Авторский блог Алексей Анпилогов 18:49 8 февраля 2018

Большой глупый носитель

"Фалкон Хэви": почему новая ракета Илона Маска может оказаться лишней?
15

6 февраля 2018 года компания «Спейс-Икс» осуществила первый тестовый запуск своей новой тяжёлой ракеты «Фалкон Хэви». Согласно рекламным проспектам, этот новый носитель будет минимум втрое мощнее предыдущей «рабочей лошадки» компании Илона Маска, ракеты-носителя «Фалкон 9». В принципе, это неудивительно, так как «Хэви» представляет собой пакет из трёх соединённых «девяток» (а точнее — их первых ступеней).

Однако такая схема компоновки нового носителя, как и его повышенная грузоподъёмность, которая в одноразовом варианте составляет почти 64 тонны, может поставить «Фалкон Хэви» неприятную подножку на пути к его коммерческому успеху и длительной эксплуатации.

Спутники для ракет — или ракеты для спутников?

Современный рынок космических запусков — уже давным-давно стандартизированная и устоявшаяся сфера. Появление на нём новой ракеты, да ещё и такой немаленькой грузоподъёмности, отнюдь не изменит пожелания заказчиков и не заставит их делать спутники потяжелее — ведь за каждый килограмм груза, выведенный на орбиту, надо платить отдельно.

Большая часть современных коммерческих ракет-носителей, на производстве которых и специализируется компания «Спейс-Икс», оптимизируется под запуски спутников на геостационарные орбиты. Обратное правило тоже действует: никто не создаёт спутник, который в отсутствие тяжёлой ракеты надо «запускать по частям», в силу чего любой из спутников на геостационаре проектируют под грузоподъёмность существующих ракет-носителей.

При этом фактически за последние 20 лет сложилась практика того, что на каждую «среднюю» ракету приходилось по одному спутнику на геостационар, который запускали или вообще в гордом одиночестве, или же, как максимум, в компании каких-нибудь микроспутников-кубсатов, которые не сильно увеличивали полезную нагрузку. Это создало некий неофициальный рыночный стандарт, в раках которого масса спутников для геостационара колебалась в пределе 5-7 тонн.

Конечно, определённое движение в направлении увеличения массы спутников на геостационаре тоже понемногу шло — так, например, разработанный ещё в 1970-х годах советский, а потом украинский «Зенит-3SL» мог выводить на геопереходную орбиту (ГПО) около 6,1 тонны, в то время как «Фалкон 9» последней модификации мог забрасывать туда уже 8,3 тонны в одноразовом варианте. Правда, такие запуски тяжёлых спутников были всё-таки редкостью, а вот многоразовый вариант «девятки» по-прежнему обеспечивал на ГПО всё те же 5,5 тонны полезного груза. Тут тоже была своя логика: основное оборудование спутника имеет ограниченный срок службы, весит более-менее стандартно, а дополнительный вес можно было потратить на загрузку аппарата топливом, используемым для ориентации и коррекции орбиты аппарата. А зачем дополнительное топливо, если из строя уже выходит само оборудование связи?

И вот тут мы должны сказать, что полезная нагрузка «Фалкон Хэви» при работе на ГПО составляет 26,7 тонны в одноразовом варианте и около 13 тонн — в многоразовом. Это, по-хорошему, целых пять спутников на геостационар в случае отказа от возврата первых ступеней, либо же «два с половиной» спутника в том варианте, если ступени спасают. Ну, или, «на вырост», запуск сразу двух тяжёлых спутников связи на геостационар.

Казалось бы, ничего страшного, надо просто запускать спутники «дуплетом», да и сажать ступени. При таком подходе, понятное дело, запуски «Фалкон Хэви» становятся в 2-5 раз более редкими, нежели запуски средней ракеты «Спейс-Икс», той самой «девятки», из первых ступеней которой и собрали его пакет.

Получается что лететь на «Хэви» - это не только дорого, но ещё и «долго», так как надо ждать очередного «попутчика», часто в виде спутника конкурирующей компании. Кроме того, надо учитывать и тот неприятный факт, что два спутника на геостационар надо часто «подвешивать» в разные точки этой орбиты, в зависимости от зоны вещания спутника, а это тоже создаёт потери как по времени выведения, так и по массе полезной нагрузки, в итоге доставленной на геопереходную орбиту таким «маршрутным автобусом». 

