באמצע המאה ה -20, האנושות הוקסמה מהחלל. שיגור הלוויין הראשון, טיסתו של גגארין, טיול בחלל, נחיתה על הירח - נראה היה קצת יותר - ונטוס לכוכבים, במיוחד מאחר שקיימים פרויקטים שאפתניים של חלליות בין -כוכביות. וכבסיסים על הירח, טיסות למאדים - זה היה דבר מובן מאליו.
אבל סדר העדיפויות השתנה. הטכנולוגיות של המאה הקודמת, למרות שהן אפשרו ליישם את כל האמור לעיל, היו יקרות במיוחד. הרחבה לחלל המבוססת על טכנולוגיות של המאה הקודמת תדרוש כיוון מחדש של כל הכלכלות של המדינות המובילות בעולם כדי לטפל בבעיה זו.
חקר שטח אינטנסיבי דורש פתרון של שתי משימות בסיסיות: הראשונה היא להבטיח את האפשרות לשגר מטען עתיר מסלול למסלול, והשני הוא להפחית את עלות השיגור למסלול לק ג מטען אחד (PN).
אם האנושות התמודדה עם המשימה הראשונה בצורה טובה יחסית, אז עם השנייה - הכל התברר כמסובך הרבה יותר.
מסע ארוך לחלל (ויקר מאוד)
כבר בהתחלה, כלי שיגור (LV) היו חד פעמיים. הטכנולוגיה מהמאה ה -20 לא אפשרה יצירת רכב שיגור רב פעמי. זה נראה מדהים כאשר מאות מיליונים או מיליארדי רובלים / דולרים נשרפים באטמוספרה או מתרסקים על פני השטח.
בואו נדמיין שהספינות ייבנו רק ליציאה אחת לים, ולאחר מכן יישרפו מיד. האם במקרה זה יגיע עידן הגילויים הגיאוגרפיים הגדולים? האם יבשת צפון אמריקה תתיישב?
לא סביר. סביר להניח שהאנושות הייתה חיה כמרכזי ציוויליזציה מבודדים.
האפשרות לשגר מטענים גדולים וכבדים במיוחד למסלול התייחסות נמוך (LEO) יושמה ברכב השיגור הסופר-כבד המפלצתי האמריקאי סטורן -5. הרקטה הזו, שהייתה מסוגלת לשאת 141 טון PN ל- LEO, היא שאיפשרה לארה ב להפוך למנהיגות במרוץ החלל באותה תקופה, והעביר את האסטרונאוטים האמריקאים לירח.
ברית המועצות הפסידה במירוץ לירח מכיוון שלא יכלה ליצור רכב שיגור סופר כבד הדומה לשבתאי 5.
וברית המועצות לא יכלה ליצור רכב שיגור סופר כבד בשל היעדר מנועי רקטות עוצמתיים. בגלל זה, 30 מנועי NK-33 הותקנו בשלב הראשון של ה- LV N-1 הסובייטי הכבד הסובייטי בעל חמישה השלבים. בהתחשב בהעדר האפשרות של אבחון מחשבים וסנכרון פעולת המנוע באותה עת, כמו גם העובדה שבגלל מחסור בזמן ומימון, בדיקות דינמיות וספסל כיבוי אש של כל ה- LV או מכלול השלב הראשון היו לא בוצעו, כל שיגורי הבדיקה של ה- LV N-1 הסתיימו בכישלון בשלב השלב הראשון.
ניסיון להפחית באופן קיצוני את עלות השיגור של חללית למסלול היה תוכנית מעבורת החלל האמריקאית.
בחללית התובלה הניתנת לשימוש חוזר של מעבורת החלל (MTKK) הוחזרו שניים מתוך שלושה רכיבים - מאיצי דלק מוצק במצנח ניתזו לאוקיינוס ולאחר בדיקה ותדלוק ניתן היה לעשות בהם שימוש חוזר, ומטוס החלל - מעבורת, נחת על המסלול על פי תוכנית המטוסים. באטמוספירה נשרף רק מיכל למימן וחמצן נוזלי, שהדלק ממנו שימש את מנועי המעבורת.
