Зараз у світовій аерокосмічній промисловості можна побачити силу-силенну різноманітних проєктів ракет-носіїв – причому в діапазоні від американського надважкого SpacveX Starship масою 5000 т до надлегкого південнокорейського Perigee Blue Whale 1 (повна маса лише 2,2 т). Якісь з них вже перебувають на різних стадіях готовності, якісь все ще залишаються «на папері». До всього цього додалися чимало проєктів двигунів різного рівня складності – метаново-кисневі, гасово-кисневі, воднево-кисневі РРД (рідинні ракетні двигуни), твердопаливні двигуни, плюс конструктори все частіше придивляються до гібридних ракетних двигунів, в яких одночасно використовують тверді та рідкі компоненти пального (наприклад, парафін і рідкий кисень).

Але у всьому цьому різноманітті все частіше нагадує про себе одна конструкторська тенденція, яка стала популярною завдяки SpaceX (світовий лідер на ринку запусків) і Rocket Lab (понад три десятки запусків надлегкої ракети-носія Electron у 2017-2023 роках). Почала збільшуватися кількість двигунів на перших ступенях — з’явилися десятки проєктів ракет, які налічують по сім-дев’ять маршових двигунів (SpaceX Falcon 9, Rocket Lab Electron, Rocket Lab Neutron, Blue Origin New Glenn, Firefly Beta, Antares 330, Ariane Next).

Такий підхід до справи дозволяє отримувати потрібну сумарну тягу завдяки більшій кількості не надто потужних двигунів – як у SpaceX, якому на своїх Falcon довелося пройти досить довгий шлях від Merlin 1A (перші зразки цих РРД давали тягу 35 т) до нинішніх Merlin 1D+ (майже 90 т). Крім того, зараз у більшості проєктів ракет-носіїв все частіше стараються закласти можливість багаторазового використання перших ступенів. Однак подібна концепція поки ще вимагає чималої кількості двигунів – мінімум п’ять, причому один з них бажано розташовувати в центрі такого «пакету» (хоча деякі компанії у своїх розробках уже намагаються відійти від цього мимовільного «стандарту»).

У минулому ракетобудівники вважали за краще не примножувати кількість двигунів на першому ступеню – чим їх більше, тим вищий ризик відмов і проблем (про що свідчить досвід радянської місячної ракети Н-1 з її 30 двигунами). Хоча є й приклади успішних ракет з великою кількістю маршових двигунів – можна згадати Saturn I/IB (вісім Rocketdyne H-1) і «Протон» (шість РД-253/275). Але свого часу вони все ж скоріше були винятками з правил. Чому же зараз так активізувався процес переходу на багатодвигунні конструкції? Про можливість отримати більшу сумарну тягу вже згадувалося вище. Крім того, сучасні системи контролю якості та методики попередніх випробувань дозволили підвищити надійність ракетних двигунів. Плюс стрімкий розвиток кібернетики й електронних систем дав можливість ефективного керування великою кількістю двигунів одночасно та в різних режимах, включно до повернення та посадки ступенів – доведено SpaceX з його Falcon 9/Heavy.

Зараз спробуємо зібрати в одній статті трохи загальної інформації про деякі проєкти багатодвигунних ракет-носіїв, переважно легкого класу (з виведенням до 2 тонн вантажу на орбіту). Тим більш, кожна компанія пройшла свій шлях у цьому напрямі – десь негайно зробили ставку на велику кількість невеликих двигунів, десь були змушені свої вгамувати завищені амбіції у створенні потужніших ракетних двигунів, десь спрацював стереотип «Скопіювати вдалу концепцію та досягти успіху» (як в одній компанії з РФ, яка спочатку працювала над проєктом твердопаливної легкої ракети, але після розриву стосунків зі південнокорейським партнером поспіхом пообіцяла «принципово новий» проєкт частково багаторазової ракети-носія, що виглядає як зменшений удвічі Falcon 9).