Кстати, подтверждением такого грустного прогноза по загруженности «Хэви» коммерческими запусками является и озвученный график последующих трёх запусков 2018-2019 годов: на первые три запланированных пуска уже объявлено по одному (!) крупному спутнику, а отнюдь не по два или, тем более, пять аппаратов за раз. Пока что «Фалкон Хэви» для «Спейс-Икс» выглядит отнюдь не коммерческим успехом, а скорее какой-то долгосрочной инвестицией, так как такие же 5-7-тонные спутники на геопереходную орбиту будет выводить ракета, где-то в три раза более мощная (и минимум вдвое более дорогая), чем вполне достаточная для такого начинания и хорошо зарекомендовавшая себя «девятка».

Стандартные блоки — это не всегда удобно

Вторым неприятным моментом является то, что «Хэви», как уже было сказано — это пакет из трёх стартовых ступеней «Фалкона 9», которые прошли самую минимальную модификацию и снабжены столь же косметически изменённой второй ступенью той же «девятки». То есть, если говорить весьма условно, формула для «Фалкон Хэви» выглядит как-то так:

3 * «Фалкон 9» — 2 вторые ступени «Фалкон 9» = «Фалкон Хэви»  

Отсюда следует и экономическая логика: «Хэви» должна выводить на НОО практически столько же, сколько бы выводили три «девятки». Поправкой на две вторые ступени можно пренебречь: в целом более тяжёлые ракеты при нормальном проектировании эффективнее не только в стоимости, но и в своей удельной массе в расчёте на один килограмм полезной нагрузки. Однако это правило действует, если размеры каждой ступени и соотношение между ними закладывались под размер проектируемой ракеты. А вот в случае использования стандартных блоков это уже часто не так: новый «ракетный франкенштейн» оказывается не таким эффективным, как бы этого хотелось.

Именно такую картину мы уже видим для «Фалкон Хэви». В одноразовом варианте, согласно рекламным проспектам, он может вывести на низкую околоземную орбиту (НОО) 63,8 тонны груза, а три «девятки», соответственно, 68,4 тонны (3 * 22,8 тонны).

В же столь рекламируемом многоразовом варианте, который якобы благоприятно влияет на финансовые результаты «Спейс-Икс», разрыв становится и вовсе чудовищным: «девятки» теряют 30-40% от массы полезной нагрузки, выводя на орбиту в пределе 41-47,9 тонн, в то время как «Хэви» «проседает» гораздо больше, имея возможность забросить на НОО лишь 30 тонн. Как видите, за счёт многоразовости «Фалкон Хэви» не только становится обычной «средней» ракетой, но ещё и практически дарит своим конкурентам от 11 до 18 тонн дополнительной массы полезной нагрузки на НОО!

Связано это именно с упомянутым инженерным фактом: размер боковых и центрального ускорителей никак не оптимизировался под грузоподъёмность «Фалкон Хэви», использовались минимально изменённые первые ступени «девятки». Кстати, в первых инженерных проработках «Хэви» у команды Маска была интересная инженерная идея: для компенсации такого рода ограничений и нестыковок предполагалось обеспечить перекачку остатков компонентов топлива из «боковушек» в центральный блок. Такой инженерный кульбит, по расчётам, если не позволял догнать «девятки», то мог хотя бы сократить разрыв до них. Однако впоследствии от такой красивой, но достаточно сложной в реализации идеи отказались, иначе бы «Фалкон Хэви» не выбрался из «производственного ада» и поныне.

А выпускать ракету надо было уже или в этом году — или никогда, так как «Хэви», задуманный ещё в 2011 году, проектировался под другие задачи и может уже к ним элементарно не успеть, сойдя с дистанции и не выдержав конкуренции с другими проектами «Спейс-Икс» и соперничающих с Маском компаний.

Не, на Луну не летим….

В начальных рекламных проспектах «Фалкон Хэви» его задачей ставилось не освоение околоземного пространства и не запуски спутников на стационарную орбиту, но работа по освоению «дальнего космоса». Космические аппараты, запущенные с помощью «Фалкон Хэви», в планах его создателей, должны были полететь к Луне, Марсу или даже Плутону. И это должны были быть отнюдь не родстеры «Тесла», но серьёзные космические корабли, в том числе и с людьми на борту. Так, одной из задумок Маска была идея «нового лунного туризма», которая бы позволила катать богатых космических туристов в облёт Луны с помощью «Фалкон Хэви» и космического корабля «Дракон».

