PopularEditorialNew
BestОбсуждаемое

Первопроходец

  • Название оригинальной статьи — Prime mover.
    Это многозначное устойчивое словосочетание.
    Другие варианты перевода: первичный двигатель, основная движущая сила, главный движитель, главный инициатор, тягач, первопричина, вдохновитель, премьер-министр;
    кто-то, кто имеет большое влияние в начале чего- то важного (Cambridge Dictionary).

Журнал Science (Vol 377, Issue 6607), 11 августа 2022 года, Сара Скоулз

Starship станет самой большой ракетой в истории. Готовы ли ученые, изучающие космос, воспользоваться этим?

Ракетная компания SpaceX предполагает использовать флот Старшипов для создания человеческих аванпостов на Марсе, как показано в концепте художника. Credit: SPACEX
Ракетная компания SpaceX предполагает использовать флот Старшипов для создания человеческих аванпостов на Марсе, как показано в концепте художника. Credit: SPACEX

Миссия спутника NASA по наблюдению и зондированию лунных кратеров (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite mission) была жестокой и короткой. Она началась 9 октября 2009 года, когда корпус отработавшей ступени ракеты «Кентавр» врезался в кратер Кабеус, недалеко от южного полюса Луны, с силой около 2 тонн тротила. И она закончилась несколькими минутами позже, когда космический аппарат пролетел и проанализировал поднявшийся шлейф обломков, прежде чем тоже разбиться. Около 6% шлейфа составляла вода, предположительно в виде льда, застрявшего в затененных глубинах кратера, где температура никогда не поднимается выше -173°C. Оказалось, что Луна не такая уж сухая, как считали астронавты «Аполлона». «Это было наше первое подтверждение того, что на Луне есть водяной лед», — говорит Дженнифер Хелдманн, ученый-планетолог из Исследовательского центра Эймса NASA, которая работала над этой миссией.

Сегодня Хелдманн хочет отправить еще одну ракету для исследования лунного льда, но не в один конец. Она положила глаз на Starship, гигантский корабль, разрабатываемый частной ракетной компанией SpaceX, который станет самым большим летающим объектом, который когда-либо видел мир. С помощью Starship Хелдманн сможет отправить на Луну 100 тонн, что более чем в два раза превышает лунную нагрузку Saturn V, рабочей лошадки миссий Apollo. Она мечтает о доставке роботов-экскаваторов и буров, а также об извлечении льда из морозильных камер на борту Starship, который может вернуться на Землю с десятками тонн груза. Анализируя такие характеристики, как изотопный состав льда и его глубину, она могла бы узнать о его происхождении: сколько его было получено в результате бомбардировки кометами и астероидами миллиарды лет назад, а сколько — в результате медленного, стабильного внедрения солнечным ветром. Она также сможет выяснить, где лед достаточно обилен и чист, чтобы поддерживать человеческие аванпосты. «Это высокоприоритетная наука, и она также имеет решающее значение для исследований», — говорит Хелдманн.

SpaceX рассчитывает запустить 120-метровый Starship в свой первый орбитальный испытательный полет в ближайшие месяцы. Credit: SPACEX
SpaceX рассчитывает запустить 120-метровый Starship в свой первый орбитальный испытательный полет в ближайшие месяцы. Credit: SPACEX

Когда генеральный директор SpaceX Илон Маск говорит о Starship, речь идет в основном о пилотируемых полетах и исследованиях — о создании баз на Марсе и превращении людей в многопланетный вид, спасении цивилизации от вымирания. Но Хелдманн и многие другие считают, что эта тяжелая ракета-носитель может также радикально изменить работу ученых, изучающих космос. Они смогли бы чаще запускать более крупные и тяжелые приборы — и гораздо дешевле, если верить прогнозам SpaceX о стоимости запуска грузов всего в 10 долларов за килограмм. На Марсе они могли бы размещать марсоходы не поодиночке, а целыми группами. Космические телескопы могли бы расти, а флотилии спутников на низкой околоземной орбите могли бы стать обычным явлением. Астрономия, планетология и наблюдение Земли — все это могло бы смело развиваться лучше, чем когда-либо прежде.