Ракета-носій RS1 (компанія ABL Space Systems, США)
Наочний приклад, як конструкторам довелося постійно переглядати свою концепцію простої та недорогої ракети-носія — головним чином, через відсутність досить потужних РРД. Перша версія була запропонована ще у 2017-2018 роках у співпраці з компанією Ursa Major Technologies, яка мала постачати гасово-кисневі двигуни закритого циклу – Ripley (тяга від 16 до 22-23 т) і Hadley (2,3-2,8 т). Загальна концепція – два Ripley LRE на першому ступені (сумарна тяга 32 т) й один Hadley на другому ступені (до 2,8 т), виведення на орбіту 650-800 кг вантажу.

Але досить швидко ABL Space Systems «розлучилася» з Ursa Major Technologies і вирішила самостійно створювати ракетні двигуни – так з’явилися проєкти гасово-кисневих РРД відкритого циклу, E1 (тяга 19 т) і Е2 (до 6 т). У підсумку у 2019 році з’явилася оновлена концепція більшої та потужнішої версії ракети RS1 – три E1 на першому ступені (сумарна тяга до 57 т), один Е2 на другому (5,8 т), виведення від 900 до 1200 кг вантажу на орбіту.

Однак цей варіант теж “загальмував”, бо проєкт потужнішого E1 все ще далекий від завершення – довелося зробити ставку на E2 і піти шляхом “розмножування” двигунів на першому ступені. У підсумку поточна версія RS1 (яка вже записала на свій рахунок невдалий запуск 10 січня 2023 року) виглядає наступним чином – дев’ять E2 на першому ступені (тяга близько 50 т), один E2 Vacuum на другому (5,8 т), вантажність до 1350 кг. До речі, на деяких фотографіях можна помітити, що паливні магістралі в першому ступеню RS1 поділені на три групи по три лінії в кожній – дійсно виглядає на те, що ракету від початку створювали під три більш потужних РРД E1, а потім терміново переробляли під дев’ять E2, не змінюючи при цьому загальної конструкції. Скоріш за все, саме тому на RS1 усі дев’ять двигунів розташовані по периметру, з “порожнім місцем” в центрі. Не виключено, що пізніше ABL Space Systems все ж намагатиметься реалізувати попередній проєкт RS1 зі трьома двигунами E1 – якщо їх нарешті доведуть до ладу.

Ракета-носій Terran 1 (компанія Relativity Space, США)
Цей проєкт часто потрапляє до центру уваги, бо Relativity Space бере участь у неофіційній боротьбі за першість зі SpaceX і китайською компанією LandSpace Technology Corporation – хто найпершим здійснить успішний орбітальний запуск ракети з метаново-кисневими двигунами? У SpaceX просувають надважкий Starship (маса 5000 т, тяга 7500-7600 т, виведення понад 100 т вантажу на орбіту), у LandSpace вже 14 грудня 2022 року відбувся невдалий запуск середньої ракети Zhuque-2, вона ж «Чжуцюе-2» (маса 216 т, на першому ступені чотири РРД відкритого циклу TQ-12 зі сумарною тягою 268 т, виведення на орбіту до 4000 кг).

У Relativity Space же вирішили розпочати з малого – легкої ракети Terran 1. Вона конструктивно багато у чому повторює SpaceX Falcon 9 і Rocket Lab Electron – дев’ять метаново-кисневих РРД відкритого циклу Aeon 1 на першому ступені (один в центрі, вісім по периметру, загальна тяга до 95 т), один Aeon 1 Vacuum на другому (11,5 т). Розрахункова вантажність не менша ніж 1500 кг, очікувана дата запуску – перший квартал 2023 року.

На відміну від ABL Space Systems, у Relativity Space поки не спостерігалося метушні з різними версіями Terran 1 – є певний план дій, якого компанія намагається дотримуватися. Перший етап – розробка відносно невеликих і простих РРД відкритого циклу Aeon 1 (тяга 9-10 т), створення перехідної версії Terran 1 зі дев’ятьма двигунами на першому ступені. Другий етап – праця над проєктом набагато потужнішого двигуна Aeon R (тяга в межах 110-120 т). Після кількох запусків «перехідного» Terran 1 очікується радикальне оновлення його конструкції – на першому ступені замість дев’яти малих Aeon 1 з’явиться один Aeon R. Все це з часом повинне стати основою для проєкту середньої ракети-носія Terran R, здатної виводити до 20 тонн на орбіту – мінімум зі сімома маршовими двигунами Aeon R і з можливістю повернення першого ступеню на Землю.