לא ניתן לסווג את מערכת מעבורת החלל כרכב שיגור סופר -כבד - המשקל המרבי של המטען שהכניסה למסלול התייחסות נמוך (LEO) היה פחות מ -30 טון, דבר הדומה לביצועי המטען של רכב השיגור של פרוטון הרוסי.
ברית המועצות הגיבה בתוכנית האנרגיה-בוראן.
למרות הדמיון החיצוני של מעבורת החלל ומערכת האנרגיה-בוראן, היו להם הבדלים מרכזיים. אם במעבורת החלל השיגור למסלול בוצע על ידי שני מאיצי הנעה מוצקים לשימוש חוזר והחללית עצמה, הרי שבפרויקט הסובייטי היה בוראן עומס פסיבי של רכב השיגור של אנרג'יה. את מכשיר השיגור של אנרג'יה עצמו אפשר לייחס בצדק ל"כבדות העל " - הוא הצליח להכניס 100 טון למסלול התייחסות נמוך, רק 40 טון פחות משבתאי 5.
על בסיס רכב ההשקה של אנרג'יה, תוכנן ליצור רכב שיגור וולקן עם מספר גושים צדדי מוגדל ל -8 חלקים, המסוגל להעביר 175-200 טון מטען ל- LEO, מה שיאפשר לבצע טיסות אל הירח ומאדים.
עם זאת, הפיתוח המעניין ביותר יכול להיקרא פרויקט "אנרגיה II" - "הוריקן", שבו כל האלמנטים היו אמורים להיות לשימוש חוזר, כולל מטוס החלל המסלול, הבלוק המרכזי של השלב השני ובלוקים הצדדיים של השלב הראשון. קריסת ברית המועצות לא אפשרה למימוש זה, ללא ספק, פרויקט מעניין.
על אף אופיו האפי, שתי התוכניות צומצמו: האחת - בגלל קריסת ברית המועצות, והשנייה - בגלל שיעור התאונות הגבוה של "שאטלים" שהרגו עשרות אסטרונאוטים אמריקאים. בנוסף, תוכנית מעבורת החלל לא עמדה בציפיות מבחינת הפחתה קיצונית בעלות שיגור מטען למסלול.
לאחר השלמת תוכנית אנרג'יה-בוראן, לא נותרו לאנושות רכבי שיגור סופר כבדים. לרוסיה לא היה זמן לכך, וארצות הברית איבדה משמעותית את שאיפות החלל שלה. כדי לפתור את משימות הדחיפה הנוכחיות, כלי השיגור העומדים לרשות שתי המדינות הספיקו למדי (למעט היעדר הזמני של יכולתה של ארצות הברית לשגר אסטרונאוטים במסלול עצמאי).
סוכנות החלל האמריקאית נאס"א ביצעה בהדרגה את תכנון רכב שיגור סופר כבד לפתרון משימות שאפתניות: כמו טיסה למאדים או בניית בסיס על הירח. כחלק מתוכנית Constellation פותח רכב השיגור הסופר כבד ארס V. ההנחה הייתה ש"ארס -5 "תוכל להביא 188 טון מטען ל- LEO, ולספק 71 טון PN לירח.
בשנת 2010, תוכנית הכוכבים נסגרה. הפיתוחים בנושא "ארס -5" שימשו בתוכנית חדשה ליצירת LV-SLS כבדה במיוחד (מערכת שיגור חלל). רכב ההשקה הסופר -כבד SLS בגרסה הבסיסית אמור להיות מסוגל לספק 95 טון מטען ל- LEO, ובגרסה עם מטען מוגדל - עד 130 טון מטען. עיצוב ה- SLS LV משתמש במנועים ובמאיצי דחף מוצקים שנוצרו כחלק מתוכנית מעבורת החלל.
למעשה, זה יהיה סוג של גלגול נשמות מודרני של "שבתאי 5", בדומה לו הן במאפיינים והן במחיר. למרות העובדה שתוכנית SLS, ככל הנראה, עדיין תושלם, היא לא תחולל מהפכה לא באסטרונאוטיקה האמריקאית או בעולם.
זהו פרויקט ללא מוצא מכוון.
