Минулої п’ятниці Китай став другою країною у світі, яка змогла здійснити посадку першого ступеня своєї ракети на морську баржу. Зроблено це було з метою її повторного використання у наступних запусках. Досі таку можливість реалізовували лише американські компанії.
Багаторазові ракети
Світ облетіла звістка, що Китайська аерокосмічна науково-технічна корпорація (CASC) успішно запустила в космос нову ракету «Чанчжен-10В». І не просто запустила, а змогла повернути її перший ступінь на Землю, здійснивши посадку на спеціальну баржу в морі.
Багато у кого ця звістка викликала шквал різноманітних емоцій — від захоплення до остраху. А все тому, що ця подія була розцінена як кінець американської монополії на можливість повернення перших ступенів ракет на Землю.
І тут важливо правильно розставити акценти: посадка першого ступеня на баржу чи наземний майданчик — це, безумовно, захопливе шоу. Однак сама по собі вона ще нічого не означає для космічної програми. Натомість справді велике значення має можливість повторно використовувати саме цей ступінь у наступних запусках, причому не один раз.
Взагалі прокляття одноразовості висить над світовою космонавтикою ще з 1960-х років. Кожний запуск людей чи вантажів на орбіту — це інженерне диво. Одна з найскладніших машин, створених людьми, має спрацювати відповідно до дуже складної програми. Але навіть у разі успіху цю складну машину розбивають об Землю.
І справа тут навіть не в тій неймовірній кількості грошей, яку на все це витрачають. В інших галузях так не роблять: дорогу техніку намагаються використовувати настільки довго, наскільки це можливо. Саме тому ще з 1960-х років інженери працюють над тим, щоб зробити космічні системи максимально багаторазовими.
Проти них працює формула Ціолковського, яка показує, що за сучасних технологій для виведення одного кілограма вантажу на орбіту необхідно витратити багато кілограмів палива, і все це паливо десь потрібно розмістити. Проте певних успіхів у цьому напрямку все ж вдалося досягти.
Першою спробою була програма Space Shutlle. Однак вона виявилася занадто дорогою для того, щоб стати проривом. Фактично багаторазовість була досягнута такою ціною, що отримана система в експлуатації вийшла дорожчою, ніж одноразові.
Скоріш за все, в майбутньому вчені таки повернуться до ідеї «космічного човника», і вона запрацює як треба, але не на сьогоднішньому рівні розвитку техніки. Саме тому протягом останніх 20 років основні зусилля спрямовані на те, щоб зробити багаторазовими окремі частини традиційних ракет — насамперед перший ступінь, який починає працювати одразу після старту, а за можливості й інші.
Як саджати ступінь
При цьому спочатку найбільше сумнівів викликала сама можливість конструкції першого ступеня витримати повторні стартові навантаження. Однак на практиці виявилося, що їх можна і 10 разів запускати в космос — SpaceX зі своїм Falcon 9 це вже поставили на потік.
Головне — не пошкодити конструкцію під час посадки. І саме тут починаються справжні труднощі. Парашутні системи для настільки важкої й водночас крихкої конструкції не підходять, навіть якщо приводнювати її. У такому разі виникають нові проблеми: ракета може затонути, а морська вода швидко спричиняє корозію. Точніше, спроби використовувати такий підхід є, але поки що вони не дали бажаного результату.
Саме тому мейнстримом стала спроба саджати ракету на реактивній тязі. З погляду інженера 1970-х — страшенні витрати, але з погляду економіста 2000-х, який порахував вартість палива, ракети й корисного навантаження, яке «недовідправили» на орбіту, — єдино можливий розумний варіант.
Перетворити падіння з висоти кількох десятків кілометрів на зависання над чітко визначеною точкою за кілька метрів від поверхні — не така вже й складна задача, якщо всі системи ракети працюють штатно. Найскладнішим є останній етап — перехід від ракети, що зависла на реактивній тязі, до ракети, яка неушкоджено стоїть на посадковому майданчику.
Люди, які стежили за космічною програмою SpaceX, знають, скільки разів ступінь перевертався в останній момент, попри наявність на ньому розкладних «лап». Саме тому для значно більшого першого ступеня Starship від цього принципу вирішили відмовитися. Поки що його просто приводнюють в океані, що аж ніяк не сприяє повторному використанню. У перспективі ж ступінь має підхоплювати гігантська механічна «клешня» стартової вежі в момент зависання.
Інша проблема: час від часу навіть у SpaceX ракета таки не працює як треба. І тоді її навіть не намагаються рятувати. І саме на випадок таких моментів посадки намагаються здійснювати на баржу якомога далі від берега. Надто вже великий радіус, в якому вона може впасти у разі повного вимкнення двигуна, і дуже не хочеться, аби вона впала на чийсь будинок.