Ракета-носій Daytona (компанія Phantom Space Corporation, США)
Цей проєкт нагадує “покращену” версію Rocket Lab Electron, з потужнішими двигунами – легка ракета, яка повинна виводити до 450 кг на орбіту. Цікаво, що двигуни для Daytona буде виробляти Ursa Major Technologies – та сама компанія, яка раніше не надто успішно співпрацювала з ABL Space Systems. Попередня версія цієї ракети-носія виглядала наступним чином – маса 13,3 т, сім двигунів Hadley на першому ступені зі загальною тягою 15-16 т (в Electron маса 13-14 т, тяга дев’яти РРД Rutherford близько 18-19 т, пізніше довели до 22 т). Зараз же триває праця над оновленим проєктом Daytona – повна маса 17,9 т, дев’ять Hadley на першому ступені (тяга до 20-21 т).

Загалом, Phantom Space Corporation йде тим самим шляхом, що й ABL Space Systems, тільки у зворотному напрямі – якщо у випадку з RS1 довелося весь час збільшувати кількість двигунів, то їх опоненти вирішили розпочати з великим “букетом” малих двигунів, а вже потім створити нову ракету з потужнішими РРД. Принаймні, вже заплановані два наступних етапи розвитку проєкту. Спочатку відбудеться модернізація Daytona – з одним двигуном Ripley замість дев’яти Hadley. Потім повинна прийти черга її “спадкоємця”, який отримав назву Laguna – зі трьома двигунами Ripley (по 22-23 т тяги кожен, сумарно 65-70 т). Що з цього вийде, важко сказати – треба дочекатися запуску початкової версії Daytona з дев’ятьма Hadley, який попередньо запланований на кінець 2023 року.

Ракета-носій Skyrora XL (компанія Skyrora Ltd, Велика Британія)
В Європі вирішили більше не зациклюватися лише на двох ракетах-носіях (Ariane, Vega) і запусках зі Куру в Південній Америці. Вже почали з’являтися різні проєкти невеликих ракет-носіїв, які можна запускати й з інших точок – є варіанти SaxaVord Spaceport (Шетландські острови на північ від Шотландії), Sutherland Spaceport (північ Шотландії), Andøya Space Center (острів Анньойа, північ Норвегії), шведський Esrange (біля Кіруни), з’явилися пропозиції зі створення таких невеликих космічних центрів на Канарських й Азорських островах. Британці вирішили також відродити свої традиції ракетобудування, причому деякі проєкти намагаються реалізувати за допомогою простіших технологій – як компанія Skyrora Ltd., що створює ракету Skyrora XL «за мотивами» старого Black Arrow (два орбітальних запуски у 1970-1971 роках). На першому ступені Skyrora XL встановлені дев’ять РРД Skyforce (загальна тяга 64 т), які працюють на суміші гасу та перекису водню (так само як у минулому двигун Gamma 8 на Black Arrow). Її розрахункова вантажність становить до 325 кг на полярну орбіту. До цього можна ще додати проєкт компанії Orbital Express Launch Ltd. (Orbex) – легка ракета-носій Prime (шість РРД на першому ступені, використовує пальне біогаз+кисень), здатна виводити від 150 до 200 кг на орбіту.

Ракета-носій Spectrum (компанія Isar Aerospace, Німеччина)
Особливо вражає, що зараз Німеччина дуже серйозно зайнялася питаннями ракетобудування та вже запустила кілька різних проєктів – подеколи складається враження, що подібної активності не спостерігалося ще від часів Вернера фон Брауна. Компанія Isar Aerospace працює над ракетою Spectrum легкого класу (повинна виводити до 1000 кг на орбіту) зі пропаново-кисневими РРД відкритого циклу – дев’ять Aquila на першому ступені (тяга до 70 т), один Aquila Vacuum на другому (9,5 т). Відомо, що у цьому проєкті беруть участь спеціалісти та студенти Мюнхенського технічного університету. Перший запуск Spectrum очікується у 2023 році на норвезькому Andøya Space Center. Можливі також запуски Spectrum зі Куру – вже є попередні повідомлення, що з цією метою буде переобладнаний старий стартовий майданчик, з якого у 1970-1975 роках запускали французькі легкі ракети-носії Diamant.

