PopularEditorialNew
BestОбсуждаемое

Легенда про Sea Dragon – найбільшу ракету з будь-коли придуманих людством

Програма Sea Dragon – оригінальна ідея американського піонера ракетобудування ВМС США капітана Роберта Труакса (який на той час був уже у відставці). За роки активної діяльності інженер відіграв ключову роль у розробці першої балістичної ракети підводного базування (БРПБ) Polaris, геофізичної безпілотної ракети Viking і балістичної ракети середньої дальності (БРСД) Thor.

Згодом, працюючи в компанії Aerojet General на початку 1960-х років, винахідник керував дослідженнями однієї концепції за контрактом з NASA. Результати було отримано у січні 1963 року. Капітан Труакс запропонував ракету, здатну виводити 550 тонн корисного навантаження на кругову орбіту довжиною майже 567 км. Це приблизно в чотири рази перевищувало вантажопідйомність Saturn V!

Із максимальною стартовою вагою 18 143 тонн Sea Dragon була настільки масивною, що її не можна було б запустити з землі, а довелося б тягти у море. (Труакс вважав це перевагою, оскільки зникла б необхідність у зведенні дорогого стартового комплексу на суші). Сама ракета була б 23 м у діаметрі і 150 м заввишки, не враховуючи баластної платформи, необхідної для занурення її дна під воду та утримання у вертикальному положенні. До того ж, капсула та аварійна вишка додали б ще 15 м.

Демонстрація занурення та взльоту Sea Dragon. Фото: AstroBidules

Роберт Труакс був прихильником міцних конструкцій з дуже великим потенціалом для майбутніх розробок. Для зниження витрат науковець запропонував використовувати відносно прості технології. Турбонасоси було замінено на двигуни з примусовою подачею палива під тиском. Компоненти горючого залишились такими ж, як у Saturn V.

Кожен ступінь мав лише один двигун. Перший для роботи використовував рідкий кисень і гас RP-1, розвиваючи близько 356 МН тяги (у 50 разів перевищуючи потужність F-1, встановленого на першому ступені Saturn). Рушій другого ступеня працював на рідких водні та кисні з тягою 63 МН (у 60 разів більше, ніж J-2, що застосовувався на розгінному блоці Saturn). У разі реалізації проекту двигуни RP-1 та LH2, безумовно, були б найбільшими з будь-коли побудованих.

Sea Dragon та Saturn V у масштабі. Фото: citizensinspace.org

Компанія Aerojet запропонувала побудувати Sea Dragon на верфі, використовуючи замість дорогих аерокосмічних елементів суднобудівні матеріали на місці. Цей «малобюджетний» промисловий підхід до виробництва став поштовхом до формування майбутніми інженерами концепції з проектування ракет-носіїв під назвою «Великий дурник» («Великий примітивний прискорювач», англ. Big Dumb Booster, BDB) або «Дизайн з мінімальними витратами» (англ. Minimal Cost Design, MCD).

Автори пропозиції вважали, що найкращий спосіб зменшити вартість запуску полягає не у повторному використанні обладнання, а у створенні дуже простого одноразового устаткування. Його масове виробництво було б можливим завдяки великим запасам недорогих матеріалів. Ці ідеї описано в книзі підполковника ВПС США Джона Лондона (зараз у відставці) «Як дешево потрапити на ННО?» (“LEO on the Cheap”), яка стала чимось на зразок «Біблії» для прибічників цілого проекту.

Фото: Air University Press

Проте саме у цьому моменті головний інженер розійшовся у поглядах зі своїми послідовниками. Труакс не підтримував виробництво великої кількості Sea Dragon та їх «викидання», а зрозумів, що завдяки багаторазовості обладнання можна досягнути низьких витрат. Ракета повинна була б повертатися на Землю із застосуванням гігантських подушок безпеки для її уповільнення та приводнення, а згодом відновлення та подальшої експлуатації. Однак про цей важливий аспект планування інженери проекту згадують рідко, коли посилаються на початковий дизайн ракети.

Згодом у процесі досліджень виникла ще одна проблема, яку прихильники вищеописаної концепції не помітили. Здавалося, ніхто не звернув увагу на економічний аспект програми. Аналіз витрат на розробку та конструювання ракети показав, що це було б не так уже й дешево, як вважала більшість.

«Загалом було підтверджено, що великі прості космічні апарати, які потім могли б повторно використовуватися, можуть бути дуже ефективними з погляду фінансування. Попередньо прогнозувалося, що загальна вартість проектування становитиме 2,836 мільярда доларів, а прямого польоту – від 10 до 20 доларів за фунт (0.45 кг — прим. ред.) корисного навантаження. Амортизація витрат на дослідження та розробку протягом проведення 240 польотів принесе прибуток від 20 до 30 доларів за фунт відправленого вантажу. Хоча жоден із елементів початкової концепції не виявився непридатним на практиці, технічну можливість використання такого носія так і не було продемонстровано».

Підсумки досліджень, проведених компанією Aerojet General

Усі цифри вказано у доларах 1962 року, що дорівнює приблизно 7,60 долара у 2013 (рік написання статті). Отже, загальна вартість проектування на той час склала б приблизно 21,55 мільярда доларів. Прямі експлуатаційні витрати становили б 75-150 доларів за фунт, якщо вірити дослідженню. (Ракета Sea Dragon не була б дешевою у використанні. Для її підтримки знадобився б також допоміжний корабель, а саме авіаносець з ядерною силовою установкою. Його реактор повинен був би виробляти рідкі водень та кисень, щоб «живити» транспортний засіб).