Китайська спроба
Китай у цій історії з’явився не зненацька. Піднебесна розпочала свою космічну програму ще у 1970-ті роки, але до початку ХХІ століття вважалася аутсайдером, аж поки не виявилося, що КНР — одна з дуже небагатьох держав, які вважаються космічними, здатна самотужки вивести корабель з астронавтом на орбіту.
Відтоді вони нарощують темп, прагнучи витіснити США з позиції лідера. Про плани китайців реалізувати повернення і повторне використання ступенів відомо вже кілька років. При цьому цим займаються не тільки офіційні космічні агенції, такі як CASC, а й комерційні компанії.
Їм навіть необов’язково точно копіювати рішення SpaceX. Те, що вони використовують саме такий спосіб порятунку ракети, зовсім не означає, що він є єдино можливим чи оптимальним. Це та технологія, яку їм з великими проблемами вдалося опанувати.
Рішення китайців саджати ступінь саме на баржу, а не на суходіл, — цілком очікуване. Зрештою, саме у них у 1996 році ракета «Чанчжен-3B» впала на житлові будинки, й вони явно не хочуть, щоб це повторилося.
У тому, що китайці вирішили не повторювати трюку з опорами, теж немає нічого дивного. Конструкція з купою тросів, на які ловлять ракету під час зависання, нічим не гірша. Вона тільки на вигляд складна, головне — переконатися, що ракета зависла.
«Чанчжен-10B»
Окремо треба сказати про ракету «Чанчжен-10B». Вона формально є одним із варіантів «Чанчжен-10», про розробку якої КНР оголосили вже дуже давно і яка призначена насамперед для відправлення астронавтів на Місяць на кораблі «Меньчжоу».
Однак розробка пілотованої місії на наш супутник проходить вкрай повільно. Тому останні кілька років китайці намагаються створити менші варіанти цього надважкого носія (за своїми характеристиками й конструкцією він найбільше нагадує Falcon Heavy).
І в першу чергу це має бути «Чанчжен-10А» — носій, призначений для виводу пілотованих апаратів на орбіту Землі. Не секрет, що «Чанчжен-2F», який зараз виводить на орбіту космічні кораблі «Шеньчжоу», — це анахронізм, остання версія ракети 1970-х років, яка досі літає в космос.
Та й сам «Шеньчжоу» теж морально застарів і потребує заміни, наприклад, на орбітальний варіант того ж «Меньчжоу». І саме їх має замінити новий комплекс на основі «Чанчжен-10А», перший тестовий політ якого відбувся в лютому цього року. Але багаторазовість китайці вперше випробовують не на ньому, а на іншому варіанті «Чанчжен-10», спеціально створеному під цю задачу.
При цьому зараз представники CASC говорять про «Чанчжен-10B» тільки як про носій для запуску вантажів. Це, звичайно, надасть чималі переваги китайській космічній програмі, але виникає питання: а що ж із «Чанчжен-10А»? Бо збільшення ступеня багаторазовості у пілотованій космонавтиці — значно більша перемога, ніж у безпілотній.
Що далі?
У будь-якому разі сама по собі посадка першого ступеня китайської ракети на баржу означає не так уже й багато. Однак у CASC вже заявили, що спробують повторно використати його під час наступного запуску настільки швидко, наскільки це буде можливо.
І це вже справді буде щось. При чому не стільки економічна перевага, скільки демонстрація можливості КНР конкурувати зі США у сфері космічних технологій. І тоді виникне питання, наскільки складно застосувати те, що може «Чанчжен-10B» до «Чанчжен-10А», і головне — до «Чанчжен-10». Бо якщо цю технологію з тросами на баржі можна відносно просто перенести хоча б на орбітальні пілотовані польоти (а така можливість для «Чанчжен-10А» анонсована), це вже урівнює Китай зі SpaceX, найбільш успішною комерційною компанією США.
Якщо ж CASC таки навчить літати найбільшу з ракет сімейства, а окремі її елементи зробить багаторазовими, це взагалі виводить КНР уперед в місячних перегонах. Плани такі є, але поки що вони звучать як фантазії.
Але якщо ці плани вдасться реалізувати, наздогнати Китай США буде вкрай непросто. Адже Falcon Heavy — найближчий американський аналог «Чанчжен-10» — вже експлуатується й використовує багаторазові бічні прискорювачі, уніфіковані з Falcon 9. Водночас ця ракета ніколи не проєктувалася для пілотованих польотів, тим більше — для місій на Місяць. Натомість SLS, яку спеціально створили для пілотованих місячних експедицій, із самого початку не розглядали як багаторазову. Щобільше, програма й досі стикається з труднощами навіть у забезпеченні регулярних запусків.
Starship має поєднати в собі багаторазовість і можливість виконувати пілотовані місії. Проте навіть простий орбітальний політ без корисного навантаження він здійснив лише нещодавно. Тому Китай справді може на деякий час випередити США в освоєнні космосу. Але й це не станеться миттєво — реалізація китайських планів також потребуватиме років.