אותו גורל מחכה לפרויקט הרוסי של רכב השיגור הסופר כבד Yenisei / Don, אם הוא בנוי על בסיס פתרונות "מסורתיים" המשמשים בטכנולוגיית החלל.
באופן כללי, עד לנקודה מסוימת, המצב בארצות הברית וברוסיה היה דומה יחסית: לא מנאס א ולא מרוסקוסמוס, כמעט ולא היינו רואים פתרונות פריצת דרך מבחינת הצבת המטען במסלול. גם במדינות אחרות לא נראה דבר חדש. תעשיית החלל הפכה שמרנית מאוד.
חברות פרטיות שינו הכל, וזה די טבעי שזה קרה בארצות הברית, שם נוצרו התנאים הנוחים ביותר לעסקים.
מרחב אישי
כמובן, קודם כל אנחנו מדברים על חברת SpaceX אילון מאסק. ברגע שלא קראו לו - נוכל, "מנהל מצליח", "מסכת Ostap Petrikovich" וכן הלאה וכן הלאה.המחבר קרא על אחד המשאבים מאמר פסאודו-מדעי מדוע רכב השיגור של Falcon-9 לא יעוף: גופו אינו זהה, דק מדי, והמנועים אינם זהים, באופן כללי, ישנם מיליון סיבות מדוע "לא". הערכות כאלה, אגב, באו לידי ביטוי לא רק על ידי אנליסטים עצמאיים, אלא גם על ידי גורמים רשמיים, ראשי מבני המדינה והמפעלים הרוסים.
מאסק הואשם בכך שהוא עצמו לא פיתח דבר (והוא נאלץ להכין בעצמו את כל תיעוד העיצוב, ואז להרכיב לבד את רכב השיגור?), וכי SpaceX קיבל מידע וחומרים רבים על פרויקטים אחרים. מנאס א (ו- SpaceX נאלצה לעשות הכל מאפס, כאילו תוכניות חלל לא קיימות בארצות הברית לפניה?).
כך או אחרת, אך רכב השיגור של Falcon-9 התרחש, הוא טס לחלל בקביעות מעוררת קנאה, השלבים הראשונים המעובדים נוחתים באותה סדירות, שאחד מהם כבר טס 10 (!) פעמים. רוסקוסמוס איבדה את רוב השוק לשיגור מטענים למסלול, ולאחר יצירת SpaceX של החללית המאוישת לשימוש חוזר Crew Dragon (Dragon V2) והשוק להעברת אסטרונאוטים אמריקאים למסלול.
אך ל- SpaceX יש גם טיל Falcon Heavy המסוגל לספק למעלה מ -63 טון ל- LEO. כרגע זהו רכב השיגור הכבד והמטען ביותר בעולם. השלב הראשון ומגביר הצד שלו ניתנים לשימוש חוזר.
מיליארדר אמריקאי אחר, ג'ף בזוס, נושם בחלק האחורי של ראשו של SpaceX. כמובן, אמנם הצלחותיה צנועות בהרבה, אך עדיין יש הישגים. קודם כל, מדובר ביצירת מנוע מתאן-חמצן חדש BE-4, שישמש ברכב ההשקה של ניו גלן וברכב השיגור של וולקן (שאמור להחליף את רכב השיגור Atlas-5). בהתחשב בעובדה שאטלס -5 טסה כעת על מנועי RD-180 רוסים, לאחר הופעת BE-4, רוסקוסמוס תאבד שוק מכירות נוסף.
בארצות הברית ובמדינות אחרות יש מאות חברות הזנק ליצירת רכבי שיגור וסוגים אחרים של מטוסים לשיגור מטענים במסלול, סטארט-אפים ליצירת לוויינים וחלליות למטרות שונות, טכנולוגיות תעשייתיות לחלל, תיירות מסלולית., וכן הלאה וכן הלאה.
לאן כל זה יוביל?
לעובדה ששוק החלל יתרחב במהירות, והתחרות בשוק להטלת מטען במסלול תוביל להפחתה משמעותית בעלות הסרתו מהחישוב לקילוגרם אחד.