В 2011 году, в момент, когда была начата разработка «Фалкон Хэви», ситуация с запусками эксклюзивных космических нагрузок была просто катастрофической. США с окончанием работы программы «Спейс Шаттл» разом утратили не только программу пилотируемых космических полётов, но и способность к выводу тяжёлых спутников. Более того, принятое в начале 2000-х годов решение о создании полностью водородной ракеты «Дельта IV» тоже оказалось провалом: ракета, спроектированная и построенная под военное ведомство и по его лекалам, оказалась не только инженерным чудом, но и экономической катастрофой — каждый запуск «Дельты IV» обходился бюджету в 435 млн. долларов. Для сравнения, сейчас «Спейс-Икс» утверждает, что готов запускать «Фалкон Хэви» всего лишь за 90 млн. долларов. Учитывая, что «Дельта IV» (28,8 тонны) и «Фалкон Хэви» (30 тонн) имеют практически одинаковую грузоподъёмность, вариант от «Спейс-Икс» выглядит настоящим спасением для «большой» американской космической программы.

Именно в силу этого дефицита «ракетной мощности» и в связи с неимоверной дороговизной существовавших ракет конкурентов Маска «Спейс-Икс» получил «зелёную улицу» на создание «Хэви», которому была обещана поддержка в том числе и за счёт государственных и военных заказов. Однако за прошедшие семь лет ситуация радикально изменилась: конкуренты Маска смогли перегруппироваться, учесть свои прошлые ошибки, и выкатить на финишную прямую сразу несколько прямых конкурентов «Хэви» - некоторые из них закрывают «окно» для использования «Фалкон Хэви» уже через 2-3 года.

Так, уже на конец 2019 года запланирован первый старт новой пусковой системы SLS, которую разрабатывает целый консорциум компаний под эгидой NASA. Несмотря на то, что у SLS есть всё те же проблемы со стоимостью (при полезной нагрузке на НОО в 70-130 тонн единичный запуск SLS будет стоить 500 млн. долларов), у этой ракеты есть несомненное преимущество в виде интеграции в государственную американскую программу освоения дальнего космоса. Надо понимать, что NASA, вложив в SLS уже несколько миллиардов долларов, отнюдь не ждёт Маска и его «Фалкон Хэви» в запусках к Луне, Марсу или Плутону. С другой стороны, Маск уже практически признал своё поражение в этой гонке, заявив, что его «Фалкон Хэви» не будет сертифицирован для пилотируемых запусков, что является обязательным условием для участия в новой «лунной гонке» или для развития перспектив «нового лунного туризма».

Ну и, наконец, «Хэви» может пасть жертвой ещё одного проекта самого Маска, сделанного уже практически на грани мегаломании — носителя BFR (Big Falcon Rocket, иногда шуточно называемой Big F*cking Rocket, «Большая грёбаная ракета»), который владелец «Спейс-Икс» презентовал в сентябре 2017 года.

BFR намного больше по размеру, чем существующие ракеты «Спейс-Икс», и позволит вывести на орбиту 150 тонн груза, являясь уже прямым конкурентом для ракет SLS от NASA. Планируется, что BFR заменит все существующие ракеты и космические транспортные системы «Спейс-Икс» уже в начале 2020-х годов, обеспечив ещё большую экономию в стоимости запуска. Насколько компания Маска способна осуществить в одиночку столь амбициозный и большой проект — вопрос открытый, достаточно вспомнить историю самого «Фалкон Хэви», который провёл в стадии разработки около семи лет и только сейчас вышел на стадию пусков и испытаний.

Кроме того, концепция «большого глупого носителя» (англ. Big dumb booster), которую Маск пытается реализовать в «Фалкон Хэви» и в BFR и которая на бумаге должна обеспечить уменьшение стоимости килограмма доставленного на орбиту груза, на практике, к сожалению, всегда работала против своих создателей. При реализации практически всех проектов тяжёлых и сверхтяжёлых ракет выяснялось, что кажущееся упрощение конструкции баков, систем наддува или двигателей большой ракеты тут же создаёт немалые сложности в системах управления, трубопроводах, турбонасосах, а то и элементарных вибрациях, которые вынуждают тут же усложнять конструкцию «большой глупой ракеты».

Именно в силу таких инженерных неудач и экономических проблем закончилась, так и не начавшись толком, эксплуатация советской лунной мегаракеты Н-1. Был заброшен и забыт американский лунный гигант «Сатурн-5», в итоге отправлен в музей «Спейс Шаттл».

