В XXI веке разворачивается новая космическая гонка — на этот раз на старте Соединенные Штаты и объединенная, мотивированная Европа. Хотя США и Европа являются партнерами во многих космических проектах, в то же время между ними идет соперничество за технологическое лидерство. Кто вырвется вперед в исследовании космоса — Америка или Европа? Современная космическая индустрия стремительно меняется: появляются частные компании, новые ракеты и двигатели. Рассмотрим возможности обоих игроков, их ключевые программы, а также «битву двигателей» между уже базовым американским Raptor и инновационным европейским ARCOS. Это позволит увидеть, способна ли Европа сократить отставание и догнать США в освоении космоса.
Возможности и амбиции США
США сегодня уверенно задают темп в космической отрасли. NASA осуществляет амбициозную программу Artemis — возвращение человека на Луну и создание лунной орбитальной станции Gateway. Первые этапы Artemis уже реализуются: в конце 2022 года NASA успешно запустила сверхтяжелую ракету SLS с кораблем Orion в беспилотный облет Луны, а в ближайшие годы планируется высадка астронавтов на лунную поверхность. Далее на очереди — цель отправить людей на Марс в 2030-х годах. Эти государственные программы США подкреплены значительным финансированием (бюджет NASA в несколько раз превышает бюджет ESA) и активным сотрудничеством с частным сектором.
Частные космические компании США стали отдельным двигателем прогресса. В первую очередь это SpaceX — компания, совершившая прорыв в многократных запусках ракет. Ее ракеты-носители Falcon 9 научились возвращать первую ступень и использовать ее снова: отдельные ускорители уже выполнили около 20 рабочих циклов, что значительно снизило стоимость доставки грузов на орбиту. SpaceX осуществляет рекордное количество стартов в год, а ее многоразовый грузовой корабль Dragon регулярно возит астронавтов NASA на МКС. Кроме SpaceX, в США действуют и другие гиганты: Blue Origin готовит к полетам тяжелую ракету New Glenn, компания ULA разрабатывает новый носитель Vulcan, а стартапы вроде Rocket Lab успешно запускают малые ракеты. В совокупности государственные и частные инициативы дали США ощутимое преимущество: Америка первой испытывает сверхтяжелые многоразовые системы, такие как колоссальный двухступенчатый комплекс Starship от SpaceX, способный выводить более 100 тонн на орбиту. Именно Starship планируется использовать как лунный посадочный модуль для программы Artemis и в дальнейшем для полетов на Марс. Итак, США имеют и опыт, и технологии: от самой длинной истории пилотируемых полетов (программа Apollo) до новаторских разработок сегодняшнего дня.
Иллюстрация сравнения размеров ракеты Vulcan Centaur от United Launch Alliance, Falcon Heavy от SpaceX, New Glenn от Blue Origin и Starship от SpaceX. Изображение: CNN
Возможности Европы: от Ariane до новых горизонтов
Европа представлена на космической арене коллективно — через Европейское космическое агентство (ESA) и национальные агентства стран ЕС. Объединив ресурсы многих государств, Европа создала собственную семью ракет-носителей Ariane и Vega, а также ведет широкие научные программы. Европейские космические достижения впечатляют: от успешных коммерческих запусков спутников ракетами Ariane 5 (которая более 15 лет была «рабочей лошадкой» мирового рынка запусков) до знаменитых научных миссий (Rosetta к комете, Mars Express на орбите Марса, телескоп Herschel и т.д.). ESA является ключевым партнером NASA в проектах: именно Европа производит Service Module (служебный модуль) космического корабля Orion для миссий Artemis, поставляет модули для станции Gateway и имеет в составе МКС собственный модуль Columbus. В то же время у Европы есть и очевидные ограничения: она до сих пор не имеет собственного пилотируемого корабля или возможности запускать людей (европейские астронавты летают на американских кораблях), а бюджеты и темпы развития уступают американским.
