Журналист издания Wired Даниэль Оберхаус рассказывает о компании, которая хочет запускать ракеты в космос с помощью огромной механической пращи.
Прошлым летом одна небольшая космическая компания заняла склад в районе аэропорта Лонг-Бич. В залитом солнцем промышленном районе её соседями стали расположенное через дорогу здание бывшей фабрики компании McDonnell Douglas и принадлежащая Ричарду Брэнсону Virgin Orbit, которая разрабатывает собственную ракету-носитель.
Хорошее местечко для компании, которая решила вдохнуть жизнь в идею запуска ракет с помощью гигантской механической пращи. Человека, стоящего за этим планом, зовут Джонатан Яни. В течение многих лет он управлял SpinLaunch из помещения бывшего завода по производству микроэлектроники в Кремниевой долине. Теперь компания готова к открытию собственного завода для производства ракет. Там она будет делать свои первые шаги в космос.
В прошлый раз я побывал в этом месте осенью. Сотрудники SpinLaunch всё ещё распаковывали вещи. Пока мы проходили мимо гигантских листов стали, Яни объяснял мне принцип работы их системы запуска. Центрифуга размером с футбольное поле будет раскручивать ракету-носитель в течение часа до достижения скорости примерно в 8 тысяч км/ч. Ракета вместе с полезной нагрузкой (масса которой составляет приблизительно 90 килограмм) будут испытывать перегрузки до 10 000 g. Как только будет достигнута необходимая для запуска скорость, центрифуга отпустит ракету прямиком в небеса. На границе с космосом в действие вступит двигатель ракеты: он поможет в окончательном выведении полезной нагрузки на орбиту.
Трудно понять идею о том, что предмет массой в несколько тысяч килограмм может быть отправлен в космос путём “раскручивания” на Земле.
Это звучит в какой-то степени безумно. Но компания не оставляет попыток предоставить убедительные доказательства для критиков. На данный момент команде удалось раскрутить предмет массой в 5 килограмм до скорости почти в 6500 км/ч, чтобы отправить его на встречу со стеной. Но между этим тестом и реальным полётом в космос есть большая разница. Такая же большая, как сопротивление воздуха между высотой в 0 километров и высотой в 100 километров. Даже не думайте о том объёме работ, который нужно проделать для создания центрифуги шириной в 90 метров с плечом достаточно сильным, чтобы выдержать внедорожник.
Яни надеется, что в этом году всё встанет на свои места. Этой зимой компания планирует произвести первые суборбитальные запуски со своего нового испытательного полигона в Нью-Мексико. В случае, если система будет работать, SpinLaunch обещает удешевление стоимости запуска малых спутников в 20 раз. Но ещё более впечатляющие перспективы компания имеет относительно частоты запусков. По словам Яни, их ускоритель массы сможет обеспечить до 5 запусков в день. Для абсолютного большинства ракетных компаний подобное число запусков невозможно даже в месяц. Наступает эпоха гигантских спутниковых группировок – в течение следующего десятилетия тысячи аппаратов окажутся на низкой околоземной орбите. Поэтому Джонатан считает, что пришло время SpinLaunch.
Четыре миллиона долларов и сумасшедшая идея
Как и многие космические предприниматели, Яни был одержим космосом всю жизнь. До 2014 года он пытался превратить свою страсть в карьеру. Джонатан работал в стартапе, который основал его брат Максимус. Компания Titan Aerospace решила заняться созданием беспилотных летательных аппаратов, работающих на солнечных батареях. В 2014 её выкупил Google. Думая о том, что делать дальше, Яни всё чаще возвращался к рассмотрению проекта времён холодной войны под названием HARP. Суть проекта состояла в том, чтобы буквально отправлять аппараты в космос выстрелом из пушки. Наработки HARP доказывали, что для запуска спутника в космос традиционная ракета не обязательна. Поэтому Джонатан решил создать собственную систему кинетического запуска. Он собрал рабочий прототип, который, по сути, являлся доказательством концепции. Прототип представлял собой моторизированную пращу, которая была способна вращать снаряд размером с пулю на гиперзвуковых скоростях. Яни представил проект нескольким бизнес-ангелам и смог собрать первые средства на реализацию. Но ему требовалась помощь. В конце 2014 года он позвонил своему старому соседу по школе-интернату: Райану Хэмптону. Хэмптон работал в сфере строительства и производства; на тот момент он занимался проведением подводных сварочных работ на нефтяных вышках в Мексиканском заливе. По воспоминаниям Райна, в телефонном разговоре Джонатан сказал: “У меня есть 4 миллиона долларов и сумасшедшая идея. Хочешь поработать со мной?”