Конечно, Starship пока еще не существует. Все внимание будет приковано к первому его испытанию – запуску на орбиту, которое ожидается в ближайшие месяцы. Даже если оно пройдет успешно, никто не знает, сможет ли SpaceX достичь своей цели — запускать ракеты ежедневно и использовать их многократно. Также неясно, появится ли рынок для ракеты, способной вывести на орбиту так много. Но ученые должны подготовиться, говорит Хелдманн. «Мы, научная сторона, должны быть готовы воспользоваться этими возможностями, когда они появятся».

То же самое должны сделать такие центры NASA, как Лаборатория реактивного движения (JPL), которая проектирует и строит многие космические научные миссии, говорит Кейси Хэндмер, бывший инженер-программист JPL. В серии провокационных сообщений в своем блоге с заголовками типа «Starship все еще не понят» он утверждает, что Starship нарушит традиционный способ космической науки — тратить миллиарды долларов на создание единственных в своем роде приборов, которые работают идеально. По его словам, если центры NASA не найдут способа рисковать и делать больше приборов дешевле, они будут вытеснены компаниями, готовыми сделать это. «[Останется только] надпись на стене, — говорит Хандмер. — И все центры NASA должны очень тщательно подумать».

Теплым февральским вечером Маск вышел на сцену в Бока-Чика, штат Техас, где находится космодром SpaceX Starbase, чтобы публично сообщить о состоянии проекта Starship. Позади него, залитый огнями, возвышался новейший прототип высотой около 120 метров: корабль Starship, который будет перевозить людей или полезные грузы, покоящийся на ускорителе Super Heavy. Прототип пока не был готов к полету, а Федеральное управление гражданской авиации (FAA) не дало SpaceX разрешения на его запуск из Starbase, но все равно это был впечатляющий фон, наполненный скрытой целью. Поприветствовав толпу преданных ракетных фанатов, Маск начал импровизированную лекцию о философии, побуждающей его и его компанию выйти за пределы Земли. «Зачем строить гигантскую многоразовую ракету? Зачем делать жизнь многопланетной? Я думаю, что это невероятно важно для будущего самой жизни».

Рабочая лошадка компании SpaceX, 70-метровая ракета Falcon 9, уже всколыхнула аэрокосмический бизнес. С этой ракетой SpaceX стала пионером многоразового использования, используя возвращаемую первую ступень этой ракеты и управляемые стабилизаторы для входа в атмосферу и управляемой посадки. Сегодня SpaceX регулярно наносит свежий слой краски и запускает ее снова; в июне компания совершила рекордный 13-й полет одной из этих «летно-испытательных» ступеней. На горизонте маячит еще один рекорд: в этом году компания планирует запустить более 50 ракет Falcon 9 и Falcon Heavy, то есть в среднем по одной в неделю. Надежное повторное использование и быстрые запуски — две причины, по которым SpaceX может брать 67 миллионов долларов за запуск Falcon 9, что намного меньше, чем у конкурентов. Но Маск не удовлетворен.

В 2016 году на Международном астронавтическом конгрессе в Мексике Маск набросал планы создания ракеты для колонизации Марса, которую он вскоре назовет BFR (Big Falcon Rocket — в переводе на литературный язык; есть шуточная расшифровка этой аббревиатуры – вместо Falcon подставьте неприличное слово fu…..). Концепция переросла в Starship, но основное внимание по-прежнему уделялось доступности и возможности многократного использования, что сделало бы запуски такими же скучными и рутинными, как грузовые рейсы FedEx (всемирная служба доставки). Корпус ракеты выполнен из нержавеющей стали, более тяжелой, чем алюминиевые сплавы большинства ракет, но более дешевой и простой в производстве. 33 двигателя Raptor, установленные в нижней части Super Heavy, сжигают метан, а не традиционное ракетное топливо на основе керосина, не только потому, что оно дешевле, но и потому, что его можно добывать на Марсе, используя углекислый газ и воду. Ракета-носитель предназначена для возвращения на стартовую площадку после 6-минутного полета; компания считает, что она может быть дозаправлена и готова к повторному запуску через час. Starship также будет многоразовым. Цель состоит в том, чтобы иметь возможность запускать каждый аппарат три раза в день.

