Previous Entry Share Next Entry
«Сокол» в полете
Инфра
lerm_ru
Успешный запуск Falcon-а был замечен новостными агентствами – впрочем, в основном, всё ограничилось перепечаткой сообщения с официального сайта. Что интересно, официальный пресс-релиз был составлен достаточно хитро: в нем аккуратно обходились некоторые интересные вопросы – во многих переводах эти тонкие детали пропали. Например, сообщение на Lenta.ru было озаглавлено: «Первую коммерческую ракету удалось запустить с четвертого раза». Заголовок на Membrana был еще более ярким: «Впервые в истории частная ракета вышла на околоземную орбиту» (хотя, надо отметить что сам текст более аккуратен). Давайте попробуем разобраться – что же произошло на самом деле и насколько это может быть важно для дальнейшего развития космической индустрии. Для начала посмотрим на предысторию этого события.
Falcon-1


Итак, в прошедшее воскресенье четвертая попытка пуска ракеты-носителя Falcon-1 американской компании SpaceX оказалась успешной – вторая ступень ракеты с неотделяемым габаритно-весовым макетом массой 165 килограмм вышла на околоземную орбиту. Пуск был осуществлен с расположенного недалеко от экватора в Тихом океане острова Омелек. Falcon-1 – это двухступенчатая ракета, классической тандемной компоновки (т.е. блоки ступеней расположены один над другим). На первой ступени стоит жидкостный двигатель Merlin 1C тягой около 60 тонн (у поверхности), а на второй – еще один жидкостный двигатель под названием Kestrel, тягой в три с половинной тонны. Оба двигателя работают на топливе керосин-кислород и являются внутренними разработками самой SpaceX. Kestrel допускает повторные включения, что дает гибкость при планировании миссий на различные типы орбит. Стартовая масса ракеты – около 47 тонн. Несколько необычной особенностью является заявленная многоразовость использования блока первой ступени – по задумке разработчиков он должна опускаться на парашюте в океан и после проверки использоваться для дальнейших пусков. Заявленная коммерческая стоимость запуска спутника с помощью Falcon-1 – порядка 8 миллионов долларов (на данный момент).

Falcon-1 в Вашингтоне

Компания SpaceX была основана в 2002-м году Элоном Маском – молодым миллионером, сделавшим свое состояние на продаже созданной им раньше популярной платежной системы PayPal. Основой стратегии Маска была идея, что небольшая компания, не обремененная огромными накладными расходами больших корпораций, обладающая эффективным управлением и использующая последние достижения американской индустрии, может создать ракеты-носители превосходящие по экономической эффективности существовавшие до этого решения. Первоочередной целью компании было создание дешевого носителя легкого класса Falcon-1, на основе технологий которого в дальнейшем можно было создать более мощные системы. Сочетание дерзкого замысла и значительных окладов позволило переманить на работу в SpaceX опытных специалистов из «классических» аэрокосмических фирм, а идея значительного уменьшения стоимости вывода грузов на орбиту встретило горячее одобрение американского агентства по перспективным военным разработкам, которое выкупило два первых пуска. В целях привлечения потенциальных клиентов, SpaceX развернуло довольно агрессивную рекламную кампанию, построенную в немалой степени на противопоставлении своей «прогрессивной» стратегии «классическому» подходу крупных корпораций, что вызвало довольно неоднозначную реакцию в среде специалистов космической индустрии.

Элон Маск

Первый пуск «Сокола» состоялся весной 2006 года – ракета ушла со стартового устройства, но меньше через минуту упала на расположенный неподалеку риф. Полезной нагрузкой в этом пуске был небольшой экспериментальный военный спутник, который уцелел при аварии. Причиной сбоя оказалось коррозионное растрескивание гайки из алюминиевого сплава, которое привело к утечке топлива и возгоранию двигательной установки.