Хэмптон не удержался. В январе 2015 года он вылетел посмотреть на то, чем занимается Яни. Сделано было не так уж и много. Джонатан продемонстрировал свою настольную центрифугу и множество электронных таблиц с расчётами. Но Хэмптон уже был заинтригован. Он видел всю серьёзность проекта. И стал первым сотрудником компании.
У Яни были идеи, у Хэмптона – строительные навыки. Ребята всё ещё нуждались в аэрокосмических инженерах. Тёплым весенним днём несколько месяцев спустя парочка села в принадлежащий Яни небольшой самолёт и отправилась прямиком в пустыню Мохаве. Там собрались десятки студентов, которые проводили испытания своих ракет. Яни и Хэмптон надеялись завербовать нескольких из них.
Одной из их целей был Дэвид Ренн, студент Государственного университета Сан-Диего. Он проходил телефонные интервью со SpinLaunch в течение нескольких недель. Текущие же обстоятельства вряд ли можно было бы назвать подходящими для личного интервью. “Я не спал 36 часов в тот момент. Был немного сумасшедшим при встрече с Джонатаном”, – вспоминает Ренн. Тем не менее, встреча прошла хорошо. Дэвид взял отпуск в колледже и отправился в Сан-Франциско, чтобы присоединиться к команде SpinLaunch. Ныне он работает там старшим инженером-механиком.
Хэмптон отмечает, что первые дни SpinLaunch напоминали ему о работе на нефтяной вышке. Сотрудники жили и работали на старом микропроцессорном заводе чуть ниже по дороге от штаб-квартиры Google. Когда прибыл Ренн, жилые помещения были пусты. Кухня представляла собой микроволновку и пластиковый стол. В свободное время команда занималась в импровизированном тренажёрном зале, смотрела фильмы в “домашнем кинотеатре” или отдыхала у садового камина, собранного из остатков настольной центрифуги Яни.
В SpinLaunch быстро столкнулись с инженерными проблемами. Центрифуга, созданием которой они занимались, должна была находиться в условиях вакуума. Это позволяет избавиться от негативных воздействий воздушных турбулентностей и стабилизировать вращение. Обратившись к подрядчикам, они получили ценник в размере 20 миллионов долларов.
Поэтому команда решила создать устройство самостоятельно. Будучи подводным сварщиком, Хэмптон стал экспертом в изготовлении герметичных уплотнений – очень полезный навык в данной ситуации. Яни заказал на eBay несколько вакуумных насосов общей стоимостью в 500 тысяч долларов. И команда приступила к созданию шестой по размерам вакуумной камеры в мире. Весь процесс занял восемь месяцев. “Как мне кажется, мы все начали понимать, что в науке и технике есть очень много нераскрытого потенциала. Люди попросту не пробуют что-либо создавать”, – говорит Яни. В 2016 году работы были полностью завершены. 12-метровая центрифуга, конечно, не подходила для запуска ракет в космос, но имела тот же дизайн, что и будущая установка.
Полезная нагрузка прикрепляется к длинному плечу, называемому привязью, которое приводится в движение двигателем. Привязь изготовлена из сверхпрочных материалов – кевлара и углеродного волокна. Это поможет ей выдерживать колоссальные нагрузки.
После двух лет практически ежедневной работы по 12 часов, команда SpinLaunch была готова привести в действие своё устройство. По словам Джонатана Яни:
Мы расположились в полной мониторов и камер комнате примерно в 15 метрах от установки. Просто нажали “Старт”. И побили мировой рекорд самой быстрой системы вращения.
В течение следующих нескольких лет компания провела сотни подобных испытаний. Большинство из них было направлено на изучение и улучшение системы. Но некоторые были призваны смягчить скептически настроенных инвесторов и потенциальных клиентов, которые не верили, что полезная нагрузка может выдержать столь экстремальные нагрузки. Компания испытывала солнечные батареи, радиосистемы, линзы телескопов, батареи, модули GPS и компьютеры. Вся нагрузка выживала практически без повреждений. В одном из тестов Яни прикрепил к концу привязи iPhone и раскручивал его до тех пор, пока устройство не испытало на себе перегрузку в 10 000 g. После этого он использовал смартфон для связи с коллегой через FaceTime. Каждое из испытаний было небольшим шагом к космосу.
Худшая ракета из когда-либо созданных
Находясь в центре какого-то склада, Яни подошёл к некоему объекту и откинул защитный брезент. “Это, – сказал Яни – худшая ракета из когда-либо созданных”.
Примерно 7,5 метров в длину. Практически полностью чёрная, за исключением блестящего кончика. Выглядит несколько более громоздкой, нежели обычные ракеты. И лишь крошечная её часть отведена под полезную нагрузку. Всё остальное является топливом. Вот почему таким компаниям, как SpaceX, требуется ракета высотой с многоэтажный дом, чтобы вывести в космос груз, размером с автомобиль. В аэрокосмических кругах это называют “тиранией формулы Циолковского”.
