30 мая SpaceX провела первый в истории частный пилотируемый запуск корабля Crew Dragon в космос. Этот запуск ознаменовал возобновление после девятилетнего перерыва собственной программы пилотируемой космонавтики в США. С 2011 года астронавты NASA летали только на российских кораблях. Кроме всего прочего это событие возымело огромный политический эффект: одни начали хоронить Россию как космическую державу, другие — называть произошедшее «пиаром Илона Маска» и обещать ответ, от которого в ужас придут уже американцы. Глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин пообещал создать в России многоразовую ракету-носитель, которая будет лучше, чем Falcon 9, с помощью которой был выведен на орбиту Crew Dragon.
«На замену «Союзу-2» мы делаем ракету на метане. Она будет изначально создаваться как многоразовый ракетно-космический комплекс. Не полумногоразовый, как у SpaceX, а многоразовый. Поясню, что это значит. Количество использования первой ступени составит не менее 100 полетов с тремя включениями маршевого двигателя в каждом — на подъеме, при торможении в верхних слоях атмосферы и при мягком приземлении. Это будет ракета ХХI века. Мы, конечно, подсматриваем за тем, что делают американские коллеги, но наши инженеры пытаются «срезать угол» — не повторять то, что делают коллеги из SpaceX, а превзойти их», — сказал Рогозин «РИА Новости».
Ранее в сентябре 2019 года «Роскосмос» сообщил, что затраты на изготовление новой многоразовой российской ракеты среднего класса с двигателем, работающим на метане, составят около 900 млн рублей. Стоимость ее пуска будет около $40,5 млн. Новая ракета сможет выводить с космодрома Восточный на низкую околоземную орбиту девять тонн груза, на геопереходную — 2,2 тонны.
Чтобы разобраться, с чем именно придется бороться Рогозину и «Роскосмосу», нужно понимать, где ведущие мировые космические державы находятся сейчас и каковы их планы на ближайшие 10-20 лет.
Весовые категории для космоса
Конкуренция в космической отрасли идет сразу во многих направлениях. Космические ракеты делятся на три базовых класса: средние, тяжелые и сверхтяжелые. У SpaceХ есть тяжелая ракета Falcon 9 и сверхтяжелая Falcon Heavy. В начале февраля 2018 года SpaceX запустила Falcon Heavy «в сторону орбиты Марса», причем единственной полезной нагрузкой ракеты стал электромобиль главы компании Илона Маска — вишневый Tesla Roadster с одетым в скафандр производства SpaceX водителем-манекеном. Возвращение ступеней ракеты прошло с переменным успехом: два боковых ускорителя ракеты успешно приземлились на посадочные платформы, а центральный ускоритель Falcon Heavy, который должен был сесть на плавучую платформу, разбился.
У СССР была своя сверхтяжелая ракета «Энергия», которая выводила в космос многоразовый корабль «Буран» весом 105 т около 30 лет назад. Новая российская сверхтяжелая ракета по ранее озвученным планам должна была появиться к 2028 году, однако в последние годы о ее судьбе ничего не слышно.
Falcon 9, с помощью которой на орбиту был выведен Crew Dragon, относится к классу тяжелых частично многоразовых ракет-носителей. Она использует в качестве компонентов топлива керосин (горючее) и жидкий кислород (окислитель). У России есть две тяжелые ракеты «Протон-М» и «Ангара-А5».
«Ангара» вполне могла стать конкурентом Falcon, однако «Роскосмос» решил изменить свои приоритеты. Изначально предполагалось, что перспективный транспортный корабль нового поколения (первое название — «Федерация», с осени 2019 года — «Орел»), будет запускаться при помощи ракеты-носителя «Ангара-А5П».
По состоянию на апрель 2015 года планировался первый пилотируемый пуск пилотируемого космического корабля нового поколения и полет к МКС с экипажем из двух человек.
Согласно проекту Федеральной космической программы на 2016-2025 годы, пилотируемый пуск перенесен на 2025 год. В середине 2017 года «Роскосмос» фактически свернул разработку пилотируемого варианта «Ангары» в пользу «Союза-5», запланировав возможный пуск «Ангары-А5П» на период после 2025 года.
В настоящее время большинство запусков, в том числе и пилотируемых производятся при помощи ракет среднего класса семейства «Союз» различных модификаций. В качестве топлива в них используется, так же как и в Falcon 9, керосин и жидкий кислород. Однако в отличие от Falcon, все ракеты семейства «Союз» являются полностью одноразовыми — все их ступени отстреливаются и сгорают в атмосфере.
