Если смотреть на запуск Falcon Heavy с позиции реального положения в космонавтике

В комментариях к отличной статье Ирины Алкснис по поводу недавнего запуска Falcon Heavy возникла тема, обсуждение которой, как мне кажется, представляет самостоятельный интерес. А так как параллельно с ней очень похожая тема сложилась в другой ленте, то мне кажется будет полезным собрать все в один диспут и продолжить его уже тут.

Отмечу сразу. Текст ниже будет длинным и может показаться занудным. Но без изложения всех картины в целом, любое обсуждение частностей смысла не имеет. Собственно, полагаю, сам наш диспут возник прежде всего по причине принципиальной разницы в масштабах восприятия проблемы.

Итак, у нас озвучены два обоснованных подхода и, хочу сразу отметить, оба они не лишены смысла. Однако на мой взгляд, при своей инженерной правильности, они не учитывают ряд важных факторов, серьезно меняющих итоговые выводы.

Сначала определимся - о чем мы говорим вообще? Я не просто так спрашивал - что такое космос? Это среда, для преодоления которой требуется освоение определенных уровней разных технологий. Хорошим примером тут служит история открытия Америки, которое было невозможно без выхода кораблестроения на уровень каракк, а кораблевождения на уровень навигации вне видимости берега в любую погоду.

Каракка "Санта-Мария", флагманский корабль экспедиции Христофора Колумба

Можно ли технически преодолеть Атлантику на конструкции более низкого уровня? Эксперимент с Ра показал - технически можно. При условии явного шаманства, т.е. при опоре на огромный багаж послезнания (ветра, течения, расположение островов и расстояние до них, точные карты, погода и т.п.), накопленный первопроходцами. Т.е. факт того, что что-то в принципе технически решаемо, еще вовсе не означает, что оно так действительно решаемо практически. Так вот, космос сегодня эта та же Атлантика доколумбовых времен.

Корабль "Ра-2" Тура Хейердала

Пример с Атлантикой выбран не красивого слова ради. Он, наоборот, предельно четко и наглядно показывает то положение, в котором мы и космонавтика, находимся сейчас. Корабли это всегда было дорого, космическая техника это еще дороже. Чтобы построить корабль, сначала надо найти, кто за него заплатит. Колумбу заплатила Изабелла Первая Кастильская и Фердинанд Второй Арагонский. Потому что обоим католическим монархам очень хотелось тоже дотянуться до несметных богатств Индии, но единственный известный путь туда был надежно перекрыт британскими береговыми станциями и военным флотом.

Точно также освоение космоса в 50 - 60х годах финансировалось не из научной любознательности, а по причине куда более утилитарной. В условиях глобального противостояния систем вопрос военного решения "проблемы" стоял очень остро. Не будем отвлекаться на спор, кто там был больше "виноват". Отметим только итог. США и НАТО, для победы в войне, требовалось доставить ядерные бомбы к целям в СССР с территории Турции, Германии и Великобритании. Это примерно 3 - 4 тыс. км. Советскому Союзу, чтобы победить, требовалось доставить ядерные бомбы до США, это примерно 8 - 9 тыс. км. Если решать задачу с помощью традиционных тогда самолетов, наш противник получал значительное преимущество, которое могло оказаться решающим. В том смысле, что в случае возникновения такой войны, потери понесли бы бомбардировщики обеих сторон, но к целям у нас их прорвалось бы значительно больше, чем наших к целям в США. Требовалось принципиально иное средство доставки, полностью меняющее весь расклад.

Таким оказались ракеты, а масштаб задач вывел их в космос. А так как главной целью являлась национальная безопасность, то экономический вопрос - зачем - не стоял в принципе. Страны платили столько, сколько требовалось. Грубо говоря, инженеры говорили - надо то-то и то-то, в деньгах это выражается вот так. Дальше обсуждался только график платежей и календарный план загрузки смежников. Плюс к тому, экономика "Советского блока" формировала примерно 44 - 46% мирового ВВП того времени, что позволяло тратить на космос не просто много, а очень много денег. Но главное, что их размер (а значит и доступные возможности) был сопоставим с расходами, скажем так, конкурентов. Именно по этому СССР так быстро вывел на орбиту первый спутник, первого космонавта, первым вышел в открытый космос, поднял на орбиту первую станцию и т.п. Именно по этому ноздря в ноздрю с нами шли США. Потому что гонка велась не за космические рекорды, а за ту же национальную безопасность. И там денег не жалели точно также.