На орбите загруженный Starship может быть дозаправлен из «танкерной» версии аппарата, что позволит ему доставить 100 тонн полезного груза на Луну или Марс. На февральском мероприятии Маск объяснил, что один Starship, запускаемый три раза в неделю, за год доставит на орбиту более 15 000 тонн груза — примерно столько же, сколько было поднято за всю историю космических полетов. Маск утверждает, что цена каждого запуска в конечном итоге может составить всего 1 миллион долларов, или 10 долларов за килограмм груза на низкую околоземную орбиту. Единственной ракетой, близкой по своим возможностям к Starship, является Space Launch System NASA, первый полет которой состоится в этом месяце. В начале этого года аудитор агентства пришел к выводу, что каждый запуск будет стоить около 4 миллиардов долларов, или почти 60 000 долларов за килограмм.

image
image

Пьер Лионнет, космический экономист из отраслевой группы Eurospace, скептически относится к тому, что SpaceX может достичь такой низкой цены. Например, компания может неправильно учитывать затраты на разработку и строительство ракеты. «Когда я смотрю на Starship, я вижу, что он кажется очень дорогим устройством». Чтобы добиться прибыльности при таких высоких капитальных затратах, SpaceX придется достичь своих амбициозных показателей запуска, а это значит, что ей понадобятся платежеспособные клиенты, способные оплатить все эти грузовые мощности. SpaceX надеется освоить новые рынки добычи полезных ископаемых в космосе, туризм и другие виды деятельности, о которых еще даже не мечтали, но Лионнет не уверен, что тяжелая ракета-носитель сама по себе вызовет такой аппетит. «Если вы вегетарианец, а я предлагаю вам бургер, я могу предложить его по самой дешевой цене, но вы его не съедите».

Вскоре дебаты выйдут за рамки теоретических. В мае 2021 года, после нескольких впечатляющих взрывов, верхняя ступень Starship поднялась на 10 километров в атмосферу. После приземления он ненадолго загорелся, но компания признала суборбитальный полет успешным. С тех пор SpaceX построила Starbase, соорудив стартовую башню, которая может ловить возвращающиеся разгонные блоки двумя роботизированными руками, которые компания называет «палочками для еды». Она усовершенствовала свою линию сборки, которая теперь может производить четыре двигателя Raptor в неделю. И в июне FAA дало разрешение SpaceX на запуск со Starbase при условии, что компания предпримет шаги по минимизации воздействия на окружающую среду.

На февральском мероприятии Маск заявил, что он уверен, что Starship совершит первую орбитальную попытку в этом году. Для Маска фантастические мечты маняще близки. «Давайте сделаем это реальностью!» — увещевал он толпу, размахивая кулаками.

Для Маска в основном наука была на втором плане. Но Хельдманн была удивлена тем, что для многих ученых-планетологов Starship также оказался на втором плане.

В 2020 году она и группа исследователей и представителей отрасли представили «белую книгу» с описанием преимуществ Starship для «десятилетнего обзора» в области планетарной науки — влиятельного мероприятия сообщества, которое помогает NASA и Конгрессу определить долгосрочные приоритеты. «Сейчас самое подходящее время, чтобы попытаться внедрить эту идею в сознание других», — говорит она. Хелдманн и ее коллеги предложили NASA создать специальную статью финансирования для миссий, опирающихся на Starship.

image
В 2021 году рабочие установили верхнюю ступень Starship на ракету-носитель Super Heavy. Credit: SPACEX

В обзор эти идеи были включены. В своем апрельском отчете комитет по обзору прямо упомянул Starship и процитировал идеи, изложенные в статье Хелдманн. Комитет рекомендовал статью финансирования, соответствующую техническим характеристикам Starship, и заявил, что NASA должно планировать использование потенциала этой ракеты. «Как грузовые полеты, так и полеты экипажей на Марс открывают широкие возможности для науки», — заявили в комитете.