Как показал первый запуск «Фалкон Хэви», не исключено, что такая непростая судьба предстоит и новому детищу Илона Маска. «Самая мощная существующая ракета» полетела в свой первый полёт. Осталось понять, насколько она будет успешна в дальнейшем. 

Комментарии Написать свой комментарий
8 февраля 2018 в 22:28

Вы лучше расскажите, как это пиндосы построили носитель сильнее нашего в 3 раза? Ау? Они ещё недавно у нас закупали "лунные двигатели". Придурки, и космос уже слили. Что вы за уроды-то такие. Всё прос...(п)али. Чудаки на букву "м".

8 февраля 2018 в 22:32

А теперь, конечно, пойте песни, что он "глупый", никому не нужный, цвет не тот. Умылись... в очередной раз. Пусть Путин скажет, что мы всё-равно самая передовая космическая держава (как и про спорт). Можно вообще ничего не делать, а просто сказать, что мы всё-равно лучше всех во всём и продолжать деградировать дальше.

Что, дядя Вова, помогла тебе твоя эволюция? Ты решил развиваться миллиарды лет, в то время, как все окружающие на перегонки бегут. Дарвин хренов.

9 февраля 2018 в 00:14

На самом деле, впечатление от статьи... настораживающее. Когда так рассказывают про достижения врага, то одновременно хочется услышать про наши достижения.
Будем надеяться, что наши ракетостроители не сидят без дела.
Впрочем, в СССР, если помните, никогда заранее не кричали о своих будущих победах в космосе.
Интересные соображения в конце статьи касательно порочности строительства супертяжелых ракет. Может быть на самом деле на сегодня это не имеет смыла, пока нет нужных технологий.
Но работать в этом направлении конечно надо и статья более вредная, чем полезная; нельзя себя успокаивать чужими просчетами, а тем более нельзя их выдумывать для своего спокойствия.

9 февраля 2018 в 03:47

Автор, справедливо не пытаясь "объять необъятное", за рамками статьи оставил важнейший момент в истории тяжелой ракеты Маска, - финансовое состояние родителя, "товарища" Илона. ъ
Между тем, будущее ВСЕХ программ частного бизнесмена в космической сфере столь же важная составляющая, как научные разработки и их техническая реализация.
Пусть не заблуждает ВИДИМОСТЬ благополучия Илона Маска, преодолевшего в прошлом году рубеж 20 млрд. долл. в "Форбс" - реально и Спейс Икс и тесла имеют ПРИЛИЧНЫЕ убытки. На первый план выходят вопросы конкуренции, а в конкурентах не только НАСА и Роскосмос, но и Китай, и даже Индия реально расширяют космические инвестиции. Не даром "космический человек" Маск вынужден "заземлиться" и, подыскивая возможности жахнуться в десны с Трампом. почти как юный пионер отчитывался осенью "Я создал тыщу рабочих мест!".
Новые проекты требуют вложений, которые СВОИМИ СИЛАМИ Маск может внести ТОЛЬКО С РИСКОМ ПОТЕРЯТЬ ВСЁ. И такой далекий от космоса политический "взбрык" в США, как импичмент Трампа, может легко из "символа космического бизнесмена" сделать из Илона заурядного плейбоя на пенсии...

9 февраля 2018 в 07:17

А дуракам ни километр, ни миля,
И даже десять - все ни по чем,
Вот только до Луны и Марса - грыжа,
Панкреатит и гроб.

Возможны варианты,
Рак, коклюш , корь,
Инфаркт, инсульт,
Или Альцгеймер.

9 февраля 2018 в 07:31

У нас " Армата" есть,
Её забросить на НОО,
Товарищ Путин,
Вам слабо ?

9 февраля 2018 в 07:42

Товарищ Путин,
Хоть что нибудь ОНО,
Забросьте на ГПО,
Или опять слабо ?