Сравнительное изображение европейских ракет-носителей Vega-C и Ariane 64, демонстрирующее различные варианты использования твердотопливных ускорителей P120 и перспективных P160. Изображение: ESA
Ракетно-космическая техника Европы сейчас сосредоточена на развитии следующего поколения носителей. В 2024 году на замену Ariane 5 пришла новая ракета Ariane 6 — модульная средне-тяжелая ракета-носитель от совместного предприятия ArianeGroup. Она призвана обеспечить Европе независимый доступ к космосу на десятилетия вперед, запуская спутники навигационной системы Galileo, научные аппараты и коммерческие грузы. Ariane 6 стала экономически эффективнее своей предшественницы, но, в отличие от американских Falcon 9, остается одноразовой (после запуска ее ступени сгорают или падают в океан). Европейские инженеры активно работают над технологиями многоразового использования: разрабатывается метановый двигатель Prometheus (аналогичный по назначению Merlin и Raptor от SpaceX) и экспериментальная многоразовая ступень Themis — они должны стать основой для будущей ракеты Ariane Next в 2030-х годах. Параллельно появляются новые игроки: ряд европейских стартапов бросился в «космический бизнес». Например, немецкие компании Isar Aerospace и Rocket Factory Augsburg разрабатывают малые орбитальные ракеты-носители, а испанская PLD Space в 2023 году осуществила успешный суборбитальный пуск микроракеты Miura-1.
Особое внимание Европа уделяет разработке инновационных двигателей. Традиционно европейские ракеты оснащались надежными, но консервативными двигателями на жидком водороде (например, Vulcain и Vinci для Ariane). Теперь же европейские инженеры стремятся освоить метановое топливо и новые конструкции. Флагманом здесь стала барселонская компания Pangea Aerospace, которая специализируется на ракетных двигателях и тесно сотрудничает с ESA. Она взялась создать то, что десятилетиями оставалось лишь теорией, — клиновоздушный двигатель (aerospike engine) для ракеты. Этот перспективный двигатель получил название ARCOS и рассматривается как шанс для Европы совершить технологический скачок.
Raptor vs ARCOS: поединок ракетных двигателей
Одним из ключевых факторов успеха в современной космической гонке являются ведущие ракетные двигатели. Сейчас в центре внимания — два сверхсовременных двигателя: американский Raptor и европейский ARCOS, которые могут определить преимущество той или иной стороны в ближайшие годы. Оба используют экологически чистое метановое топливо (метан + жидкий кислород), но представляют разные подходы к инженерии ракетных двигателей. Рассмотрим их особенности и сравним по ключевым параметрам.
Raptor — это разработка SpaceX, один из самых прогрессивных двигателей в мире. Он создан для ракеты Starship и уже установил несколько рекордов. Raptor работает по схеме полного потока (Full-Flow Staged Combustion) — сверхсложному, но очень эффективному циклу сгорания, где и топливо, и окислитель полностью проходят через турбины под высоким давлением. SpaceX — первая компания, которой удалось воплотить этот принцип в летном двигателе. Благодаря этому Raptor достигает чрезвычайно высоких показателей: его тяга превышает 2 МН (~200 тонн-силы), а удельный импульс (эффективность использования топлива) — около 327 с при уровне моря и до ~380 с в вакууме. Для сравнения, предыдущие поколения двигателей (например, Merlin на Falcon 9) имеют импульс ~282 с на уровне моря. Raptor работает при рекордном давлении в камере сгорания ~300 бар, что ставит большие требования к материалам и конструкции турбонасоса. SpaceX активно совершенствует этот двигатель: версия Raptor 2 стала проще в производстве и легче, подняв тяговооруженность (отношение тяги к массе) до ~150:1, а новейшая версия Raptor 3 еще больше повысила этот показатель (тяговооруженность ~184:1) и достигла тяги ~280 тонн. Raptor спроектирован многоразовым — каждый двигатель теоретически рассчитан на десятки (а то и сотни) запусков с минимальным обслуживанием. Несмотря на высокую сложность и стоимость, SpaceX за счет массового производства стремится удешевить Raptor. По словам Илона Маска, цель состоит в том, чтобы сделать двигатели настолько дешевыми и надежными, чтобы Starship мог выполнять регулярные «аэрокосмические рейсы» подобно авиалайнеру.