עלות שיגור 1 ק ג מטען ל- LEO על ידי מערכת מעבורת החלל או על ידי רקטת דלתא -4 היא כ -20,000 דולר. רכבי השיגור של פרוטון ברוסיה מסוגלים להעביר מטענים ל- LEO תמורת פחות מ -3,000 דולר לקילוגרם, אך טילים אלה פועלים על דימתילהידרזין אסימטרי ביותר וכיום הם מיוצרים. זנים, שפותחו בברית המועצות, הזיניט הרוסי-אוקראיני הם גם נחלת העבר.
רכב השיגור של Falcon-9, בתנאי שהשימוש בשלב הראשון של ההחזרה, יכול לשגר מטען למסלול התייחסות נמוך בעלות של פחות מ -2,000 דולר לק"ג. לדברי אילון מאסק, ה- Falcon-9 יכול להפחית את עלות ההשקה למטען ל -500-1100 דולר לק"ג.
אפשר לשאול, מדוע עכשיו זה הרבה יותר יקר עבור לקוחות להוציא מטענים?
ראשית, העלות נקבעת לא רק עלות ההשקה, אלא גם על פי תנאי השוק - מחירי המתחרים. איזה קפיטליסט יוותר על רווח נוסף? משתלם להיות מעט נמוך מהמתחרים, לכבוש את השוק בהדרגה, במקום לזרוק מבלי להרוויח דבר, במיוחד מכיוון שבתעשייה קריטית כל כך ספציפית כמו שוק שיגור החלל, מבני השליטה בכל מקרה יתמכו במספר ספקים, גם אם יש להם המחירים גבוהים פי כמה מהמתחרה.
ניתן להניח כי הורדת המחירים של SpaceX תתבקש רק מהופעתם של מתחרים מול בלו אוריג'ין עם רכב השיגור החדש של גלן או חברות ומדינות אחרות שייצרו אמצעים לשיגור מטענים בעלות השקה נמוכה.
עם זאת, רוב הסטארט-אפים והפרויקטים המבטיחים קשורים להשקת מטען במשקל של מאות, לכל היותר אלף קילוגרם, למסלול. זה לא יחולל מהפכה בחלל - בניית משהו גדול תדרוש רכבי שיגור לשימוש חוזר כבדים וסופר כבדים בעלות נמוכה של שיגור מטען למסלול. והנה, כפי שכבר ראינו למעלה, הכל עצוב.
הכל פרט לפרויקט החשוב ביותר של SpaceX, חללית ספינת כוכבים לשימוש חוזר עם שלב ראשון לשימוש חוזר במלואו
לשימוש חוזר סופר כבד
ההבדל בין Starship (להלן כוכב הכוכבים כשילוב של Starship + Super Heavy) מכל כלי השיגור האחרים הוא ששני השלבים ניתנים לשימוש חוזר. במקביל, המטען של ספינת הכוכב למסלול התייחסות נמוך אמור להיות 100 טון, כלומר, מדובר ברקטה סופר כבדה. עבור Starship, SpaceX פיתחה מנועי Raptor מתאן-חמצן חדשים, ייחודיים, עם מחזור סגור עם גיזוף רכיבים מלא.
SpaceX מתכננת להחליף את כל רכבי השיגור שלה בספינת הכוכבים, כולל Falcon 9 המוצלחת ביותר. בדרך כלל שיגור רקטה סופר כבדה הוא יקר במיוחד - בסדר גודל של מיליארד דולר. כדי לשמור על עלות ההשקה נמוכה, SpaceX מתכננת להשתמש בשני השלבים פעמים רבות - 100 שיגורים כל אחד ואולי יותר. במקרה זה העלות תרד בכמעט שני סדרי גודל - עד עשרה מיליון דולר לשיגור. בהתחשב בעומס המרבי של 100 טון, נקבל את עלות הבאת המטען ל- LEO ברמה של כ -100 (!) דולר לק ג.
כמובן שהשלבים המוחזרים ידרשו תחזוקה, החלפת מנוע לאחר 50 התחלות, תדלוק, שירותי הקרקע יצטרכו לשלם, אך סביר להניח ש- Starship עצמה תעלה פחות ממיליארד דולר, וטכנולוגיות הייצור והתחזוקה שלה ישתפרו ללא הרף ניסיון נרכש על ידי SpaceX.