Но потом мир изменился. Он всегда меняется, у него базовое качество такое. Государства свою задачу решили. Есть ракеты. Есть спутники. Гнать дальше незачем. В то время как цена вопроса не просто осталась высокой, она увеличилась еще больше. И вот с этого момента мы в космической гонке начали проигрывать. Потому что продолжали видеть в ней только саму гонку, в то время как "наши зарубежные партнеры" вели процесс по привычной технологии, сложившейся буквально веками.

Государство для нужд ускорения переброски войск строит дорогу. Это облегчает и удешевляет логистику. Потому очень быстро по дорогам начинают ездить торговцы. Космос в это смысле от открытия Америки не отличается вообще ничем. Космическая гонка это не только ракеты и запуски, она стимулировала развитие связанных отраслей: материаловедение, материалообработка, станкостроение (в том числе - точное), электроника, производство элементной базы, вычислительная техника, прикладная математика и многих других.

Разница заключалась в том, что мы эти достижения в гражданском секторе реализовывали крайне слабо. Традиционный примат обязательной секретности. Поэтому коэффициент возврата инвестиций в космонавтику у нас был низок и таковым он остается по сей день. К сожалению, традиции это не всегда хорошо. Одним из вариантов традиции является инерция мышления. Мы по инерции достижения и открытия в основном прятали, в то время как США наоборот широко внедряли в частном секторе.

Самый известный тому пример - тефлоновые покрытия, которые буквально за пару лет стали обязательной принадлежностью каждой продаваемой сковородки. Но это не единственный пример. Бурное развитие западной электронной бытовой техники опиралось на коммерческую реализацию достижений в электронике. А технологии масштабных и быстрых математических расчетов пошли в область управления, моделирования физических процессов, прочностных и конструкционных расчетов, что дальше вылилось в разного рода CADы и компьютерную графику. А также базы данных, упрощающие и удешевляющие процессы управления. В том числе - в бизнесе.

Так вот, они все это в экономике реализовывали и получали прибыль. Мы - нет. Потому они инвестиции в космос отбили и получили возможность космическую экономику развивать дальше, а мы, при всех наших первоначальных лидерствах, постепенно скатились только к уровню извозчиков.

Теперь рассмотрим второй базовый вопрос - как выглядит космическая экономика. Потому что сейчас она уже устроена сильно не так, как мы привыкли о ней думать по нашей (!) инерции мышления. Где-то с пол года назад я писал подробную аналитику на эту тему. Если кому будет интересно, скажите, приведу ссылку. Там расписано с деталями. Здесь же зафиксирую только итоги.

Если взять все космические деньги за 100%, то получается примерно следующее. По происхождению они делятся на 65% частных и 35% - государственных. Причем государственные тоже делятся на 1/3 - чисто государственных нужд (военные и разведывательный спутники, тестирование будущих носителей ядерного оружия и прочие государственные потребности, оплачиваемые из бюджета) и 2/3 - доходы от сдачи госимущества в аренду. Например, для заброски на орбиту коммерческих грузов.

Это значит, что чисто бюджетных денег в отрасли вертится мало. Просто масштаб отрасли столь велик, что в абсолютных цифрах они производят глубокое впечатление. Однако главные деньги приносит все же бизнес. Например, ретрансляция сигнала связи и телевидения. Мониторинг поверхности земли. Частные системы коммерческого управления. Дистанционное резервирование коммерческих (прежде всего банковских) данных. Страхование. Если смотреть с этой стороны, то космическая экономика выглядит так: 61 - 65% - коммерческое использование космоса; 25 - 27% - производство космической техники (ракеты, спутники, двигатели, солнечные панели, электроника и т.п.); 8 - 14% - собственно услуги извоза, т.е. доставка полезной нагрузки на орбиту.

