У XXI сторіччі розгортаються нові космічні перегони — цього разу на старті Сполучені Штати та об’єднана, вмотивована Європа. Хоча США і Європа є партнерами в багатьох космічних проєктах, водночас між ними точиться суперництво за технологічне лідерство. Хто вирветься вперед у дослідженні космосу — Америка чи Європа? Сучасна космічна індустрія стрімко змінюється: з’являються приватні компанії, нові ракети та двигуни. Розгляньмо можливості обох гравців, їхні ключові програми, а також «битву двигунів» між уже базовим американським Raptor та інноваційним європейським ARCOS. Це дозволить побачити, чи здатна Європа скоротити відставання і наздогнати США в освоєнні космосу.
Можливості та амбіції США
США сьогодні впевнено задають темп у космічній галузі. NASA здійснює амбітну програму Artemis — повернення людини на Місяць і створення місячної орбітальної станції Gateway. Перші етапи Artemis уже реалізуються: наприкінці 2022 року NASA успішно запустила надважку ракету SLS із кораблем Orion у безпілотний обліт Місяця, а в найближчі роки планується висадка астронавтів на місячну поверхню. Далі на черзі — мета відправити людей на Марс у 2030-х роках. Ці державні програми США підкріплені значним фінансуванням (бюджет NASA у кілька разів перевищує бюджет ESA) та активною співпрацею з приватним сектором.
Приватні космічні компанії США стали окремим двигуном прогресу. Передусім це SpaceX — компанія, що здійснила прорив у багаторазових запусках ракет. Її ракети-носії Falcon 9 навчилися повертати перший ступінь і використовувати його знову: окремі прискорювачі вже виконали близько 20 робочих циклів, що значно знизило вартість доставлення вантажів на орбіту. SpaceX здійснює рекордну кількість стартів на рік, а її багаторазовий вантажний корабель Dragon регулярно возить астронавтів NASA на МКС. Крім SpaceX, у США діють й інші гіганти: Blue Origin готує до польотів важку ракету New Glenn, компанія ULA розробляє новий носій Vulcan, а стартапи на кшталт Rocket Lab успішно запускають малі ракети. У сукупності державні та приватні ініціативи дали США відчутну перевагу: Америка першою випробовує надважкі багаторазові системи, такі як колосальний двоступеневий комплекс Starship від SpaceX, здатний виводити понад 100 тонн на орбіту. Саме Starship планується використати як місячний посадковий модуль для програми Artemis і надалі для польотів на Марс. Отже, США мають і досвід, і технології: від найдовшої історії пілотованих польотів (програма Apollo) до новаторських розробок сьогодення.
Можливості Європи: від Ariane до нових горизонтів
Європа представлена на космічній арені колективно — через Європейську космічну агенцію (ESA) та національні агенції країн ЄС. Об’єднавши ресурси багатьох держав, Європа створила власну сім’ю ракет-носіїв Ariane та Vega, а також веде широкі наукові програми. Європейські космічні досягнення вражають: від успішних комерційних запусків супутників ракетами Ariane 5 (яка понад 15 років була «робочою конячкою» світового ринку запусків) до знаменитих наукових місій (Rosetta до комети, Mars Express на орбіті Марсу, телескоп Herschel тощо). ESA є ключовим партнером NASA у проєктах: саме Європа виготовляє Service Module (службовий модуль) космічного корабля Orion для місій Artemis, постачає модулі для станції Gateway і має у складі МКС власний модуль Columbus. Водночас у Європи є й очевидні обмеження: вона досі не має власного пілотованого корабля чи можливості запускати людей (європейські астронавти літають на американських кораблях), а бюджети та темпи розвитку поступаються американським.
