Звездные войны ведомств пора заканчивать
Первый полет американского «воздушного космодрома» Stratolaunch мир воспринял с энтузиазмом – мечта улететь на крыльях в космос все ближе к осуществлению. Забылось, что взятый американцами рубеж в разработке авиационно-космических систем наши конструкторы преодолели более 30 лет назад.
С самого начала работ по ракетной тематике аппараты вертикального взлета, трансформировавшиеся со временем в баллистические ракеты, и ракетопланы развивались одновременно. Тогда, в довоенные годы, невозможно было предположить, какое направление окажется эффективнее. Более того, даже то, как немцы пронумеровали свои серийные разработки, наводит на мысль, что ракетопланы и Вернеру фон Брауну казались более перспективными: самолет-снаряд получил название «Фау-1», а баллистическая ракета – «Фау-2». Но названия военной техники теориям не подчиняются, все могло быть и наоборот.
Монополия на космос
Начало активных ракетных работ в СССР никак не связывалось с освоением космоса, речь шла о максимально быстром достижении паритета с США в средствах доставки ядерного оружия. Потому постарались по максимуму использовать немецкий задел по баллистическим ракетам, чтобы достичь стратегического радиуса действия. Разработки крылатых ракет шли на уровне тактического оружия.
Военным в начале 50-х не было никакого дела до космоса. Только одержимость Сергея Королева идеей полета человека на орбиту радикально переломила тенденцию. Тогда уже и военных стали интересовать и спутники-разведчики, и выведение оружия за пределы атмосферы. Собственно, еще до полета Гагарина велись разработки крылатых космических кораблей многоразового использования, а значит, было и понимание, за какими системами будущее. Этой тематикой занимались и Королев, и Челомей, и авиационные КБ. Но быстрое достижение результата, считал Сергей Павлович, обеспечивала именно одноразовая баллистическая ракета, и альтернативные разработки были свернуты. Но не забыты – в 1965 году в ОКБ-155 довели до летных испытаний многоразовый одноместный космический корабль проекта «Спираль». Он не мог стартовать с Земли, его сбрасывали с Ту-95 и в ходе полетов отрабатывали методики возвращения с орбиты и посадки. Однако проект свернули, ныне космоплан «Спираль» находится в авиамузее в Монине. Носителем его предполагался гиперзвуковой самолет-разгонщик, способный достичь скорости 6,5–7 Махов и запускавший «птичку» на высоте около 30 километров.
Почему ракетопланная тематика не встала в СССР вровень с баллистической? Ответ нужно искать в распределении бюджетных потоков. Понятно было, что все связанное с авиационным стартом окажется в ведении ВВС и Минавиапрома. Космические же войска и созданный под ракетную тематику в середине 50-х Минобщемаш никак не хотели делиться властью и финансированием. Будучи весьма влиятельными в силу реальных космических успехов СССР в 60-е годы, они делали все, чтобы космос оставался исключительно на их попечении. И перспективный проект «Спираль» был закрыт именно с подачи министра обороны Андрея Гречко.
Зарубежные конструкторы подступались к созданию аэрокосмических систем, но приходили к выводу: существующий уровень технологий не позволяет реализовать такой проект. Но идею не бросали – свои разработки появлялись у немцев, англичан, французов… Многое из сегодняшних американских достижений мы уже видели – 30 лет назад у нас. Двухфюзеляжный летающий космодром Stratolaunch создан на базе двух бэушных «Боингов-747», но еще в начале 80-х главный конструктор «Бурана» Глеб Лозино-Лозинский в содружестве с КБ Олега Антонова разрабатывал аналогичную конструкцию носителя космического челнока взлетной массой 770 тонн. Он был двухфюзеляжный, со стреловидным крылом, с увеличенным по сравнению с базовым Ан-124 «Руслан» центропланом и размещенными на нем дополнительными двигателями. Но антоновцы по проекту «Энергия» – «Буран» сделали Ан-225 «Мрия». Он обладал меньшей грузоподъемностью, которая, впрочем, была достаточной для целей, под которые самолет создавался: транспортировка челноков «Буран». Но и как летающий космодром Лозино-Лозинский его рассматривал, это было заложено в ТЗ на разработку Ан-225. Два выступа на центроплане, абсолютно ненужные для транспортировки челнока, – как раз заложенные в конструкцию «Мрии» элементы воздушного старта.