Так вот, когда я просил одну мою собеседницу описать ее понимание/видение космической экономики, я имел в виду именно это. Нравится оно кому или нет, но мир устроен не так, как нам хочется, а так, как он устроен сам. Во всем описанном выше раскладе мы занимаем только небольшое место в одном сегменте - извозе. Потому что во всех прочих Россия не представлена почти никак.

Производители чипов GPS с каждого проданного кристалла отчисляют "денежку малую" на содержание самой системы. Наш ГЛОНАС пока коммерческой эксплуатации не имеет и финансируется за счет бюджета и некоторых "внебюджетных фондов". Мы не производим орбитальные ретрансляторы. Прежде всего по причине утраты позиций в производстве собственной элементной базы. Потому, скажем, все российские ведущие операторы спутникового телевидения арендуют передающие и транслирующие мощности на чужих коммерческих спутниках. А значит каждый из примерно 30 млн. российских пользователей спутниковых телевизионных тарелок по 190 - 270 рублей из ежегодной абонентской платы отдает на поддержание и развитие зарубежной коммерческой космонавтики. Получается примерно по 8 млрд. рублей. Не сказать, что много. Всего каких-то 130 - 140 млн. долл. но... каждый год и только по одному пункту. Кроме них свою копеечку туда же отдают каждый покупатель любого устройства, где есть GPS (а это миллионы новых гаджетов и сотни тысяч новых автомобилей ежегодно). Список можно продолжать еще очень долго.

Однако помимо собственно денег, он имеет еще один важный момент. Кроме прибыли, деньги еще формируют загрузку и определяют ее характер. Даже в нашей части извоза почти 70% оборота и 90% прибыли получается за счет доставки на орбиту не российских грузов. Так что слушать про наши лидирующие позиции в космосе несколько смешно. В отдельных моментах мы, да, лидируем, но вот в космосе в целом - уже нет.

Более того, наше отставание определяется именно тем, что рынок давно формирует заказчик и он иностранный. Мы же по прежнему мыслим категориями только инженерными. Вот у нас есть такая ракета (в большинстве своем созданная под военное, а не коммерческое назначение) на ней мы и будем все возить. Кому не нравится - идите лесом. Но проблема в том, что подавляющее большинство заказчиков уже чистые коммерсанты, к тому же иностранные. И у них есть выбор. Более того, в нем они руководствуются своими, а не нашими, представлениями о целесообразности.

По этой причине мы оказались, мягко скажем, в очень затруднительном положении. Кто бы там что ни говорил про "оптом дешевле", более 57% коммерческих пусков сегодня требуют ракет грузоподъемностью примерно до тонны. А то и меньше, около 400 - 600 кг. полезной нагрузки на ГПО. В этом сегменте Россия не представлена вообще никак. Хотя, если слушать про наше традиционное превосходство, создать оптимальную для этих требований ракету, нам не должно составлять никакого труда. Это же почти вчерашний век. Это технологии 60х годов. Да мы должны вообще их одной левой. Но на практике, увы. Ни одного проекта не создано.

Более того, в реальности даже не разрабатывается. Почему - тема отдельная. Можно обсудить потом. Сейчас лишь фиксируем результат. Нашего предложения нет и судя по всему в ближайшие лет 20 не будет. А за это время сегмент окажется окончательно поделен среди множества конкурентов, потому что свои проекты под эту категорию носителей уже испытывают даже Бразилия и, по ряду сообщений, Пакистан. Это не говоря уже про Китай, Индию, Аргентину, Японию, и еще 26 стран. По моему мнению с нашим нынешним подходом к космонавтике мы сюда не сможем вернуться вообще. Слишком высок порог вхождения для мелкого частного разработчика, опирающегося только на "свой гараж", к тому же являющегося одним их сотни претендентов в тендере на доставку.