Горящий двигатель

Следующая попытка была сделана через год – в тот раз ракете не хватило самой малости чтобы достигнуть орбиты: система управления не справилась с колебаниями жидкости в баках второй ступени, которые в итоге так раскачали ступень, что топливо просто перестало поступать в двигатель и он заглох. Причиной же таких сильных колебаний было не совсем чистое разделение ступеней (переходник стукнул по соплу Kestrel-а), которое в свою очередь было вызвано проблемой с системой управления двигателя первой ступени, из-за чего разделение произошло на меньшей чем планировалось высоте и при более заметном влиянии атмосферы. Как обычно – цепочка технических проблем, каждой из которых, вероятно, было бы недостаточно, чтобы сорвать полет, но вместе они привели к провалу миссии. Тем не менее, в этом полете удалось проверить все основные системы ракеты (включая отделение имитатора полезной нагрузки), что давало надежду на то, что следующая попытка может быть успешной.

Merlin-1C

Пауза до следующего пуска снова затянулась больше чем на год. На этот раз причиной было то, что Маск решил заменить двигатель блока первой ступени на его более мощную модификацию, которая была предназначена для следующей ракеты SpaceX – Falcon 9. Это позволяло с одной стороны решить проблему с недостаточной эффективностью предыдущего варианта двигателя, а с другой стороны – проверить новый двигатель в реальном полете перед установкой его на более крупную (и дорогую) «девятку». Итак, следующий пуск состоялся 3 августа 2008 года. В качестве основной полезной нагрузки Falcon должен был вывести на орбиту три микроспутника для NASA и министерства обороны. Увы, на этот раз полет прервался даже раньше чем в предыдущий раз – проблемы возникли с тем самым новым двигателем, который первый раз испытывался в реальном полете. Ошибка заключалась в неверном определении остаточной тяги двигатели в первые секунды после его отключения – в результате механизму разделения ступеней не хватило силы на то, чтобы надежно оттолкнуть отработавший блок первой ступени (с продолжавшим создавать минимальную тягу двигателем). В итоге, блоки столкнулись, а включившийся в этот момент двигатель Kestrel был разрушен. Неудача была тем более обидной, что, как показали расчеты, проблем можно было бы избежать, если бы ступени разделялись всего на несколько секунд позже.

Разрушение Kestrel-а при включении

Три последовательных неудачи SpaceX вызвали немало саркастических замечаний со стороны ракетных специалистов, помнивших энергичную рекламную компанию. Причины всех трех неудач были, в определенном смысле, анекдотичны – Маск умудрился пройти по граблям, на которые еще 40 лет назад наступали разработчики первых космических носителей и которые были описаны во всех учебниках по проектированию ракет. Разумеется, разработчики Falcon-а знали о таких проблемах, но ограниченность наземной подготовки и желание использовать выглядящие наиболее эффективными способы привели к обидным неудачам. Вдобавок, пусковые кампании проходили нервно, с большим количеством мелких сбоев и постоянными отсрочками старта. В таких условиях компании позарез был нужен успешный пуск, чтобы вернуть доверие заказчиков – причем как можно скорее. Ситуация облегчалась тем, что по результатам третьего пуска требовалось только скорректировать программу системы управления, а сама ракета для следующей попытки была уже изготовлена. Чтобы максимально ускорить подготовку, Маск отказался от размещения коммерческой нагрузки на четвертом Falcon-e – вместо этого был быстро изготовлен макет, который для упрощения решили даже не отделять от верхней ступени – главным было добраться до орбиты. Натренировавшаяся на предыдущих пусках команда смогла провести почти безупречную по сравнению с предыдущими попытками пусковую кампанию, а ракета наконец-то оправдала ожидания своих создателей.

Falcon на орбите

Теперь посмотрим на то, чего же реально удалось достигнуть Элона Маску и его команде. В публикациях (как самой SpaceX, так и в перепечатках) обычно упор делается на три вещи:
- это первая ракета-носитель разработанная на частные деньги,
- это самый дешевый из доступных на рынке носителей,
- успех Falcon-а обеспечен благодаря современным и перспективным технологиям SpaceX.