В конце 80-х правительственным постановлением Лозино-Лозинскому и его коллективу разрешили продолжить работы по воздушному старту на базе носителя Ан-225, но без бюджетного финансирования – с привлечением инвесторов, в том числе иностранных. В результате появился проект МАКС («Многоразовая авиакосмическая система»), эскизный вариант которого был успешно защищен в 1989 году. То есть ровно 30 лет назад наши конструкторы находились на уровне, только сейчас достигнутом американцами. Был готовый самолет-носитель, оставалось сделать сам челнок, что на основе «Бурана» представлялось решаемой задачей, тем более при сформированной для его изготовления кооперации промышленных и исследовательских компаний. Корабль МАКСа при массе 26 тонн должен был быть вчетверо меньше «Бурана». Экипаж – от двух до шести человек. Полезная нагрузка – семь с лишним тонн. Оставалось сделать подвесной бак для челнока. Его планировалось оснастить чрезвычайно эффективным многоразовым двигателем, разработанным на основе РД-171 (боковые ускорители «Энергии», ставшие впоследствии ракетой «Зенит»).
В сравнении с одноразовыми космическими запусками расчетная эффективность МАКС впечатляла. Заключение экспертов определяло стоимость доставки килограмма груза на орбиту и что весьма важно – возвращения его на Землю в диапазоне от одной до двух тысяч долларов за килограмм. Для «Союза» этот показатель намного превышает 10 тысяч, разница на порядок.
МАКС сгубили узковедомственные интересы. Проект разрабатывала «Молния», входящая в Минавиапром. Министерство общего машиностроения, ставшее впоследствии Российским космическим агентством, а затем и Роскосмосом, традиционно не хотело никого пускать на свою поляну. Именно это ведомство, как следует из сведений, размещенных в Сети, сделало все, чтобы обломать МАКС крылья. Официально отказ мотивировали тем, что если развивать авиационно-космическую систему, придется свернуть все остальные разработки.
Погоня за вакуумом
Американские «Шаттлы» сошли с дистанции не из-за аварий. Главной причиной стало то, что попросту нечего было возить на орбиту, а без постоянного грузопотока система чрезвычайно затратна. По той же причине не получил развития «Буран». Напрашивается вывод: так и не заработавшая авиационно-космическая система тоже жертва экономики. Разработка очень дорогая, создание и эксплуатация влетят в копеечку, а какой полезный результат? Несколько стартов в год к МКС никак не окупят такую систему, и на круг одноразовые запуски «Союзов» или ориентированные на наземный же старт многоразовые проекты Илона Маска и других американских компаний пока оказываются дешевле. Ситуация сохранится до тех пор, пока околоземная орбита не станет активным экономическим пространством.
Сегодня практическая отдача от космоса – это спутники связи, навигационные сети, зондирование Земли и фотосъемка плюс аппараты военного назначения. Жесткого требования к увеличению числа запусков и снижения их стоимости попросту нет. Естественно, разработчики просчитывают рентабельность той или иной системы. МАКС могла гораздо эффективнее выполнять доставку космонавтов и грузов на МКС, но это всего четыре-пять полетов в год, и даже с учетом запусков по заказу военных суммарно получалось слишком мало, чтобы она себя окупала. Но МКС для нас пример нехарактерный – по сравнению с международной станцией на чисто нашенских «Алмазах», «Салютах» и «Мире» научно-исследовательская работа велась куда интенсивнее и эффективнее и именно в те годы экспериментально определился круг производств, которые выгодно поднять на орбиту, в невесомость и вакуум.