Ракетно-космічна техніка Європи наразі зосереджена на розвитку наступного покоління носіїв. У 2024 році на заміну Ariane 5 прийшла нова ракета Ariane 6 — модульна середньо-важка ракета-носій від спільного підприємства ArianeGroup. Вона покликана забезпечити Європі незалежний доступ до космосу на десятиліття вперед, запускаючи супутники навігаційної системи Galileo, наукові апарати та комерційні вантажі. Ariane 6 стала економічно ефективнішою за свою попередницю, але, на відміну від американських Falcon 9, залишається одноразовою (після запуску її ступені згорають або падають у океан). Європейські інженери активно працюють над технологіями багаторазового використання: розробляється метановий двигун Prometheus (аналогічний за призначенням до Merlin і Raptor від SpaceX) та експериментальний багаторазовий ступінь Themis — вони мають стати основою для майбутньої ракети Ariane Next у 2030-х роках. Паралельно з’являються нові гравці: низка європейських стартапів кинулася у «космічний бізнес». Наприклад, німецькі компанії Isar Aerospace та Rocket Factory Augsburg розробляють малі орбітальні ракети-носії, а іспанська PLD Space у 2023 році здійснила успішний суборбітальний пуск мікроракети Miura-1.
Особливу увагу Європа приділяє розробці інноваційних двигунів. Традиційно європейські ракети оснащувалися надійними, але консервативними двигунами на рідкому водні (наприклад, Vulcain і Vinci для Ariane). Тепер же європейські інженери прагнуть освоїти метанове паливо та нові конструкції. Флагманом тут стала барселонська компанія Pangea Aerospace, яка спеціалізується на ракетних двигунах й тісно співпрацює з ESA. Вона взялася створити те, що десятиліттями лишалося лише теорією, — клиноповітряний двигун (aerospike engine) для ракети. Цей перспективний двигун отримав назву ARCOS і розглядається як шанс для Європи здійснити технологічний стрибок.
Raptor vs ARCOS: двобій ракетних двигунів
Одним із ключових факторів успіху в сучасних космічних перегонах є провідні ракетні двигуни. Наразі у центрі уваги — два надсучасні двигуни: американський Raptor і європейський ARCOS, які можуть визначити перевагу того чи іншого боку в найближчі роки. Обидва використовують екологічно чисте метанове паливо (метан + рідкий кисень), але представляють різні підходи до інженерії ракетних двигунів. Розглянемо їхні особливості та порівняємо за ключовими параметрами.
Raptor — це розробка SpaceX, один із найпрогресивніших двигунів у світі. Він створений для ракети Starship і вже встановив кілька рекордів. Raptor працює за схемою повного потоку (Full-Flow Staged Combustion) — надскладним, але дуже ефективним циклом згоряння, де і пальне, і окисник повністю проходять через турбіни під високим тиском. SpaceX — перша компанія, якій вдалося втілити цей принцип у льотному двигуні. Завдяки цьому Raptor досягає надзвичайно високих показників: його тяга перевищує 2 МН (~200 тонн-сили), а питомий імпульс (ефективність використання пального) — близько 327 с при рівні моря і до ~380 с у вакуумі. Для порівняння, попередні покоління двигунів (наприклад, Merlin на Falcon 9) мають імпульс ~282 с на рівні моря. Raptor працює при рекордному тиску в камері згоряння ~300 бар, що ставить великі вимоги до матеріалів і конструкції турбонасоса. SpaceX активно вдосконалює цей двигун: версія Raptor 2 стала простішою у виробництві та легшою, піднявши тягоозброєність (відношення тяги до маси) до ~150:1, а новітня версія Raptor 3 ще більше підвищила цей показник (тягоозброєність ~184:1) і досягла тяги ~280 тонн. Raptor спроєктований багаторазовим — кожен двигун теоретично розрахований на десятки (а то й сотні) запусків із мінімальним обслуговуванням. Попри високу складність і вартість, SpaceX завдяки масовому виробництву прагне здешевити Raptor. За словами Ілона Маска, мета полягає в тому, щоб зробити двигуни настільки дешевими та надійними, щоб Starship міг виконувати регулярні «аерокосмічні рейси» подібно до авіалайнера.