Европейский двигатель ARCOS принципиально отличается конструкцией сопла. Это клиновоздушный двигатель. Вместо привычного колоколообразного сопла, ограничивающего газовый поток стенками, использован конусообразный «клин» (в центре), вокруг которого расширяется струя. Преимущество такой схемы — автоматическая адаптация к внешнему давлению. Иными словами, aerospike-сопло работает эффективно на разных высотах: на уровне моря оно само «поджимает» струю, предотвращая расширение газов больше, чем надо, а в вакууме струя свободно расширяется без потерь. Благодаря этому аэроспайк сохраняет близкую к оптимальной тягу в течение всего полета, тогда как обычные двигатели имеют только одну точку оптимальной работы (на определенной высоте). Разница ощутима: считается, что клинопневматический двигатель может обеспечить на 10–15% большую эффективность по сравнению с традиционным соплом, а для больших ракет прирост теоретически может достигать и ~ 20%. Эта идея не нова — NASA еще в 1990-х проектировала экспериментальный aerospike-двигатель для шаттла X-33, но тогда технологии материалов не позволили довести дело до конца. Pangea Aerospace смогла довести концепцию до реальности благодаря 3D-печати металлов и новым жаростойким сплавам. В 2021 году в Германии провели первые успешные огневые тесты прототипа DemoP1 на метане и кислороде, который развил тягу 20 кН. Следующая версия, ARCOS, разрабатывается значительно мощнее — целевая тяга составляет ~750 кН (около 75 тонн), что подходит для верхних ступеней ракет среднего и тяжелого класса. Pangea планирует, что ARCOS сможет работать в связке с многоразовой ступенью: благодаря своей эффективности и компактности этот двигатель должен позволить возвращать и повторно использовать верхние ступени ракеты, чего пока никто, кроме SpaceX, даже не пытался сделать. Проект поддерживается Европой — в начале 2025 года консорциум во главе с Pangea получил грант €7,27 млн на доведение ARCOS до летного состояния. Первые испытания полноразмерного модуля прошли в 2023-м, и если разработка пойдет по плану, Европа получит первый в мире рабочий ракетный двигатель-аэроспайк.
Итак, Raptor и ARCOS оба являются ведущими метановыми двигателями, но воплощают разные подходы. Сведем их сравнение по основным аспектам.
Энергоэффективность: Оба двигателя демонстрируют высокий удельный импульс. Raptor за счет совершенного цикла сгорания достигает очень высокой эффективности (более 350 с в вакууме). ARCOS теоретически способен повысить эффективность на 10–15% в критических режимах старта, когда обычные двигатели теряют тягу из-за избыточного расширения газов. Это означает, что ракета с aerospike-двигателем может вывести больший груз при той же массе топлива или сэкономить топливо для маневров.
Подробная схема конструкции двигателя Raptor 3. Изображение: SpaceX
Сложность конструкции: Raptor — чрезвычайно сложный в инженерном плане двигатель. Полный цикл с двумя пребустерами требует сложной системы трубопроводов, турбонасосов и клапанов, которые работают под экстремальными давлениями. SpaceX удалось приручить эту технологию, но ценой многолетних испытаний и значительных инвестиций. ARCOS, напротив, — прост в цикле (вероятно, применена более простая схема подачи топлива вроде генераторного или ступенчатого цикла), но именно aerospike-сопло является технологическим вызовом. Большая площадь поверхности «клина» требует эффективного охлаждения, ведь на нее действует гигантский тепловой поток. Pangea решает это путем двухконтурного охлаждения: метан и кислород протекают через двухслойные стенки сопла, отбирая тепло. Без современной 3D-печати реализовать такие сложные каналы было бы невозможно. Итак, Raptor — сложный во внутренних компонентах, ARCOS — в форме и материалах, но оба проекта показали жизнеспособность выбранных решений.