Ракета-носій RFA One (компанія Rocket Factory Augsburg, Німеччина)
Проєкти Isar Aerospace та Rocket Factory Augsburg дуже подібні – і Spectrum, і RFA One обладнані дев’ятьма РРД на першому ступені плюс висотна версія того ж двигуна на другому ступені. Але відмінностей теж вистачає. По-перше, RFA One використовує класичну паливну пару “гас плюс рідкий кисень”. По-друге, двигуни Helix – це РРД закритого циклу (до речі, турбонасоси для них були замовлені на українському “Південмаші”). По-третє, RFA One значно потужніший за Spectrum – дев’ять маршових Helix повинні забезпечити сумарну тягу від 90 до 100 тонн, завдяки чому ракета зможе виводити на орбіту до 1600 кг. За попередніми даними, перший запуск RFA One повинен відбутися протягом 2023 року – знов-таки в Норвегії, в Andøya Space Center. Як і у випадку зі Spectrum, можливі також запуски зі Куру. Якщо взяти до уваги, що на RFA One та Spectrum можна виводити на орбіту от 1000 до 1600 кг вантажу, то ці ракети-носії теоретично можуть з часом зайняти нішу старої Vega (виводила до 2500 кг на орбіту, зараз витісняється потужнішою Vega-C вантажністю до 3300 кг).

І це аж ніяк не повний перелік проєктів багатодвигунних ракет-носіїв, якими зараз займаються майже у всьому світі. Можна згадати Latitude Zéphyr (9 РРД Navier, гас+кисень, виведення до 100 кг на орбіту), яка є французьким аналогом Electron. Триває праця над проєктом іспанської компанії PLD Space – частково багаторазова ракета-носій Miura 5 (п’ять РРД TEPREL-С на першому ступені загальною тягою 95-100 т, гас+кисень, до 900 кг на орбіту). Зараз іспанці реалізують проміжний проєкт – суборбітальна ракета Miura 1, с використанням двигуна TEPREL (перший запуск поки очікується десь у березні 2023 року).

Німецька компанія HyImpulse Technologies GmbH займається проєктом ракети-носія SL1 з використанням гібридних ракетних двигунів (парафін і рідкий кисень) на всіх трьох ступенях – зараз готуються тестові запуски суборбітальної ракети SR75 з гібридним двигуном HyPLOX-75 (тяга 7,5-8 т). За межами США і Європи можна ще відзначити проєкт індійської AgniKul Cosmos Private Limited, яка створює свій аналог Electron – ракета Agnibaan масою 13 т повинна виводити на орбіту вантаж до 100-150 кг. Однак індійці планують використати меншу кількість двигунів – на першому ступені повинні бути сім невеликих гасово-кисневих РРД  Agnite (в сумі 17-18 т тяги).

Очевидно, що далеко не всі з перелічених проєктів ракет-носіїв будуть реалізовані чи стануть успішними – щось так і залишиться на рівні демонстраційних макетів, щось провалиться на стадії випробувань, щось заглухне після банкрутства (як це сталося з компанією Vector Space Systems), щось застрягне в серії невдалих запусків (як в Astra Space, коли одна ракета ще перед стартом була знищена пожежею, а зі семи орбітальних запусків різних версій Rocket успішними стали лише два). Але сам процес насправді інтригує – які конструкторські ідеї можуть з’явитися, які саме проєкти виявляться успішними, яким буде подальший розвиток ринку запусків легких ракет і т.д. Не факт, що великі гравці будуть ігнорувати цей напрям – деякі такі невеликі проєкти вже отримують підтримку з боку компаній рівня Lockheed Martin або Arianespace, які готові використовувати їх як своєрідний випробувальний полігон або демонстратор технологій.