Ракеты, которые вернутся
В мае 2020 года совет РАН по космосу одобрил создание в России многоразовой ракеты. Проблема в том, что никто, включая самого Дмитрия Рогозина, не рассказывает, как эта ракета или ракеты будут устроены. В разное время существовало несколько разработок возвращаемых ракет. Например, перспективный модуль «Байкал» — многоразовый ускоритель первой ступени ракеты-носителя «Ангара», разработанный в ГКНПЦ им. Хруничева. Особенностью многоразового ускорителя «Байкал» является возврат, осуществляемый самолетным способом. После отстыковки «Байкал» разворачивает поворотное крыло в верхней части корпуса и осуществляет посадку на аэродром, при этом может осуществляться маневр на дальности порядка 400 км.
В апреле 2018 года Рогозин в интервью телеканалу РБК сказал, что если Россия собирается создавать ракету с возвращаемыми ступенями, то она должна переходить из вертикального положения в горизонтальное и «самолетным образом возвращаться на ближайший аэродром». «Но это уже совмещение с авиацией», — добавил он. То есть, вероятно, речь шла о развитии именно проекта «Байкал». Впрочем, с тех пор планы могли измениться.
Другой проект — «Союз-7» частной компании S7 Space, который разработал экс-главный конструктор средств выведения ракетно-космической корпорации «Энергия» Игорь Радугин. Он руководил разработкой новой российской ракеты-носителя «Союз-5» и сверхтяжелой ракеты «Енисей». Как и в ракете Falcon-9, в проекте «Союз-7» планируется осуществлять возврат первой ступени с помощью ракетодинамического маневра и вертикальной посадки с использованием ракетных двигателей. Существует также проект одноступенчатой ракеты-носителя с вертикальным взлетом и посадкой «Корона», который разрабатывался государственным ракетным центром (ГРЦ) им. Макеева в период с 1992 по 2012 год.
Проблема всех этих проектов в том, что большинство специалистов аэрокосмической отрасли сомневаются, что у России есть технологический потенциал для их реализации. И даже если он есть, то разработки и испытания займут годы, а «Роскосмос», судя по всему, даже еще не определился, какие конкретные технологические решения он намерен развивать.
Почему метан?
Важной частью выступления Рогозина про «ответ Максу» стал тезис, что новая ракета будет использовать в качестве топлива метан. Возможность использования метана в качестве ракетного топлива рассматривается уже на протяжении десятков лет. Главное преимущество метана — лучшие возможности использования в многоразовых ракетах-носителях. В отличие от керосинового аппарата, полости двигателя на сжиженном природном газе легко очищать после использования — достаточно провести цикл испарения. Другой важный плюс кислородно-метанового двигателя — экологичность. И компоненты топлива, и продукты, образующиеся при его работе, не загрязняют окружающую среду в той степени, как используемый ныне керосин и продукты его горения. Кроме того, запасы метана могут пополняться при межпланетном перелете. К примеру, метан можно синтезировать из компонентов атмосферы Марса — воды и двуокиси углерода.
Проблема в том, что сейчас в России есть только стендовые варианты и экспериментальные образцы метановых двигателей. Например, в химкинском НПО «Энергомаш» исследования в части использования сжиженного газа в двигателях велись с 1981 года. Зато свой двигатель на метане Raptor уже есть у SpaceX. 5 августа 2020 года состоялся тестовый прыжок прототипа корабля Starship SN5 с двигателем Raptor SN27 на 150 метров.
В любом случае, чем бы ни закончилось соревнование между Илоном Маском и Дмитрием Рогозиным по части пиара своих достижений, космическая отрасль сейчас развивается темпами, сравнимыми по уровню конкуренции с ранним этапом космической гонки между СССР и США. Однако сейчас в ней помимо двух изначальных соперников участвуют также и частная аэрокосмическая компания Джеффа Безоса Blue Origin, еще десятки компаний по всему миру, китайский аналог «Роскосмоса» China Aerospace Science and Industry Corporation и т.д. И итогом этой гонки может быть скорое появление таких вещей, как доступный космический туризм, строительство орбитальных фабрик, где в состоянии невесомости можно будет печатать человеческие органы, и другие вещи, ранее существовавшие только в фантастической литературе.