Проект Falcon 9. Успешная посадка первой ступени и перспективы рынка

22 декабря произошло событие, которое может войти в историю мировой космонавтики. Американская компания SpaceX провела очередной успешный запуск ракеты-носителя Falcon 9 с полезной нагрузкой в виде нескольких космических аппаратов, после чего ее первая ступень вернулась на землю и совершила штатную посадку. Таким образом, впервые в истории программы Falcon удалось не только вывести на орбиту полезную нагрузку, но и осуществить успешную посадку первой ступени ракеты-носителя. Ожидается, что в будущем это позволит значительно сократить стоимость вывода грузов на орбиту и тем самым осуществить настоящую революцию в космической области.

Запуск ракеты-носителя Falcon 9 модификации v1.2 состоялся 22декабря в 01:29 по Гринвичу со стартовой площадки SLC-40 космодрома на мысе Канаверал. На борту ракеты находились 11 спутников серии Orbcomm-G2. По имеющимся данным, пуск прошел в штатном режиме. Первая ступень вывела ракету на заданную высоту, после чего отделилась и вернулась на соответствующую площадку космодрома. Вторая ступень после этого вывела полезную нагрузку на орбиту высотой 620х640 км. Необходимо отметить, что успешные запуски ракет Falcon 9 с полезной нагрузкой, в том числе в виде макетов, осуществляются с 2010 года, однако в этот раз впервые удалось выполнить полет по программе, полностью отвечающей исходным требованиям проекта. Главной целью запуска было возвращение первой ступени на землю, после чего ее, как ожидается, можно будет использовать для строительства новой ракеты-носителя.


Через 140 с после запуска первая ступень подняла ракету-носитель на высоту порядка 72 км, скорость полета при этом достигала 6000 км/ч. После произошло отключение двигателей первой ступени и ее отсоединение от остальных агрегатов ракеты. На четвертой минуте полета прошла команда на начало маневрирования перед возвращением на землю. Три двигателя обеспечили разворот ступени для перевода на нужную траекторию. На девятой минуте полета ступень начала вход в плотные слои атмосферы, после чего стартовало торможение при помощи двигателей. Непосредственно перед посадкой двигатели вновь заработали в режиме торможения, при этом были выпущены посадочные опоры. Через 9 мин 44 с после старта первая ступень ракеты-носителя успешно опустилась на посадочную площадку №1 космодрома на мысе Канаверал.


Предстартовая подготовка ракеты-носителя Falcon 9 v1.2, 21 декабря


Напомним, ракета-носитель Falcon 9 v1.2 представляет собой самую новую модификацию семейства, отличающуюся от предшественников рядом нововведений. Главной целью проекта при этом было обеспечение возврата отработавшей первой ступени при запуске полезной нагрузки на любые орбиты. Изменения коснулись конструкции и емкости топливных баков, были усилены силовые элементы первой ступени и т.д. Повышение характеристик привело к росту габаритов и веса ракеты. Ее стартовая масса выросла до 541,3 т, а длина увеличилась до 70 м. Масса полезной нагрузки осталась на прежнем уровне.

Важнейшим нововведением проекта Volume 1.2 стало использование модернизированных двигателей Merlin 1D, отличающихся от предшественников повышенной тягой. Примечательно, что эта версия двигателей развивает полную тягу, допускаемую конструкцией. В случае с предыдущими двигателями имело место намеренное ограничение тяги. В новой конфигурации девять двигателей первой ступени развивают тягу на уровне 6806 кН на уровне моря, а единственный двигатель второй ступени дает тягу порядка 930 кН. За счет изменения тяги время работы двигателей первой ступени сокращено до 162 с, максимальное время работы двигателя второй ступени – 397 с.

На протяжении последних лет компания SpaceX занималась отработкой алгоритмов возвращения и посадки первой ступени. Изначально выполнялись имитационные посадки на воду, после чего появилась возможность начала полноценных испытаний с приземлением на сухопутные площадки или специальные морские суда. Ряд запусков, позволивших вывести на орбиту полезную нагрузку, не завершился удачной посадкой: первые ступени ракет-носителей регулярно получали различные повреждения или разрушались. Только 22 декабря 2015 года удалось провести торможение, спуск и посадку без каких-либо проблем. Возвращаемая ступень успешно выполнила все необходимое маневрирование и совершила мягкую посадку на заданной площадке.