Преимущества не ограничиваются Луной и Марсом, отмечает Дэниел Бейкер, директор Лаборатории физики атмосферы и космоса Университета Колорадо в Боулдере. Например, Меркурий с его слабой гравитацией был трудной целью из-за дополнительного топлива, необходимого для того, чтобы замедлить космический корабль и выйти на орбиту вокруг планеты; еще одной проблемой является тепло Солнца. Но Starship не возражал бы от большого топливного бака или солнцезащитного экрана, необходимого для того, чтобы космический корабль не расплавился. Бейкер также планирует более быстрые миссии к внешним планетам, которые не требуют длительных гравитационных маневров у других планет. Еще более далекая миссия — Interstellar Probe (межзвездный зонд) — предполагаемый полет по следам знаменитой миссии NASA «Вояджер» — могла бы нести более мощные инструменты на борту Starship и быстрее добраться до межзвездного пространства.

Некоторые астрономы тоже имеют в виду Starship. «Невозможно говорить об этом, не прибегая к штампам, но, вероятно, [на нем будет] ”лучший ракетный двигатель в истории» по большинству показателей», — говорит Дэвид Рубин, космолог из Гавайского университета в Маноа. Он задается вопросом, насколько проще мог бы быть космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) стоимостью 10 миллиардов долларов, если бы его сегментированное зеркало шириной 6,5 метра не пришлось складывать, чтобы поместить на ракете. Инженеры могли бы построить монолитное зеркало и запустить его как есть внутри 9-метрового обтекателя Starship, который охватывает объем примерно в два раза меньше, чем воздушный шар.

Рубин также мечтает использовать Starship для строительства гигантского телескопа в космосе — скажем, 30-метрового. Роботы с конечностями могли бы точно укладывать зеркальные сегменты на строительные леса, формируя гигантское зеркало, в котором можно было бы разглядеть первые галактики Вселенной и искать признаки жизни в атмосферах экзопланет, похожих на Землю. «Наука очень быстро добивается большего прогресса по мере того, как вы строите все более крупные телескопы», — говорит Рубин.

Если тысячи и тысячи тонн отправятся на орбиту, кто-нибудь придумает, как разместить там телескоп без участия NASA.
David Rubin University of Hawaii, Manoa

Не все астрономы являются поклонниками компании SpaceX, которая уже запустила почти 3000 своих интернет-спутников Starlink на низкие орбиты, где солнечный свет, отражаясь от них, оставляет полосы на камерах наземных телескопов. Проблемы могут многократно возрасти, если Starship сможет запускать сотни Starlink одновременно, что позволит компании еще быстрее создать запланированную группировку из 42 000 спутников. В настоящее время SpaceX оснащает спутники «солнцезащитными козырьками», чтобы уменьшить отражающие блики, но астрономы все равно обеспокоены. «Облегчение доступа в космос и на околоземную орбиту имеет много преимуществ, — говорит Мередит Роулз, астроном из Университета Вашингтона в Сиэтле и член центра, созданного Международным астрономическим союзом для уменьшения помех от спутников. — Но нам нужно убедиться, что мы делаем это с умом, а не просто устраиваем катастрофу на Диком Западе».

В качестве еще одной проверки реальности для мечтателей Лионнет отмечает, что снижение стоимости запусков позволит снизить стоимость полетов лишь на относительно небольшую величину. По словам Лионнет, для крупных научных проектов стоимость запуска обычно составляет от 5% до 10% от общей цены. Для JWST эта доля была еще меньше. Типичная стоимость полета на ракете Ariane 5 — ракете-носителе для JWST — составляет около 175 миллионов долларов, то есть всего 2% от общей стоимости миссии. «Сложный телескоп все равно будет сложным телескопом», — говорит Лионнет.