Запуск Falcon Heavy

Вот теперь мы наконец пришли к оценке запуска Falcon Heavy. Да, Дмитрий Конаныхин и Ефим Холодный для своих позиций основания безусловно имеют. Но только как инженеры, а не управленцы. Как бы смешно ни выглядела конструкция Маска в виде кучи мелких носителей, работающих разом, системно это достаточно грамотное решение. По ходу дела он отрабатывает сразу два варианта под два (а точнее, два с половиной) рыночных сегмента. Взятые отдельно Falcon это верхняя треть нижнего сегмента грузоподъемности и почти вся ширина среднего. А собранные в кучу дают тяжелый носитель. Причем, дают в целом дешево, ибо в подавляющем большинстве вариантов используются одни и те же базовые элементы, которые можно выпускать не штучно, а серийно, следовательно - дешево.

Грубо говоря, если на орбите появится новая МКС или, скажем, сборочная верфь для строительства марсианского корабля, то у Маска уже будет свой отработанный носитель подходящей грузоподъемности. И плевать, что он основан на старых двигателях полувековой давности. Потребителю это без разницы. Ему нужно другое - надежно, с гарантией и не дорого забросить его груз в нужную точку орбиты. Остальное - пустой детский гвалт на тему "кто на стенку выше писает".

А это как раз наш на сегодня основной сегмент в космонавтике. Мы гордимся тем, что никто не может толком возить космонавтов и грузы на МКС. Но почему кто-то думает, что это положение неизменным останется вечно?

Судя по темпам развития проекта Falcon снабжать МКС самостоятельно Маск сможет уже в пределах пары лет. Про конкурирующие проекты, например SLS от Boeing мы не забываем тоже. Хотя они от Маска заметно отстают, тем не менее работы там ведутся активно. И таких проектов уже набирается почти десяток. Значит как минимум пара - тройка успеха добьется точно. Но самое главное, проект МКС будет закрыт к 2023 - 2025 году, и мы лишимся своего главного рыночного сегмента, приносящего основную долю "внебюджетного финансирования" всей российской космонавтики.

При этом сам космос не умрет. Просто он станет еще больше "не нашим и коммерческим", а значит, с одной стороны, заказчики будут сильнее тяготеть "к своим" извозчикам, с другой - мы станем еще более уязвимы к любого рода санкциям. Для справки, одна из главных причин нашего провала в нижнем сегменте грузоподъемности заключается именно в иностранных санкциях, запрещающих привозить на российскую территорию "изделия, содержащие ключевые передовые технологии". Из-за них коммерческие заказчики говорят: ладно, в принципе ваше предложение нас устраивает, но только если пуск производить с не российской территории. Например, из французской Гвианы. Но на это пойти уже не можем мы. И тоже по целому ряду серьезных причин. А раз нет заказов, то и смысла за бюджетный счет разрабатывать ракеты этого класса тоже нет. Тупик.

Он усугубляется сокращением экономических возможностей РФ по сравнению с уровнем СССР второй половины ХХ века. Все же мы сегодня это всего менее 5% мировой экономики, что совсем не похоже на былые советские 45%. А значит и выделять на космос столько же ресурсов как тогда мы не можем по определению. Потому масштаб финансируемой бюджетом космической программы не позволяет нам содержать много "космических инженеров" и сохранять лидерство даже в традиционных для нас областях.

Собственно, это уже видно. Наших ресурсов хватает на обеспечение превосходства лишь в некоторых ключевых направлениях, но все они носят прежде всего военный характер. Остальное - по статочному принципу. От того мы уже, например, Энергию в автономный носитель больше пятнадцати лет переделываем и все никак не выйдем даже на стартовые испытания. Также медленно идут работы с "Ангарой". В сущности мы до сих пор эксплуатируем советский задел. Так что смеяться с "мерлинов" Маска тут по меньшей мере странно. Мы ведем передовые исследования? Отлично! Серийный образец где?