Стоимость производства. SpaceX стремится радикально снизить цену Raptor за счет массового производства и унификации. Уже сейчас Raptor печатается на 3D-принтерах и собирается на поточной линии, что нетипично для ракетных двигателей. Конечная цель — получить большое количество относительно недорогих и многократно летающих двигателей. Однако сейчас Raptor все еще дорогой: высокоточные компоненты и жаропрочные материалы требуют значительных затрат, и Маск признавал, что нужны дальнейшие упрощения конструкции, чтобы сделать Starship экономически оправданным. ARCOS, как стартап-разработка, с самого начала ориентирован на аддитивное производство и более дешевые материалы. Pangea Aerospace хвастается, что новые сплавы и 3D-печать позволили сделать невозможное возможным — изготовить aerospike, который когда-то считался слишком дорогим и сложным для практики. Получив поддержку ESA и правительства Испании, Pangea работает над доведением технологии до серийного производства. Если удастся наладить выпуск ARCOS для европейских ракет, экономия топлива и потенциальная многоразовость могут компенсировать затраты на его создание.
Перспективы применения. Двигатель Raptor уже сегодня двигает космонавтику вперед — на нем построена система Starship, которая способна совершить прорыв в колонизации Луны и Марса. В случае успеха Starship с Raptor изменит правила игры: запуски станут на порядок дешевле, а объем грузов — на порядок больше. Европейский ARCOS пока не летал в космосе, но является стратегическим шансом для Европы сократить технологическое отставание. Если aerospike-двигатели покажут себя на практике, европейские ракеты следующего поколения смогут обойтись без сложных многоступенчатых схем (ведь один двигатель-аэроспайк эффективно работает и на старте, и в вакууме) или получат выигрыш в полезной нагрузке. Кроме того, ARCOS может сделать реальностью многоразовую верхнюю ступень — то, над чем сейчас работает SpaceX для Starship. Иными словами, Европа найдет собственную нишу инноваций, а не просто будет догонять американские решения.
ARCOS — шанс Европы догнать США
Разработка двигателя ARCOS является показательным примером европейской стратегии: делать ставку на инновации, которые могут стать «козырем» в конкуренции. В то время как США уже имеют преимущество в многоразовых ракетах, Европа стремится прыгнуть вперед за счет уникальных технологий. Клиновоздушный двигатель — именно такая технология, которая способна дать европейским носителям конкурентное преимущество. Если в ближайшие годы Pangea Aerospace успешно доведет ARCOS до эксплуатации, Европа сможет создать ракету с эффективностью, близкой к американским разработкам, а возможно, и превзойти их в некоторых аспектах. Конечно, один новый двигатель не решит всех проблем: нужно еще много инвестиций, испытаний и политической воли, чтобы внедрить эти решения в серийные ракеты. Однако ARCOS уже сейчас сплотил вокруг себя европейских инженеров и показал, что Европа готова рисковать ради технологического прорыва.
Догонит ли Европа Америку?
Итак, в современной космической гонке США пока удерживают лидерство благодаря сочетанию щедрого финансирования, государственных программ (Artemis) и беспрецедентной роли частных компаний. Европа, имея меньшие ресурсы и более бюрократическую структуру, отстает в аспектах скорости развития и масштабов проектов. Однако европейский подход — это марафон, а не спринт: постепенное наращивание возможностей через кооперацию и высокоточные инженерные решения. Программа Ariane дала Европе надежные ракеты, а новые инициативы вроде ARCOS могут обеспечить скачок в эффективности. Европа также активно сотрудничает с США (совместные миссии, обмен технологиями), поэтому частично выигрывают обе стороны.
Сможет ли Европа сравняться с Америкой? Можно сказать, что Европа уже претендует на отдельные «ниши» лидерства — например, в научных исследовательских миссиях или спутниковых технологиях. В сфере запусков и ракетных двигателей отставание еще ощутимо, но не критично. Если европейские страны продолжат инвестировать в инновации (такие, как многоразовые системы и клиновидные двигатели) и поддерживать своих инженеров и стартапы, то разрыв постепенно сократится. Вполне возможно, что уже в следующем десятилетии новая европейская ракета с двигателем-аэроспайком выйдет на старт и составит конкуренцию американским. В то же время, учитывая нынешние темпы SpaceX, догнать США будет нелегко — придется бежать со всех ног. Космос большой, и место под Солнцем найдется для всех, но гонка за первенство продолжается. Америка сегодня впереди, но Европа решительно держит курс и имеет несколько козырей в рукаве.