למעשה, אילון מאסק קובע כי Starship יכולה להשיג פוטנציאל עלות שיגור מטען של כ -10 דולר לק"ג עם עלות השקה כוללת של 1.5 מיליון דולר, ועלות מסירת המטען לירח תהיה כ- 20-30 דולר לק"ג. אך לשם כך יש להשיק את ספינת הכוכבים על בסיס שבועי.
מאיפה אפשר להשיג כרכים כאלה?
אפילו לצבא פשוט אין כמות כזו של מטען, שכבר יש מרחב אזרחי - התפתחות השוק תיקח עשרות שנים.
קולוניזציה של מאדים?
כמעט ואי אפשר לדבר על זה ברצינות.
התיישבות הירח?
קרוב יותר, Starship עשויה בהחלט להטביע את ה- SLS ולשלוח את האמריקאים לירח בפעם השנייה. אך מדובר בעשרות שיגורים, לא מאות או אלפים.
עם זאת, ל- SpaceX יש תוכנית עסקית אמיתית הרבה יותר מאשר שליחת מתיישבים למאדים - באמצעות ספינת כוכבים להובלת נוסעים בין היבשת. כאשר טסים מניו יורק לטוקיו דרך מסלול כדור הארץ, זמן הטיסה יהיה כ -90 דקות. במקביל, SpaceX מתכננת להבטיח אמינות תפעולית ברמה של מטוסים גדולים מודרניים, ועלות הטיסה - בגובה עלות טיסה חוצה יבשות במחלקת עסקים.
ניתן להעביר מטענים באותו אופן. לדוגמה, הצבא האמריקאי כבר התעניין בהזדמנות זו. היא מתוכננת לספק 80 טון מטען בטיסה אחת, דבר הדומה ליכולות מטוס ההובלה C-17 Globemaster III.
במצטבר: הובלת נוסעים ומטען, מסירת אסטרונאוטים אמריקאים לירח, ואולי לאובייקטים רחוקים יותר של מערכת השמש, משיכת חלליות מסחריות, תיירות חלל וכן הלאה וכן הלאה וכדומה. - SpaceX עשויה בהחלט לספק הפחתה בעלות משיכת המטען, אם כי תהיה עד לרמה של 100 $ לק ג.
במקרה זה, Starship תוביל עידן חדש בחקר החלל ומעבר לו.
סיכויים והשלכות
ספינת הכוכבים נתפסת כרגע בחשדנות מסוימת. נראה שהכל יפה על הנייר, והניסיון של SpaceX מדבר בעד עצמו, אבל איכשהו הכל ורוד מדי?
לפעמים יש תחושה שהפוטנציאל של מערכת זו פשוט אינו מתאים למוחם של הנהגת הצבא האמריקאי, הנהלת נאס א, בעלי ומנהלי ארגונים במגוון רחב של תעשיות.יותר מדי זמן, השקת אפילו מטען קטן לחלל פירושה עלויות של מיליוני דולרים.
השאלה היא, מה קורה כאשר 100 דולר לק"ג הופכים למציאות?
כאשר אנשים משכילים במשרד ההגנה האמריקאי מבינים שזריקת טנק קונבנציונאלי למסלול מהירה וזולה יותר מהובלתו במטוס תובלה צבאי מיבשת אמריקה לאירופה, לאילו מסקנות יגיעו?
לא, לא נראה את אברמס על הירח, אך הטנק אינו המטרה, זו רק דרך להעביר את הטיל לאויב. מה אם יהיה קל יותר לקבל את הטיל הזה ישירות מהמסלול? כמה מהר תצא ארצות הברית מהסכם החלל החיצון השלווה אם תשיג בה יתרון אסטרטגי (בחלל)? כמה מהר הצבא האמריקאי יתחיל לנדוד למסלול?
יתר על כן, אפילו היכולות הקיימות להנחת מטענים במסלול בצורת Falcon-9 ו- Falcon Heavy, בשילוב עם טכנולוגיות לבניית לוויין המוני, יספיקו ל LEO להיתקע בלווייני סיור, פיקוד ותקשורת, מה שמוביל לכך שארצות הברית תעקוב אחר פני כדור הארץ 24/365. שכח מכוחות שטח גדולים, קיבוצים צבאיים, מערכות טילים קרקעיים ניידים - כל אלה יהיו מטרות בלבד לנשק לטווח ארוך עם תיקון מסלול טיסה.