Компания-разработчик ракеты-носителя Falcon 9 довольна своим успехом. Недавний запуск завершился успешным выполнением всех поставленных задач и подтверждает принципиальную возможность реализации существующих планов. Компания SpaceX намерена не только создать проект, но и начать полноценную эксплуатацию новой ракеты-носителя. Достаточно давно специалисты компании-разработчика рассказали о преимуществах предлагаемой архитектуры ракеты и плюсах от возвращаемой первой ступени. За счет возвращения на землю первой ступени, оснащенной девятью достаточно сложными и дорогими двигателями семейства Merlin, планируется резко сократить стоимость запуска ракет и тем самым уменьшить цену доставки грузов на орбиту.

По имеющимся данным, сейчас специалисты SpaceX занимаются изучением возвращенной первой ступени. Результатом этого исследования должна стать оценка работоспособности агрегатов и определение возможности их повторного использования. Далее, таким образом, понадобится провести еще один пуск, который поможет доказать возможность повторного применения уже летавшей ступени. Точные сроки повторного запуска пока не уточнялись. Следующий запуск ракеты Falcon 9 планируется на январь следующего года, но будет ли в нем использоваться уже испытанная первая ступень – пока неизвестно.

Компания-разработчик утверждает, что использование многоразовых первых ступеней позволит добиться значительного сокращения стоимости запуска. Возможность такой работы пока не подтверждена испытаниями, но авторы проекта смотрят в будущее с оптимизмом. Более того, примерное расписание запусков ракет Falcon 9 с той или иной полезной нагрузкой определено на ближайшие несколько лет. Одновременно с практическими запусками будут осуществляться различные исследования, направленные на достижение поставленных целей.


Старт ракеты, 22 декабря (21 декабря по местному времени)


Как видим, до начала полноценной эксплуатации ракет-носителей с многоразовыми первыми ступенями пока далеко. Тем не менее, уже сделан первый реальный шаг в направлении достижения этой цели. Сколько времени займет весь процесс по освоению новых технологий, пока говорить трудно. Вероятно, реальные результаты будут достигнуты к концу текущего десятилетия. Таким образом, в самом ближайшем будущем в космонавтике может произойти настоящая революция.

Ракета-носитель Falcon 9 v1.2 пока решила поставленную задачу только частично: выполнен только один успешный запуск с возвращением и штатной посадкой первой ступени. Тем не менее, учитывая темпы разработки и реализации проекта, уже сейчас необходимо строить прогнозы на будущее и пытаться предугадать, какие результаты для мировой космонавтики будет иметь появление полноценной работоспособной многоразовой ракетной системы. Можно предположить, что завершение проекта Falcon 9 сможет затронуть и российскую космическую программу, являющуюся одной ведущих в мире.

В текущей конфигурации ракета-носитель Falcon 9 способна вывести на низкую опорную орбиту полезную нагрузку весом до 13,15 т. Для геопереходной орбиты этот параметр составляет 4,85 т. Таким образом, по основным параметрам новейшие ракеты-носители зарубежной разработки не уступают существующим российским системам аналогичного класса или даже превосходят их. С учетом обещаемого сокращения стоимости запуска проект Falcon 9 может представлять угрозу для дальнейшего будущего ракет семейства «Союз-2» и легких версий «Ангары».

Таким образом, в обозримом будущем основные российские ракеты-носители, в том числе самые новые, смогут сохранять свои позиции на рынке услуг по выводу космических аппаратов на орбиты с различными параметрами. В случае с более отдаленной перспективой ситуация может выглядеть хуже. При существующих характеристиках и возможности сокращения стоимости запусков ракета Falcon 9 в нынешней или новых версиях способна отвоевать определенную долю рынка, потеснив как российские, так и зарубежные аналоги. Вполне возможно, что на определенном этапе объемы запусков таких ракет будут ограничиваться только производственными возможностями компании-разработчика.

Тем не менее, российская космонавтика вполне способна сохранить за собой некоторые из освоенных секторов рынка, а также увеличить свое присутствие в них. В настоящее время наша страна располагает тяжелой ракетой-носителем «Протон-М», которая способна выводить на НОО до 23 т груза и порядка 6,75 т на ГПО. Кроме того, ведется разработка нового проекта «Ангара-А5». Перспективная ракета сможет поднимать на низкую опорную орбиту не менее 24 т и на геопереходную – 5,4 т. К середине следующего десятилетия планируется разработать модификацию «Ангара-А5В» с повышенными характеристиками, которая сможет поднимать на НОО до 35-38 т и на ГПО – до 12 т.