Ось і перший недолік розрахунків. Компанія Aerojet General планувала компенсувати витрати на науково-дослідні та дослідно-конструкторські роботи (НДДКР) за 240 польотів, які, як передбачалося, мали б відбутися протягом 10-20 років із частотою 12-24 запусків на рік. На жаль, вчені просто поділили загальну вартість на 240 і не взяли до уваги той факт, що долар щороку знецінюється.

Десять-двадцять років – це тривалий період для амортизації, і відсотки за цей час, звичайно, будуть значними. Навіть якщо Sea Dragon була б сконструйована як державний проект, як і планувалося, цього не можна ігнорувати. Тому гроші для розробки довелося б брати з державної скарбниці, відзвітовувати все та повертати відповідно до основного курсу.

Проте основна позика – це штучно занижена відсоткова ставка, яка не відображає ступеня ризику, властивого аерокосмічній програмі такого масштабу. Урядовим проектам це може зійти з рук, оскільки вони непомітно перекладають відповідальність на платників податків. Це називається «кумедною бухгалтерією». З іншого боку, приватні інвестори не допустять існування такої схеми. Як правило, вони очікуватимуть на внутрішню норму прибутку не менше 50% від такої надскладної місії, як ця.

Заглибившись у цифри, виявляється, що 21,55 мільярда доларів мають приносити річний дохід у розмірі 10,78 мільярдів, щоб повернути початкові вкладення та компенсувати інвесторам прийняті ними ризики. Це еквівалентно 449 мільйонам доларів за запуск із розрахунку 24 польотів на рік або 898 мільйонам доларів за запуск із розрахунку 12 польотів на рік. Це додає 408 доларів за фунт до вартості за запуск при 24 польотах на рік або 816 доларів за фунт при 12 польотах на рік.

Як підсумок, загальні витрати становитимуть 483-558 доларів за фунт при 24 польотах на рік або 891-996 доларів за фунт при 12 польотах на рік, що значно більше, ніж 150-300 доларів, як планувалось на початку.

Саме тут дослідження справді заходить у глухий кут. Навіть 12 польотів на рік – нереальний показник для запуску такого великого носія. Це еквівалентно 48 місіям Saturn V, зважаючи на те, що навіть в найінтенсивніший період «Аполлона» NASA ніколи не запускало більше двох ракет. Проект Sea Dragon ґрунтувався на урядовій програмі з захмарними амбіціями, яка так і не була реалізована (й насправді, ніколи свідомо не планувалася).

Візуалізація Sea Dragon перед Будівлею вертикального збору в Космічному центрі ім. Джона Кеннеді NASA. Фото: NASA

Простіше кажучи, уся МКС має масу приблизно 450 тонн. Sea Dragon мала б запускати 12 таких станцій на рік тільки для того, щоб відповідати найменшим вимогам. У разі невиконання плану економіка сильно занепала б. Із розрахунку шести польотів на рік, витрати становили б 1 707-1 782 доларів за фунт, а чотирьох – 2 574-2 599 доларів за фунт. Хоча з огляду на загальний світовий попит на запуски чотири-шість польотів на рік ще можна було б розцінювати оптимістично, справжньої ж потреби в утриманні ракети не було.

Прихильники концепції зазначатимуть, що зростання попиту можна очікувати, як тільки ракета стане більш дешевою та доступною. Можливо, але цей процес не буде миттєвим. На підготовку та конструювання корисного навантаження також потрібні роки, особливо якщо воно спонсорується урядом та проходить усі етапи державного фінансування. Підтримання ж масштабного проекту вимагатиме постійних вкладень. Тоді як інвестори «сподіватимуться» на відкриття нових ринків, вартість грошей все одно зростатиме.

Програма Sea Dragon страждала від того, що Макс Хантер, ще один піонер ракетобудування, назвав «тиранією тривіальних польотів». Навіть дуже оптимістичних 24 запусків, на які розраховувала компанія Aerojet, недостатньо для ефективного використання багаторазового транспортного засобу. Такий апарат повинен був би злітати сотню, а то й тисячу разів на рік! Ці темпи не сумісні з об’ємами корисного вантажу у мільйон фунтів ні зараз, ні в найближчому, ні навіть в далекому майбутньому.

Переоцінка вартості ракети-носія на ринку – класична помилка, що в результаті неодноразово призводила до невдач в історії космічних запусків. Це одна з причин, чому комерційно вигідний проект Shuttle припинив своє існування. І це та сама проблема, що спіткала відомого американського інженера Говарда Г’юза у його намаганнях підтримувати летючий човен «Г’юз Геркулес» (англ. Spruce Goose, дослівно «смерековий гусак») у робочому стані протягом багатьох років.

Джерело

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

41
Войдите, чтобы видеть ещё 19 комментариев, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Коррозийная Гвинн Шотвелл
Вечность назад

Поверить не могу что вот этот кусочек For All Mankind ещё не под постом)) https://www.youtube.com/watch?v=SRMDcC0QvFQ

Расточительный Эрролович
Вечность назад

Всі ці розрахунки собівартості і запиту на корисне навантаження виглядають смішно на фоні ціни SLS і плановому об'єму і массі корисного навантажені Starship.

Волшебный HAL 9000
Вечность назад

Расчёты классные, только 2 проблемы - это бумажный проект. Шаттлы тоже думали очень часто и дешево запускать и вторая проблема - никому не нужно столько грузов. Если бы было производство на орбите - другой вопрос, а так - в год на МКС летает не более 20-30т. Запихнуть в эту ракету кучу спутников и запустить... удачи, что уж там.

Показать скрытые комментарии

Загружаем комментарии...

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
Зарегистрируйтесь на сайте, чтобы не видеть рекламу, создавать и отслеживать темы, сохранять статьи в личные закладки и участвовать в обсуждениях
If you were unable to log in, try this link.