Речь идет о промышленных установках по производству полупроводниковых материалов, медицинских препаратов, имеющих монокристаллическую структуру, но одна из сформулированных тогда задач показалась особенно перспективной. Полупроводниковые наногетероструктуры – технологии, за создание которых в земных условиях Жорес Алферов получил Нобелевскую премию. Они основа всей современной микроэлектроники, а представляют собой кремниевую подложку, на которую наносятся микронные слои полупроводниковых материалов, проводников, диэлектриков. Для производства пластин, из которых в дальнейшем делаются микрочипы, на Земле приходится создавать чрезвычайно энергозатратные вакуумные криогенные установки, при этом каждая попавшая в зону напыления молекула кислорода приводит к браку. В космосе же необходимые условия можно получить даром. С одной, правда, принципиальной оговоркой – вакуум требуемого качества начинается где-то в восьми тысячах километров от поверхности Земли и там нельзя разместить орбитальную станцию хотя бы потому, что это уже зона радиационных поясов, и пока эффективной защиты от космического излучения не придумано. Да и сообщение со столь удаленной орбитой оказывается накладным. Но ученых это не остановило, и они открыли явление, которое можно назвать «динамический вакуум». Если на 400-километровой орбите запустить диск диаметром несколько метров, который будет принимать на себя поток разряженной земной атмосферы, то за ним установится достаточно большая и стабильная зона с разряжением на один-два порядка выше, чем удается получить на Земле. Такой эксперимент при помощи «Шаттла» американцы провели еще в середине 90-х. Как сообщил в своих статьях руководивший работами Алекс Игнатьев, процент брака в опытных образцах оказался на два порядка ниже, нежели на Земле. Наши ведущие НИИ по этой тематике также подтверждают выгодность космического производства, но вопрос: не окажутся ли транспортные расходы настолько большими, что перечеркнут выигрыш? В ходе специальной НИР, проведенной по программе МАКС, были получены следующие результаты. На начало 2000-х доставка груза по цене около шести тысяч долларов за килограмм оказывалась рентабельной. МАКС позволяла уложиться в одну-две тысячи. Картина рисовалась такая: на орбиту выводится порядка десяти платформ, представляющих по сути автоматические мини-заводы. Там не будет экипажа, даже двигателей, даже герметичных отсеков – вообще ничего, что хоть в малейшей степени могло бы загрязнить вакуум. Посещение каждой платформы предполагалось раз в полтора месяца: завезти сырье, забрать продукцию, провести профилактику, подкорректировать своими двигателями «заводскую орбиту». Итого – порядка 80 запусков в год. Опасения, что массовое орбитальное производство быстро насытит рынок, разработчики отвергли, поскольку космической продукции получалось три процента от мировых потребностей. В обозримой перспективе больше не сделать. Не надо забывать, что предприятия по производству микроэлектроники нельзя отнести к экологически чистым, потому вывод их в космос повышает привлекательность проекта еще больше.
То есть авиационно-космическая система – дорого, космическое производство – тоже, но в связке получается исключительно рентабельный проект. Роскосмос, получив все выкладки, сказал, что слишком велик технический риск, и идею зарубил. А американцы, доводя свои несколько АКС до ума, вроде как от технических рисков застрахованы некой высшей силой.
Что дает заоблачный старт
Есть два способа воздушного старта космического корабля – в варианте типа «Спирали» он является одновременно и первой ступенью, разгонщиком. Системы, подобные МАКС, принципиально скорость стартующему аппарату не прибавят, их задача – поднять корабль с разгонным блоком на необходимую высоту в нужную для старта точку. В обоих случаях можно произвольно задать наклонение орбиты, что очень важно для любого околоземного полета, и это принципиальный выигрыш АКС перед стационарными космодромами. По формуле, выведенной еще Циолковским, для достижения орбиты корабль должен набрать так называемую характеристическую скорость, чуть больше девяти километров в секунду. Скорость движения по орбите высотой около 200 километров – 7,9 км/сек, а разница – это как раз потери на преодоление гравитации и сопротивление атмосферы. Старт ракеты с самолета-носителя на высоте 10 километров снижает такие потери примерно на 0,7 км/сек.