9 февраля 2018 в 11:13

По поводу очередного успеха И.Маска. На фоне откровенного симулякра отечественных усилий авантюрист Илан выглядит гигантом мысли. За внешней мишурой (безудержный пиар в виде красного электрокара с маникеном) как-то в тени остаётся главное. Ну не соответствуют технологии, на которые опирается Маск, тем задачам, кои встают перед человечеством - в свете грозно вздымаемого вала ГЛОБАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ (ГП)! Чисто интуитивно он понимает неизбежность и необходимость колонизации космоса, но предлагаемые для решения данной задачи технические решения не выдерживают критики. Попытки её решить с опорой на химические ракетные двигатели - столь же наивны как и мечты летать на Луну с помощью воздушного шара, бытовавшие во времена братьев Монгольфье.
Позвлю привести ещё одну аналогию. Его Фалкон Хеви - нечто вроде плота и трёх связанных чрезвычайно дорогих древ, на которых некто со товарищами намерен бороздить просторы Мирового океана. Можно ли, при определённом везении, на нём пересеч океан. Кон-Тики Тура Хейердала показала, что да... Однако, можно ли на таком "техническом средстве" организовать современный трансокеанский товаро(и пассажиро)оборот? Вопрос риторический.
Для этого требуется совершенно иные технические решения (супертанкеры, лайнеры, лихтеровозы и т.д.) опирающиеся на отличные от тривиальных физические принципы (магнитоплазменный вывод грузов на орбиту, УТС - как энергетическая база).
Что удивительно, таковые технические решения и технологии предложены, а ключевые запатентованы, но они не оказались в поле внимания авантюриста и он продолжает гнать наивное дилетанство (касаемо "скорого заселения Марса" с опорой на "химию").
Вина ли в этом Илана? Думается, что скорее беда... Это какие же надо приложить усилия международному управляющему контуру (политическая сублимация международного олигархата), чтобы не только "положить под сукно" тщательно проработанную СИСТЕМУ технических решений и технологий, обеспечивающую форсированное освоение космоса в масштабе его колонизации, но и блокировать информацию о ней от того же Маска...!

9 февраля 2018 в 11:19

Поправка.
"...но и блокировать информацию о ней для того же Маска...!"

9 февраля 2018 в 15:46

Насчет "авантюриста" - полагаю не правильно: он первый комп руками собрал в 11 лет. Это значит - в 1982 году. Вы то - не дядя с улици в науке и технике, разбираетесь, ЧТО это может значить: просто гений. Какие авантюры можно ему приписать?

А вот правилам жизни его жесть как обучали на родине, в Южной Африке... В 2004 он увидел, как трое мальчишек одного пинают - потерял сознание. Это он свое детство вспомнил. Поэтому его НЕ УСПЕХИ (мы ж все - родом из детства) вовсе ни с его интеллектом и умением творческой организации современного производства связано (в том числе, в ракетостроении).

Самый известный пример: после презентации одной из наиболее успешных ранних моделей электромобиля "Тесла", (примерно 2007 год), Илон возьми да и ляпни публично, что к 13 году на конвейер будет поставлена самая бюджетная модель, которая легко завоюет мир, а к 2017 (прошедшему) он берется пересадить весь мир с бензина на аккумуляторы... Утром после презентации из оборота местной желтой прессы изъято несколько миллионов экземпляров газет, вымараны все репортажи в Интернете и ТВ сообщения, а самого Маска вызвали в "обком" и пояснили, что некоторым хорошим дядям его идея не по душе, бо они могут с бензином и газом в мире так крупно пролететь, что Илону и не снилось... А у него память о детских побоях - просто навсегда! И он абослютно ПРАВИЛЬНО отреагировал на предупреждение. Вот лет через ... и сядет благодарное человечество на электромобили, и начнет дышать чистым воздухом. Уверен: с космосом тоже все под контролем "большого брата".

Не стоит так легкомысленно о Вашем коллеге, работающем в куда более жестких условиях, чем Вы, так говорить. Он лично для человечества ПОЗИТИВА куда больше зделал, чем Сколково и Роскосмос вместе взятые.

9 февраля 2018 в 17:05

Виктор, понравился ваш комментарий. На самом деле Илон Маск заслуживает уважения. И критикой его достижений, уже никак не скрыть нашу разруху и позор в освоении Космоса. А всё потому, - пока Мы не свернём с пути предательства, - не видать Нам более Побед.

9 февраля 2018 в 15:49

"...з-з-з-зззделал" - это я так злюсь, когда пишу :)))

10 февраля 2018 в 17:33

Сегодня в магазин зашел,
В " Магнит",
Там банкомат стоит,
И очередь в полкилометра,
Даже хлеба не купил.
Что это было?
Неужто Путин спящих разбудил?

Спальный район,
Заводов рядом нет,
И в городе заводов нет,
Быть может люди прилетели с Марса?
Нашли где приземляться.
В России база инопланетян,
Не сладко людям здесь придется.

13 февраля 2018 в 12:53

Тупые американцы. И ракеты ихние тупые.

Хозяин сам не верил, что она взлетит.