Європейський двигун ARCOS принципово відрізняється конструкцією сопла. Це клиноповітряний двигун. Замість звичного дзвоноподібного сопла, що обмежує газовий потік стінками, використаний конусоподібний «клин» (у центрі), навколо якого розширюється струмінь. Перевага такої схеми — автоматична адаптація до зовнішнього тиску. Іншими словами, aerospike-сопло працює ефективно на різних висотах: на рівні моря воно саме «підтискає» струмінь, запобігаючи розширенню газів більше, ніж треба, а у вакуумі струмінь вільно розширюється без втрат. Завдяки цьому аероспайк зберігає близьку до оптимальної тягу впродовж всього польоту, тоді як звичайні двигуни мають лише одну точку оптимальної роботи (на певній висоті). Різниця відчутна: вважається, що кліноповітряний двигун може забезпечити на 10–15% більшу ефективність у порівнянні з традиційним соплом, а для великих ракет приріст теоретично може досягати й ~20%. Ця ідея не нова — NASA ще у 1990-х проєктувала експериментальний aerospike-двигун для шатла X-33, але тоді технології матеріалів не дозволили довести справу до кінця. Pangea Aerospace змогла довести концепцію до реальності завдяки 3D-друку металів та новим жаростійким сплавам. У 2021 році в Німеччині провели перші успішні вогневі тести прототипу DemoP1 на метані та кисні, який розвинув тягу 20 кН. Наступна версія, ARCOS, розробляється значно потужнішою — цільова тяга становить ~750 кН (близько 75 тонн), що придатно для верхніх ступенів ракет середнього та важкого класу. Pangea планує, що ARCOS зможе працювати у зв’язці з багаторазовим ступенем: завдяки своїй ефективності та компактності цей двигун має дозволити повертати та повторно використовувати верхні ступені ракети, чого поки що ніхто, окрім SpaceX, навіть не намагався зробити. Проєкт підтримується Європою — на початку 2025 року консорціум на чолі з Pangea отримав грант €7,27 млн на доведення ARCOS до льотного стану. Перші випробування повнорозмірного модуля пройшли у 2023-му, і якщо розробка піде за планом, Європа отримає перший у світі робочий ракетний двигун-аероспайк.
Отже, Raptor і ARCOS обидва є провідними метановими двигунами, але втілюють різні підходи. Зведемо їхнє порівняння по основних аспектах.
Енергоефективність: Обидва двигуни демонструють високий питомий імпульс. Raptor за рахунок досконалого циклу згоряння досягає дуже високої ефективності (понад 350 с у вакуумі). ARCOS теоретично здатен підвищити ефективність на 10–15% у критичних режимах старту, коли звичайні двигуни втрачають тягу через надлишкове розширення газів. Це означає, що ракета з aerospike-двигуном може вивести більший вантаж за тієї ж маси палива або зекономити паливо для маневрів.
Складність конструкції: Raptor — надзвичайно складний в інженерному плані двигун. Повний цикл із двома пребустерами вимагає складної системи трубопроводів, турбонасосів і клапанів, які працюють під екстремальними тисками. SpaceX вдалося приручити цю технологію, але ціною багаторічних випробувань і значних інвестицій. ARCOS, навпаки, — простий у циклі (ймовірно, застосована простіша схема подачі палива на зразок генераторного або ступінчастого циклу), але саме aerospike-сопло є технологічним викликом. Велика площа поверхні «клина» потребує ефективного охолодження, адже на неї діє гігантський тепловий потік. Pangea вирішує це шляхом двоконтурного охолодження: метан і кисень протікають через двошарові стінки сопла, відбираючи тепло. Без сучасного 3D-друку реалізувати такі складні канали було б неможливо. Отже, Raptor — складний у внутрішніх компонентах, ARCOS — у формі та матеріалах, але обидва проєкти показали життєздатність обраних рішень.
Вартість виробництва. SpaceX прагне радикально знизити ціну Raptor за рахунок масового виробництва й уніфікації. Вже зараз Raptor друкується на 3D-принтерах і збирається на потоковій лінії, що нетипово для ракетних двигунів. Кінцева мета — отримати велику кількість відносно недорогих двигунів, що багаторазово літають. Проте нині Raptor все ще дорогий: високоточні компоненти й жароміцні матеріали вимагають значних витрат, і Маск визнавав, що потрібні подальші спрощення конструкції, аби зробити Starship економічно виправданим. ARCOS, як стартап-розробка, з самого початку орієнтований на адитивне виробництво та дешевші матеріали. Pangea Aerospace хвалиться, що нові сплави та 3D-друк дозволили зробити неможливе можливим — виготовити aerospike, який колись вважався занадто дорогим і складним для практики. Отримавши підтримку ESA і уряду Іспанії, Pangea працює над доведенням технології до серійного виробництва. Якщо вдасться налагодити випуск ARCOS для європейських ракет, економія пального та потенційна багаторазовість можуть компенсувати витрати на його створення.