Но более дешевые запуски могут позволить удешевить и сами зонды, поскольку для них не будут нужны детали космического класса, позволяющие сэкономить на весе или массе. С помощью Starship ученые-планетологи, желающие оснастить ровер спектрометром, смогут просто купить его в Интернете. Астрономы смогут использовать стеклянное зеркало вместо бериллиевого, как у JWST. И, по словам Рубина, «вы будете иметь возможность просто защитить свои приборы радиационным экраном», а не паять схемы из специализированных материалов.

Тысячи шестиугольных теплозащитных плиток не дадут Starship сгореть, когда он снова войдет в атмосферу Земли. Credit: Reginald Mathalone/Nurphoto/AP
Тысячи шестиугольных теплозащитных плиток не дадут Starship сгореть, когда он снова войдет в атмосферу Земли. Credit: Reginald Mathalone/Nurphoto/AP

Исследователи, занимающиеся наблюдением [за поверхностью] Земли, уже прошли этот путь. В течение многих лет спутники дистанционного зондирования были большими и дорогими — мало чем отличающимися от JWST, говорит Аравинд Равичандран, основатель консалтинговой компании в области космической промышленности TerraWatch Space. Но около десяти лет назад произошла революция «малых спутников»: исследователи уменьшили и стандартизировали оборудование, воспользовавшись выгодами от относительно дешевых запусков Falcon 9 и других небольших ракет.

Неожиданно студенты университетов стали отправлять в космос спутники CubeSat размером с коробку из-под обуви. Используя дешевые камеры и бытовую электронику, компания Planet создала флот из примерно 200 небольших спутников, которые ежедневно собирают изображения всей суши Земли. Равичандран считает, что Starship облегчит создание все более крупных флотилий – с достаточным количеством «глаз» для наблюдения за планетой, чтобы осматривать заданную точку несколько раз в час, а не каждые несколько часов, дней или недель. «Почему вы не можете делать это каждые 5 минут? Каждые 10 минут?» — спрашивает Равичандран. Представьте себе, говорит он, что может сделать такая частота повторных посещений, скажем, для отслеживания лесных пожаров или наводнений.

Хандмер, который сейчас работает предпринимателем в области экологически чистой энергии, хочет, чтобы астрономы и планетологи приняли такое смелое мышление. Вместо 30-метрового телескопа почему бы не сделать 1000-метровый? Почему бы не начать массовое производство зондов, которые могли бы обследовать десятки астероидов? Почему бы не облететь все внешние планеты в следующем десятилетии? Или ежегодно делать посадки на большинстве планет?

По мнению Хандмера, проблема отчасти связана с культурой: инженеры NASA стараются сделать все правильно с первой попытки любой ценой — ярким примером является чрезвычайно дорогой и долго откладываемый JWST. «Это похоже на [строительство] средневекового собора», — говорит он о таких флагманских миссиях. По оценкам Хандмера, чтобы использовать огромные возможности Starship, NASA потребуется изготовить в 100 раз больше начинки [для космических аппаратов] за небольшую часть обычной стоимости. Это должна быть фабрика быстрой моды, а не бутик. Но, поработав в JPL, Хандмер не надеется, что это обязательно произойдет. «Она (JPL – Лаборатория реактивного движения) просто была создана не для массового производства чего-либо», — говорит он.

Рубин говорит, что центры NASA могут оказаться позади более проворных компаний или ученых, финансируемых из частных источников. «Если тысячи и тысячи тонн отправляются на орбиту, кто-нибудь придумает, как разместить там телескоп без участия NASA», — говорит он. Компания Astrobotic, которая называет себя «компанией лунной логистики», разработала подобную бизнес-модель. Она планирует отправлять для платежеспособных клиентов на Луну посадочные аппараты и роверы с приборами.