Остается рассмотреть последний аспект вопроса - зачем вообще кому-то нужен этот тяжелый носитель? На первый взгляд ответ чистых инженеров, как и чистых коммерсантов, абсолютно верен. Экономике он не нужен, так как в дальнем космосе не существует задач, способных окупить расходы на его создание и производство, а ближний космос многократно выгоднее и проще эксплуатировать как раз легкими и немного средними носителями. Но это если судить о вопросе только с позиций сиюминутной прибыли. Ибо существует на него и несколько другая точка зрения.

В нынешнем виде космонавтика сняла все научные сливки и не дает оснований для каких-либо серьезных прорывных открытий. По крайней мере, никто из ученых ничего такого на данный момент предложить не смог. В то же время мы ведь и на заре космической эры не представляли себе ни спутниковой связи, ни пользы от глобального позиционирования, ни важности и коммерческой нужности космического мониторинга земных процессов. Не говоря уже о таких чисто утилитарных моментах как тефлон.

Так что идти дальше надо просто потому, что надо. Потому что космонавтика имеет самый высокий промышленный мультипликатор, когда каждое рабочее место в ней создает более 23 рабочих мест в других отраслях. Например, чтобы удешевить те же солнечные панели, необходимо примерно на порядок больше редкоземельных металлов, чем мы добываем их сегодня. И еще желательно, чтобы они при этом обходились также на порядок дешевле нынешнего. А это означает потенциальную потребность в развертывании добычи на астероидах. Добираться до которых сегодня очень далеко и еще более дорого. Но как таковой смысл имеется.

Другое дело, что этого слона можно есть только по частям. В том смысле, что по пути к развертыванию экономически эффективных добывающих комплексов в поясе астероидов (это между Марсом и находящимся за ним Юпитером), сначала требуется решить целый ряд промежуточных технических задач. Причем сделать это может только государство, так как для бизнеса горизонты возврата капитала пока неприемлемо далеки.

О каких проблемах речь? Начать стоит с очевидного - с биологической защиты экипажа от космического излучения. Все наши орбитальные станции от него прикрывались магнитным полем земли (от 500 до 10 000 км в зависимости от направления относительно Солнца). Расстояние до Луны - 348 400 км, до Марса - 225 000 000 км. Так что если быстро, за несколько суток, слетать к Луне и вернуться домой относительно безопасно можно, то к Марсу на нынешнем техническом уровне - нет. Построить огромный и чертовски дорогущий корабль, которому до Марса лететь только в один конец свыше 200 дней, чтобы уже через месяц увидеть, как у экипажа начинают отрастать хвосты с чешуей - не самое разумное решение. Нужна биологическая защита. Только вот беда, в пределах околоземных орбит нет подходящих для тестирования условий. Нужно строить исследовательскую площадку где-то за пределами земной ионосферы.

Единственное ближайшее подходящее место - орбита Луны. Там станцию проще и дешевле удерживать над поверхностью. Проще решать задачи энергообеспечения. Плюс сразу можно отрабатывать не только биологию, но и повышать техническую надежность, совершенствовать жизнеобеспечение, тестировать технологии автономности, плюс отрабатывать спуск на поверхность и возврат с нее на станцию. По сравнению с Марсом там все меньше и легче. Кстати, по сравнению с Землей - тоже. Да и размер последствий в случае крупных крушений не сопоставим с земными.

Прошу заметить (обращаясь к Дмитрию Конаныхину) тут совсем без разницы, на каком принципе - химической или ионной тяге, - корабли к Луне (и потом к Марсу) будут летать. Хотя, не совсем так. Сдается мне, что на дистанции до Марса ионный может оказаться лучше. Но свои преимущества он вряд ли в должной мере покажет на лунной дистанции. Но это в целом не так важно, ибо речь идет только об одной из нескольких равнозначно важных и тяжелых задач.