Компания SpaceX параллельно с работами по средней ракете-носителю Falcon 9 проектирует тяжелую системы Falcon Heavy с повышенными характеристиками. Утверждается, что эта ракета сможет доставлять на низкую опорную орбиту порядка 53 т груза и до 21,2 т на геопереходную. Разработка проекта Falcon Heavy была анонсирована в 2011 году, а первый запуск изначально планировался на 13-й. В дальнейшем сроки первого пуска, равно как и стоимость, неоднократно корректировались. На данный момент первый запуск запланирован на май 2016 года. Запуск 6,4 т на геопереходную орбиту оценивается в 90 млн долларов США.

В проекте тяжелой ракеты предполагается использовать наработки по Falcon 9, а именно возвращаемые на землю элементы конструкции. Именно за счет этого предлагается уменьшить стоимость запуска и вывода различных грузов на определенные орбиты.

В рамках проекта Falcon Heavy планируется создать ракету-носитель с уникально высокими характеристиками, однако пока это лишь намерения, не подкрепленные практическими результатами. Первый прототип перспективной ракеты взлетит не ранее конца весны следующего года, после чего некоторое время уйдет на отработку различных элементов проекта. Как следствие, сроки реального получения заявленных максимальных характеристик пока не определены. Более того, они могут значительно сдвигаться вправо из-за проблем на том или ином этапе, связанных с необходимостью возвращения некоторых модулей ракеты.

Можно предположить, что дальнейшие перспективы программы Falcon, реализуемой компанией SpaceX, выглядят не вполне однозначно, но в целом позитивно. Существующая ракета Falcon 9 среднего класса уже успешно справляется с доставкой грузов на орбиту, хотя и не отличается успехами в деле возвращения отработавшей первой ступени на землю. Из нескольких полетов, в программе которых была предусмотрена эта процедура, успехом завершился только один. Получится ли повторить этот успех в обозримом будущем – пока не совсем понятно. Тем не менее, уже можно говорить о появлении новой конкурентоспособной ракеты-носителя, которая может потеснить другие системы и занять свое место на рынке.


Посадка первой ступени после полета


Что касается проекта Falcon Heavy, то его перспективы пока туманны. При выполнении существующих планов эта система действительно способна отвоевать заметную долю рынка и отобрать заказы у космических агентств других стран. Тем не менее, разработка этого проекта еще не завершена и, по-видимому, она сталкивается с определенными трудностями. Как следствие, сроки запуска такой ракеты неоднократно сдвигались, а дальнейшие работы будут усложнены как особенностями конструкции тяжелой ракеты-носителя, так и требованиями относительно возвращения агрегатов с последующим повторным использованием.

Что касается перспектив отечественной космической отрасли в свете достижений SpaceX, то ситуация в этой области может быть связана с определенными проблемами. На рынке «космических грузоперевозок» появился перспективный конкурент, который вполне способен отвоевать заметную долю клиентов в секторе легких и средних по массе космических аппаратов. Кроме того, этот конкурент намеревается получить место и в тяжелом секторе, для чего разрабатывает соответствующую ракету.

К счастью для отечественных и зарубежных компаний космической отрасли, в ходе борьбы за рынок компании SpaceX придется столкнуться с множеством конкурентов в лице признанных лидеров рынка из России, США и Европы. Поэтому борьба за рынок вряд ли будет простой, причем это будет касаться и среднего, и тяжелого секторов. Кроме того, не следует забывать, что еще не все главные проблемы решены, из-за чего программа Falcon пока не имеет планируемых преимуществ перед конкурентами.

Тем не менее, несмотря на все вопросы деления рынка, нельзя не признать, что недавний запуск действительно является знаковым событием в истории мировой космонавтики. Он показывает, что частные компании космической отрасли действительно способны не только строить новую технику, но и решать некоторые вопросы, опережая в этом деле признанных лидеров в лице государственных агентств и других структур. 22 декабря частной компании удалось не просто вывести на орбиту груз, но и обеспечить возвращение первой ступени ракеты-носителя на посадочную площадку. Хотя дальнейшие перспективы ракетной техники и рынка пока могут быть предметом споров, вряд ли кто-то не согласится с тем, что в истории космической отрасли начинается новая эпоха.


По материалам сайтов:
http://spacex.com/
http://astronautix.com/
http://spacenews.com/
http://khrunichev.ru/
http://tass.ru/
http://ria.ru/
https://flightglobal.com/
Автор:
Рябов Кирилл
Использованы фотографии:
SpaceX / Flickr.com/photos/spacexphotos/
Ctrl Enter

Заметив ошибку в тексте, выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter

149 комментариев
Информация

Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо зарегистрироваться.
Уже зарегистрированы? Войти