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.
“ Эксперименты на МКС выглядят бледно даже в сравнении с программами, реализовывавшимися на "Мире" ”
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.
Алексей Песков
Газета "Военно-промышленный курьер", опубликовано в выпуске № 15 (778) за 23 апреля 2019 года