Перспективи застосування. Двигун Raptor вже сьогодні рухає космонавтику вперед — на ньому побудована система Starship, яка здатна здійснити прорив у колонізації Місяця і Марса. У разі успіху Starship з Raptor змінить правила гри: запуски стануть на порядок дешевшими, а обсяг вантажів — на порядок більшим. Європейський ARCOS поки що не літав у космосі, але є стратегічним шансом для Європи скоротити технологічне відставання. Якщо aerospike-двигуни покажуть себе на практиці, європейські ракети наступного покоління зможуть обійтися без складних багатоступеневих схем (адже один двигун-аероспайк ефективно працює і на старті, і у вакуумі) або отримають виграш у корисному навантаженні. Крім того, ARCOS може зробити реальністю багаторазовий верхній ступінь — те, над чим зараз працює SpaceX для Starship. Іншими словами, Європа знайде власну нішу інновацій, а не просто наздоганятиме американські рішення.
ARCOS — шанс Європи наздогнати США
Розробка двигуна ARCOS є показовим прикладом європейської стратегії: робити ставку на інновації, які можуть стати «козирем» у конкуренції. У той час як США вже мають перевагу у багаторазових ракетах, Європа прагне стрибнути вперед за рахунок унікальних технологій. Клиноповітряний двигун — саме така технологія, що здатна дати європейським носіям конкурентну перевагу. Якщо впродовж найближчих років Pangea Aerospace успішно доведе ARCOS до експлуатації, Європа зможе створити ракету з ефективністю, близькою до американських розробок, а можливо, й перевершити їх у деяких аспектах. Звісно, один новий двигун не розв’яже всіх проблем: потрібно ще багато інвестицій, випробувань і політичної волі, аби впровадити ці рішення у серійні ракети. Проте ARCOS уже зараз згуртував навколо себе європейських інженерів і показав, що Європа готова ризикувати заради технологічного прориву.
Чи наздожене Європа Америку?
Отже, в сучасних космічних перегонах США поки що утримують лідерство завдяки поєднанню щедрого фінансування, державних програм (Artemis) і безпрецедентної ролі приватних компаній. Європа, маючи менші ресурси й більш бюрократичну структуру, відстає в аспектах швидкості розвитку і масштабів проєктів. Проте європейський підхід — це марафон, а не спринт: поступове нарощування можливостей через кооперацію та високоточні інженерні рішення. Програма Ariane дала Європі надійні ракети, а нові ініціативи на кшталт ARCOS можуть забезпечити стрибок в ефективності. Європа також активно співпрацює зі США (спільні місії, обмін технологіями), тож частково виграють обидві сторони.
Чи зможе Європа зрівнятися з Америкою? Можна сказати, що Європа вже претендує на окремі «ніші» лідерства — наприклад, у наукових дослідницьких місіях або супутникових технологіях. У сфері запусків та ракетних двигунів відставання ще відчутне, але не критичне. Якщо європейські країни продовжать інвестувати в інновації (такі, як багаторазові системи та клиноповітряні двигуни) та підтримувати своїх інженерів і стартапи, то розрив поступово скоротиться. Цілком можливо, що вже у наступному десятилітті нова європейська ракета з двигуном-аероспайком вийде на старт і складе конкуренцію американським. Водночас, з огляду на нинішні темпи SpaceX, наздогнати США буде нелегко — доведеться бігти щодуху. Космос великий, і місце під Сонцем знайдеться для всіх, але перегони за першість тривають. Америка сьогодні попереду, та Європа рішуче тримає курс і має кілька козирів у рукаві.