Гиперзвуковой носитель уже позволяет космическому кораблю выйти на орбиту без дополнительного ракетного ускорителя. Только наша промышленность ни технически, ни морально не готова сделать такой самолет-разгонщик. Равно как и американская – это сопряжено с затратами, абсолютно неприемлемыми для производства единичной продукции. Поэтому всерьез для воздушного старта и мы, и они пока рассматриваем дозвуковые носители.
Идеальная космическая система – многоразовая и одноступенчатая, то есть самолет взлетел, вышел на орбиту, выполнил задание и вернулся на базу, будучи готовым к следующему полету. Но уровень технических возможностей, по мнению конструкторов, пока такого не позволяет. Достижимый, причем с большими трудностями, минимум – две ступени. Ситуацию может изменить трехкомпонентный двухрежимный двигатель РД-701, который прорабатывался в НПО «Энергомаш» по программе МАКС, но был доведен только до уровня макета. Стартуя с «Мрии» и имея кислородно-керосиновые двигатели, челнок мог выйти на орбиту лишь с помощью дополнительной разгонной ступени. С трехкомпонентым двигателем такой элемент уже не понадобился бы.
Время лозунгов
Перед нашим космическим ведомством еще полвека назад стоило бы поставить задачу организовать рентабельную космическую деятельность, а не пытаться сделать сейчас это мало чем подкрепленными постановлениями. Надо было искать и предлагать перспективные направления работ вне Земли. Но нынешняя структура Роскосмоса меньше всего подразумевает какие-то прорывы и достижения, ведомство озабочено постоянным поиском доказательств своей необходимости, и временами это выглядит жалко. Наверное, выбор стратегии стоит у него отобрать, оставив Роскосмосу или структуре, которая появится вместо него, исключительно исполнительские функции. То есть решать, что конкретно можно и нужно с выгодой делать на орбите и в дальнем космосе, должно правительство, опираясь на рекомендации РАН и запросы промышленности, а ведомство пусть ищет пути реализации спущенных сверху планов.
Кто сейчас главные интересанты в освоении космоса, конечные потребители? Наука? Эксперименты, проводимые на МКС, даже в сравнении с программами, реализовывавшимися на «Мире», выглядят бледно. ГЛОНАСС? Здесь заказчики военные, как и по ряду других направлений, но этой темы мы касаться не будем. Промышленность? Не спешит. Слышен лишь привычный «белый шум» от самого Роскосмоса, на который уже и внимания никто всерьез не обращает. «Мы создадим свою станцию». «Полетим на Луну»… Экономического обоснования, убеждающего в том, что это необходимо, нет. То есть по-прежнему наши цели в космосе остаются политическими – не дать Штатам сильно нас обогнать.
Принципиальное отличие в нашем и американском подходе – за океаном нет разделения на авиационные и ракетные ведомства, всем занимается NASA. У нас противостояние авиационного и космического министерств сохраняется по сию пору. Кроме того, в США давно поняли, что бюджетное финансирование имеет своей целью процесс, который может тянуться сколь угодно долго. А частные инвестиции требуют результата, причем в оговоренные сроки, и потому зачастую оказываются более эффективными. Правительство США поощряет коммерческие фирмы к космической деятельности, поддерживая их заказами и оказывая разного рода иную помощь. Мы жалуемся на недостаток финансирования, но даже то, что есть, бездарно разбазариваем. Вовсе не внутри Роскосмоса надо искать причины нашего нынешнего космического бессилия.