Начнем с первого пункта. Посмотрим внимательно на фразу в описании произошедшего события на сайте SpaceX (выделение мое):
With this key milestone, Falcon 1 becomes the first privately developed liquid fuel rocket to orbit the Earth.
То есть, в несколько вольном переводе: «Falcon 1 стал первым носителем на жидком топливе разработанным частной компанией и вышедшим на орбиту вокруг Земли». Почему используется такая необычная формулировка? Прежде всего, SpaceX не является первой частной фирмой, которая разработала ракету-носитель – в конце концов, и Boeing, и Lockheed Martin, и другие американские компании, которые разрабатывали космическую технику, являются частными компаниями. Более точно было бы говорить о частной компании, которая выполнила эту работу на собственные средства, а не на государственные деньги. Однако SpaceX, опять-таки, не является и первой такой организацией – в 1990-м году американская компания Orbital Sciences (OSC) произвела первый успешный пуск ракеты Pegasus, способной выводить на орбиту до 440 килограммов полезного груза (т.е. примерно столько же, сколько и сейчас планируется для «Сокола»-а). Эта ракета была разработана на собственные средства OSC, хотя, как и в случае с Falcon-ом, одним из первых клиентов стало министерство обороны США. Pegasus – это твердотопливная ракета запускаемая с борта самолета-носителя. Её улучшенный вариант Pegasus XL продолжает летать до сих пор, успешно выполняя свою работу. Именно поэтому, SpaceX потребовалась оговорка о жидком топливе, а в одной из пресс-конференций использовался другой изящный оборот – «первая частная ракета, запускаемая с поверхности». В любом случае, Falcon-1 – это явно не первая частная ракета, способная выводить полезную нагрузку на орбиту, что, впрочем, не умаляет достижений компании. По ряду причин, разработка ракеты с двигателем на жидком топливе является несколько более сложным делом, чем аналогичный твердотопливный вариант – но при этом и более перспективным.

Pegasus
Фото с сайта Orbital Sciences Corporation

Следующий момент – стоимость выведения. Итак, Falcon-1 способен вывести на низкую орбиту груз массой 450 килограмм, при цене пуска около 8 миллионов долларов. Это действительно немного по космическим меркам – для сравнения, запуск спутника на упомянутом выше Pegasus стоит в два раза дороже (при практическом равной массе полезного груза). Фактически, действительно можно сказать, что указанная цена за пуск является минимальной на мировом пусковом рынке. Здесь надо, однако, отметить следующий момент: в этом сегменте рынка присутствуют значительно более эффективные носители, построенные, в том числе, на базе советских МБР – такие как «Днепр» и «Рокот». Цена запуска на них выше примерно в 1.5-2.5 раза, но при этом выше и грузоподъемность – в 3-7 раз. Это позволяет производить кластерные запуски, при которых на орбиту выводится сразу несколько космических аппаратов, с соответствующим снижением стоимости для каждого заказчика. С ростом грузоподъемности носителя выигрыш в стоимости еще больше увеличивается – с точки зрения стоимости выведения за килограмм полезного груза Falcon сильно отстает даже от большинства других американских ракет, не говоря уже о российских или китайских носителях. Впрочем, на рынке существует устойчивый спрос на ракеты класса Falcon-1, да и не каждый аппарат подходит для кластерного запуска, так что своего клиента SpaceX безусловно найдет. Дополнительным фактором для заказчиков может являться американская прописка компании – не секрет, что запуск на российских и, особенно, китайских носителях связан с некоторыми административными и технологическими сложностями.
С другой стороны, учитывая сколько времени заняла разработка и доводка Falcon-1, такая низкая коммерческая цена пуска вызывает сомнения в окупаемости проекта – вероятным является предположение, что этот носитель нужен SpaceX исключительно как рекламный образец для проникновения на рынок, а также как испытательный стенд для последующих изделий. Маск не скрывает, что основную ставку компания делает на разрабатываемый сейчас Falcon-9 – носитель среднего класса, способный выводить на орбиту 12-ти тонные аппараты. Впрочем, стоимость этого носителя тоже выглядит пока неправдоподобно низкой – что же, подождем как изменятся цены после того, как он начнет летать.