Роберт Мэннинг, главный инженер JPL, не считает, что производство настолько невосприимчиво к изменениям. Но он также ставит под сомнение представление Хандмера о дешевых зондах массового производства. Оборудование, используемое в передовой науке, редко бывает стандартным. Каждая миссия, с ее новыми целями и вопросами, требует инноваций. А государственному сектору трудно идти на риск, говорит Мэннинг. «Мы обязаны следить за тем, чтобы не тратить впустую доллары налогоплательщиков, — говорит он. — Мы не можем легкомысленно выбрасывать вещи в космос и говорить: «Ну, если это не сработает, давайте построим еще один».

Дэниел Голдин подтолкнул агентство [NASA] к использованию принципа «быстрее, лучше, дешевле» – мантры, которая была отброшена позже, через десять лет, после громких потерь Mars Climate Orbiter и Mars Polar Lander. Если мы хотим вернуть этот принцип, Мэннинг утверждает, что и NASA, и Конгресс должны будут благословить риск и поддержать его, когда что-то пойдет не так. «Будет трудно в политическом смысле объяснить налогоплательщикам, что это нормально, но мы можем попробовать это сделать», — говорит Мэннинг.

Но если предположить, что все эти проблемы решатся сами собой, он признает, что частые, недорогие, массовые и объемные запуски могут предоставить «невероятную возможность для нас изменить способ достижения успеха, и для этого надо быть готовыми идти на бОльший риск». По его словам, JPL уже думала об этом — например, рассматривала вопрос о том, как включить стандартизированные, более дешевые компоненты в традиционные миссии NASA в дальний космос.

На ракетной революции, которую предвещает Starship, пока стоит большая звездочка [примечание]. «Мы еще не можем действовать, — говорит Мэннинг, — потому что это пока не стало правдой». Когда Starship совершит свою первую попытку запуска на орбиту, многие исследователи будут наблюдать за ней, ожидая увидеть, является ли эта гигантская серебристая ракета видением будущего космической науки или миражом.

Оригинал: PRIME MOVER
Перевод: Александр Тарлаковский (блог tay-ceti.space)

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

42

Это пользовательский материал, написанный участником сообщества, который не входит в состав редакции или администрации. Поддерживая авторов оценками, вы помогаете нашему сообществу развиваться.

Войдите, чтобы видеть ещё 4 комментария, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Завистливый Вернер фон Браун
Вечность назад

>Пьер Лионнет, космический экономист из отраслевой группы Eurospace, скептически относится к тому, что SpaceX может достичь такой низкой цены. Глядя на цену Falcon 9, и учитывая что Falcon далек от идеала (частичная многоразовость, двигатели открытого цикла, более дорогостоящие материалы и технология, дорогое топливо, малое количество запусков, меньшая грузоподъемность и тд.), то я не считаю это фантазией. Только благодаря улучшениям StarShip по сравнению с Falcon-м уже возможно снизить стоимость в разы - до 10-20 млн за запуск (эффект масштаба, полная многоразовость, дешевое топливо, материалы и тд). Даже без большой частоты запусков и ловли башней. >Но он также ставит под сомнение представление Хандмера о дешевых зондах массового производства. Важный дядя в гос конторе как всегда считает себя умнее каких нибудь ушлых студентов из кремневой долины. Что им мешает например разработать какое нибудь простое стандартизированное зеркало, наладить производство и накидать кучу зеркал в StarShip, собрав их воедино в гигантское зеркало на орбите? За пол годика-годик, пока дяди в лаборатории будут 20 лет строить вундервафлю.

Звёздный Starman
Вечность назад

Уже не первая статья на эту тему. Спасибо за перевод. Да, первый полностью многоразовый космический челнок совершит революцию в освоении космоса. И Старшип очень близок к тому, чтобы им стать. Учёным уже пора думать, как они воспользуются новыми возможностями.

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.