הצלחתו של Starship תוסיף לדרג זה הדרג תקיפת חלל, בו המטרה תיפגע מהחלל תוך כמה עשרות דקות לאחר קבלת בקשה. אף מנהיג פוליטי בעולם לא יכול להרגיש בטוח בידיעה שמקלחת טונגסטן בלתי נמנעת יכולה ליפול מהחלל בכל שנייה.
במחיר של 100 דולר לק"ג, כל מי שאינו עצלן מדי - חברות תרופות, מתכות, חברות כרייה - יטפס לחלל. נדבר יותר על כלכלת חלל מאוחר יותר. במידת האפשר, שיגור והורדת מטען ממסלול בזול, החלל יהפוך לקלונייק החדש. מה נגיד בערך 10 דולר לק"ג …
בהחלט ייתכן כי כרגע אנו עדים לאירוע היסטורי שיכול להפוך לנקודת מפנה בהתפתחות האנושות
האם תהליך זה יכול לעצור?
אולי הסיפור אינו צפוי. תאוות בצע אנושית, טיפשות או סתם תאונה - שרשרת של כישלונות, יכולה לקבור כל התחייבות המוצלחת ביותר. מספיקות כמה תאונות גדולות של ספינת כוכבים עם מותם של מאות אנשים, ותהליך חקר החלל יכול להאט שוב באופן חמור, כפי שהיה כבר במאה העשרים.
במקרה של השגת יתרון חד צדדי בחלל, ארצות הברית תתחיל לנקוט במדיניות אגרסיבית הרבה יותר מכפי שהיא כעת. בהיעדר הזדמנות להבטיח שוויון בחלל, אנו עשויים בהחלט להחליק לרמה של צפון קוריאה, יושבים על "מזוודה גרעינית" ומאיימים לערער את עצמנו, שכנים וכל השאר במקרה של משהו (שככל הנראה, מסיבות מוזרות, אפילו פונה לחלקן).
בהקשר זה, יש צורך להקדיש תשומת לב מוגברת לתעשיית החלל, אשר מצבה כרגע אינו גורם לאופטימיות.
קחו למשל את הפרויקט של רכב השיגור הסופר -כבד "יאניסיי" / "דון" - מספיק להסתכל על כל ההצהרות ההדדיות של מנהיגים ומחלקות שונות על הפרויקט הזה, ומתברר שאף אחד, באופן עקרוני, הוא יודע מדוע הוא נוצר, וגם לא מה שהוא צריך בסופו של דבר להפוך. אם זהו ה"אנגרה "הבא, אז אפשר לסגור את הפרויקט עכשיו - אין טעם להוציא על זה כסף של אנשים.
יחד עם זאת, סין לא יושבת בחיבוק ידיים.
בנוסף לפיתוח רכבי שיגור מסורתיים, הם לומדים באופן פעיל ומאמצים את החוויה האמריקאית, ולא מהססים להעתיק ישירות. הכל הוגן בענייני ביטחון לאומי.
ביום החלל הלאומי דיבר המכון הסיני לחקר הרקטות על פרויקט של מערכת רקטות תת -קרקעית, שאמורה להעביר נוסעים מנקודה אחת על פני כדור הארץ לאחר פחות משעה.
אנו יכולים לומר שעד כה מדובר בשרטוטים בלבד, אך סין הוכיחה לאחרונה שוב ושוב את יכולתה להדביק מנהיגים בענפי מדע ותעשייה שונים.
הגיע הזמן שגם רוסיה תשים בצד את הבלבול והתנודות בתעשיית החלל, תגבש בבירור מטרות ותבטיח את יישומן בכל אמצעי.
אם סין ורוסיה יוכלו להתחרות עם ארה ב בחלל ברמה טכנולוגית חדשה, אז מסלולים נמוכים יהיו רק ההתחלה, והאנושות אכן תיכנס לעידן חדש, שקיים עד כה רק בדפי רומני מדע בדיוני.