Falcon 9

Любые разговоры о стоимости будут иметь смысл только в том случае, если ракета будет летать устойчиво: все-таки на данный момент счет по пускам всего лишь 1:3 – явно не пользу успешных выведений. Так насколько оправданно третье утверждение об эффективности применяемых SpaceX технологий, и какова вероятность, что следующий пуск окажется успешным? За счет чего Маск выставляет такие низкие цены?
Есть как минимум три фактора, которыми пользуется SpaceX: во-первых, это опытные специалистами перешедшие в компанию из других предприятий ракетно-космической отрасли. Люди, которые сейчас разрабатывают и строят Falcon, ранее работали над «Дельтой», «Атласом» и другими «классическими» носителями. Это же относится и к двигателям и другим системам. Таким образом, Элон пользуется преимуществами компании среднего размера (такими как возможность более высокого поощрения сотрудников, своеобразная культура таких организаций и возможность быстрого карьерного роста параллельно с расширением компании) получает доступ как к накопленным до этого теоретическим разработкам индустрии, так и к реальному опыту сложившихся специалистов. Вторым фактором, является само наличие мощной американской аэрокосмической, машиностроительной и электронной индустрии. Развитый рынок готовых компонентов и средств производства поставляет высокоточные автоматизированные станки и материалы, позволяющие даже относительно небольшой компании изготавливать такие сложные изделия как ракетные двигатели и системы управления. Учитывая два этих фактора, можно сказать, что пока SpaceX в определенном смысле «паразитирует» на уже существующей и развитой космической отрасли США. Впрочем, вполне возможно, что в случае успеха SpaceX сама станет своеобразным локомотивом для этой промышленности и по стопам Элона Маска пойдут и другие предприниматели – почему, собственно, компания и пользуется поддержкой правительства.

Испытания системы сброса обтекателя

Третий компонент стратегии SpaceX – это подход к отработке своих изделий. Это было их изюминкой, это же стало и причиной первоначальных неудач. В английском языке не случайно существует выражение «Rocket science», означающее в переносном смысле безумно сложные вещи. При всей кажущейся простоте, создание ракетной техники сопряжено с множеством проблем – инженерам приходится работать одновременно с исключительно мощной и при этом очень чувствительной техникой. Любая мелочь, любой недосмотр могут привести к провалу дорогостоящей миссии. Создание современных ракет стало возможным только после привлечения к работам больших научных и промышленных коллективов. Одним из условий успешного создания космической системы является очень тщательная и дорогая наземная отработка как отдельных компонент, так и всего изделия в целом. Индустрия шла к этому тяжело – в 50-х и 60-х годах аварии на стартах были обыденностью. Потребовалось долгое накопление теоретических знаний и организационного опыта, чтобы придти к современным методам разработки сложной космической техники. Разумеется, небольшая компания вроде SpaceX, занимающаяся разработкой на собственные деньги, просто физически не может себе позволить проводить такую тщательную отработку – в результате ставка Маска была сделана на активное использование исключительно математического моделирования и теоретических расчетов для многих компонент ракеты. Итогом стало то, что ракета фактически отрабатывалась так же, как это делалось 40 лет назад – в ходе летных испытаний, при которых каждый полет приносил бесценную информацию о поведении носителя в реальном полете. В ретроспективе, такой подход выглядит оправданным – давайте вспомним, что первые полеты были оплачены министерством обороны, поэтому теперь их можно рассматривать как отработочные испытания за счет государства – вспомним, кстати, активно продвигаемое утверждение о том, что Falcon-1 был разработан исключительно на собственные средства SpaceX. Здесь сложно сказать, насколько такая политика была изначально продумана Маском, или все-таки оптимизм разработчиков был основной движущей силой, но главное, что результат был достигнут. Скепсис в отношении SpaceX со стороны специалистов был в основном вызван именно обещанием быстрого достижения успеха – особых сомнений в принципиальной технической осуществимости схемы Falcon-а не было, но крайне сжатый период разработки и явная недостаточность средств внушали сомнения в её практической реализации. Сейчас очевидно, что Falcon-1 – это нормальная ракета, с обычным периодом отработки, своими особенностями и некоторыми интересными техническими решениями. От сбоев и аварий не застрахован никто, но можно надеяться, что компания смогла преодолеть детские болезни своего детища.