Например, на нынешнем уровне технологий по жизнеобеспечению, мы не умеем создавать систем полной автономности. Пока воздух для дыхания, воду, продовольствие, поглотители углекислоты и тому подобные расходники на МКС мы возим с Земли. Если не ошибаюсь, грузовик туда ходит примерно каждую неделю. Это значит, что для полета на Марс только по этому вопросу на каждого космонавта потребуется килограмм 150 - 200 груза (если ошибаюсь в цифре, прошу уточнить) на каждые из 200 суток "туда", еще 200 суток "обратно" и какого-то количества суток "там" (допустим, их мы возьмем с потолка и это будет всего две недели для первого раза). Таким образом при одном члене экипажа речь идет о 82,8 т. груза. С учетом обязательного резервирования округлим цифру до 100 тонн. Два человека - 200 тонн. Четыре - 400 тонн.

Это не считая веса биологической защиты, бортового оборудования, посадочного модуля (тут можно малость смухлевать и заявить, что на первый раз спуск на поверхность Марса не предусматривается, а значит на этой массе возможно сэкономить), спускаемого аппарата назад на Землю (хотя и тут можно смухлевать, сказав, что "такси" будет ожидать на орбите и с собой его возить к Марсу не нужно). Но даже в этом случае общая масса конструкции легко приходит к отметке порядка 800 - 1000 тонн. Для понимания масштаба, это как от 2 до 3,5 МКС одновременно.

Понятно что целиком с поверхности Земли такое не поднять. Его придется стоить на космической верфи. Которую в свою очередь тоже придется построить сначала. И опять удобнее всего сделать это подальше от Земли. Так расходы на уход в межпланетный полет энергетически будут ниже, а значит и сам процесс экономически дешевле.

Этот корабль даже при очень большом желании собирать из деталей массой до тонны (малые носители) или даже до пяти тонн - слишком сильно смахивает на откровенный мазохизм. Тут даже 60 - 100 тонн не слишком много. Хорошо бы еще больше, но увы.

Но почему все же Луна? Потому что до нее лететь всего четверо суток, что значительно уменьшает размеры полезной нагрузки и вполне укладывается в возможности достижимого при наших нынешнем уровне технологий, носителе. И это должен быть только тяжелый носитель. Про атомные межорбитальные тягачи слушать интересно, но пока лишь в чисто академическом смысле. Для обсуждаемого масштаба задач достигнутый ими уровень пока решительно не годится. Если в будущем что-то изменится, к теме можно будет вернуться. Пока же исходим из того, что есть сейчас или может быть предложено в серийном исполнении в течение ближайших 2 - 3 лет.

Остается последний штрих. У США такой носитель есть. Да, он не до конца доведен. Да, он выглядит как забавная куча ракет на старых движках полувековой давности. Но учитывая все сказанное выше, пока именно этот подход является экономически наиболее эффективным. Потому что он позволяет использовать результаты в широкой гамме коммерческих предложений по доставке от мелких частных спутников, до грузов на орбитальную верфь, и грузов на лунную базу. В то время как мы, при заведомо меньших финансовых ресурсах, пытаемся создавать несколько параллельных не связанных между собой проектов, а в результате едва добиваемся успеха только с одним средним носителем. Тяжелый - только в обещаниях.

По этой же причине мы не можем формировать космический рынок и за счет его прибыли финансировать свои фундаментальные космические программы. У нас банально нет столько денег. Слишком дорого. Бюджету такое уже не потянуть. Но оборотной стороной оказывается необходимость встраиваться в чужие проекты. Причем делать это на позиции даже не младшего партнера, а младшего стороннего подрядчика, конкурирующего с прочими подрядчиками на не самых выгодных для нас условиях.

Так что патриотическими лозунгами можно махать сколь угодно много, однако объективная реальность такова. И решения нам нужно искать именно в ней, а не в сладких мечтах о нашем былом превосходстве. Времена изменились.

Так как статья и без того вышла очень объемной, я не буду касаться вариантов, в каком направлении нам бы следовало двигаться. Отмечу лишь, что они есть. И про "все пропало, мы все умрем, выхода нет" - тут речи не идет.

 

Источник