיבוק ידיים.
בנוסף לפיתוח רכבי שיגור מסורתיים, הם לומדים ומאמצים באופן פעיל ניסיון אמריקאי, לא מתביישים בהעתקה ישירה. בענייני ביטחון לאומי, כל האמצעים טובים.
ביום החלל הלאומי, המכון לחקר הרקטות של סין חשף פרויקט למערכת רקטות תת-מסלולית שתיקח נוסעים מנקודה אחת על הפלנטה לאחרת תוך פחות משעה.
אנו יכולים לומר שעד כה אלו רק ציורים, אך סין הוכיחה שוב ושוב את יכולתה להדביק את הפערים בתחומי המדע והתעשייה השונים.
הגיע הזמן גם שרוסיה תניח בצד את הבלבול וההתלבטות בתעשיית החלל, תגבש יעדים בצורה ברורה ותבטיח את יישומם בכל אמצעי.
אם סין ורוסיה יוכלו להתחרות עם ארצות הברית בחלל ברמה טכנולוגית חדשה, אז מסלולים נמוכים יהיו רק ההתחלה, והאנושות באמת תיכנס לעידן חדש שקיים עד כה רק בדפי רומני המדע הבדיוני.
מידע