Falcon 1 в полете

Пожалуй, наиболее сомнительным обещанием SpaceX на данный момент выглядит многоразовость использования частей Falcon-а. Идея о спасении отработанных блоков ракеты приходила в голову многим, но сложность практической реализации этой кажущейся простой схемы не давала претворить её в жизнь. Фактически, единственным работающим воплощением этого подхода стали твердотопливные ускорители системы Space Shuttle. Однако, спасение такого ускорителя, фактически стальной бочки с толстыми стенками, спускающейся с высоты 45 километров, кардинально отличается от спасения тонкостенного блока с хрупким жидкостным двигателем, да еще и падающим с высоты почти в 90 километров. Если при этом добавить, что ускорители шаттлов после этого чуть ли не разбираются на части перед повторным использованием, то сомнения в реализуемости завяленного спасения ступеней Falcon-а (или хотя бы их двигателей) становятся особенно сильными. В этом свете, уже не вызывает удивления то, что ни в одном из пусков (включая последний) спасти блок первой ступени не удалось (по разным причинам). В своем интервью Элон Маск заявляет, что это было ожидаемо для первых пусков, что всё идет по плану, и компания будет активно дорабатывать систему спасения. Что более удивительно, для следующего носителя (Falcon-9) SpaceX обещает спасать не только первую, но и вторую ступень, что и вовсе выглядит фантастикой. Интересно, какой именно план теперь существует в голове Элона, за счет которого планируется добиться таких результатов?

Тренировка по спасению ступени

Итак, подведем итог. Является ли произошедший успешный пуск Falcon-а поворотным моментом для всей космической индустрии? С моей точки зрения – пока нет. Если бы успехом увенчалась самая первая попытка, то это действительно было бы прорывом, а пока мы наблюдаем просто нормальный процесс разработки нового носителя. Будущее SpaceX теперь зависит от того, насколько успешными будут дальнейшие пуски Falcon-1, а самое главное – от результата работ над Falcon-9. Следующий пуск F-1 (уже с реальным спутником) назначен пока на январь следующего года, а о F-9 говорят менее определенно – «планируем запустить в 2009-м году». Что же – подождем. В любом случае – скучно не будет.

Иллюстрации взяты с сайта SpaceX.

  • 1
Никогда бы не подумала, что буду с интересом читать про ракеты. Неужели аллюминий может заржаветь?

> Неужели аллюминий может заржаветь?

Вообще говоря, алюминий является довольно стойким к коррозии материалом. Однако, некоторые алюминиевые сплавы подвержены особому виду коррозии, когда находятся под нагрузкой (так называемое коррозионное растрескивание). В случае Falcon-а, ракета долгое время стояла на пусковом столе и подвергалась воздействию влажного морского воздуха – это и могло способствовать разрушению этой злополучной гайки.

Пожалуй, мне стоит немного подправить выражения – спасибо за подсказку. :)

Ну, не стоило так радикально. Раньше было более образно - заржавевшая гайка. Лучше оставить, просто в скобочках пояснение дать.

- ... Которая тут цапа?
- Там... Ржавая гайка, родной...
- Да у вас тут всё ржавое!
- А эта самая ржавая...

  • 1
?

Log in

No account? Create an account