Но, как понял Яни, если у вас имеется возможность отправить ракету на границу с космосом без участия топлива, то для такой ракеты соотношение массы полезной нагрузки и массы топлива будет лучше. Более того, не обязательно иметь двигатель с лучшей производительностью. Ибо большую часть работы по выведению полезной нагрузки выполняет центрифуга.
В дизайне SpinLaunch при достижении необходимой для запуска скорости на долю секунды открывается выходной порт центрифуги – и ракета взмывает в небо. В то же самое время отделяется противовес – это сделано для того, чтобы предотвратить дисбаланс и уменьшить вибрации, которые могут разрушить всю установку. Ракета движется около минуты, а на высоте порядка 61 километра зажигает свои двигатели. На этой высоте атмосферное давление практически не ощущается. Это позволяет достичь орбитальной скорости в 28 тысяч км/ч включением двигателя всего на одну минуту. Ещё одно кратковременное зажигание позволит ракете выйти на орбиту вокруг Земли.
По крайней мере, так говорит Яни. Когда я посетил компанию, прототип центрифуги был в разобранном состоянии и Джонатан не показал мне видео того, как это устройство работает. Вместо этого он говорил о том, насколько точны расчёты инженеров SpinLaunch.
Крупные инвесторы, такие как Airbus Ventures, Kleiner Perkins и GV (часть Alphabet) поддержали компанию вложениями в размере 80 миллионов долларов. А в прошлом году SpinLaunch удалось заключить контракт с Министерством обороны США на разработку новой вакуумной центрифуги. Тем не менее, небольшое количество данных о том, как же всё это работает, даёт пространство для воображения.
Но несмотря на то, что компания неохотно делится техническими подробностями, пара выданных ей патентов всё же дают представление о той физике, которую использует команда SpinLaunch. Однако, когда я предоставил эту информацию некоторым аэрокосмическим инженерам из ведущих исследовательских университетов, большинство из них выразили скептицизм.
Большая часть критики сводится к одному. Ракета в центрифуге испытывает огромные перегрузки – до 10 000 g. Стандартные ракеты подвергаются перегрузкам в размере 5-7 g. По словам Дэна Эрвина из Университета Южной Калифорнии:
Ни одна ракета не сможет выдержать такие перегрузки. Равно как и электроника внутри неё.
Один из бывших сотрудников компании, который говорил на условиях анонимности из-за соглашения о неразглашении, признал, что в SpinLaunch имеется большой пробел между теоретическими расчётами и реальностью. Сотрудник отметил, что компании с текущем уровнем ресурсов будет очень сложно сделать масштабирование существующей вакуумной центрифуги до необходимых размеров. Также он отметил неопытность некоторых руководителей. По его словам, в некоторых ситуациях им не хватило предусмотрительности, которая помогла бы решить многие проблемы.
Яни уже слышал подобную критику раньше. Он считает недостаток опыта в отрасли преимуществом.
Мы собрали команду преимущественно молодых инженеров, которые слишком молоды, чтобы со стопроцентно быть уверенными в том, что затея не сработает. Они полны энергии и очень хотят узнать, получится ли сделать задуманное.
Опыт с iPhone продемонстрировал, что электронные компоненты могут выдерживать колоссальные нагрузки при раскручивании. Хотя более чувствительные устройства, вероятнее всего, потребуют некой модификации. SpinLaunch уже подала патентные заявки на сверхпрочные солнечные батареи и гиродины.
Долгая дорога в космос
Физика – не единственное препятствие для компании. В конечном счёте SpinLaunch необходима прибрежная стартовая площадка (расположение обусловлено соображениями безопасности). И найти подходящее место оказалось значительно сложнее, нежели предполагал Яни.
В апреле 2018 года Хэмптон и Рафаэль Фельдман (менеджер проекта) отправились на Гавайи. Они хотели получить разрешение на строительство площадки на Большом острове. Поначалу штат оказывал поддержку компании. Даже начал разработку законопроекта о финансировании в размере 25 миллионов долларов, который позволил бы гавайцам инвестировать в SpinLaunch через облигации, поддерживаемые государством. Но во время напряженной встречи в ратуше общественного центра Наалеху на Большом острове жители обвинили чиновников местных органов власти в коррупции. Они были также озабочены тем, что SpinLaunch негативно повлияет на местную дикую природу и создаст угрозу для островитян.
Это привело к тому, что компания отказалась от стартовой площадки на Гавайях. А пока продолжается поиск места для прибрежной площадки, SpinLaunch строит свой испытательный комплекс.
В мае прошлого года компания начала деятельность на территории космопорта “Америка” в Нью-Мексико. Там они строят центрифугу в три раза большую, чем в Лос-Анджелесе. Яни надеется, что SpinLaunch проведёт суборбитальные испытательные запуски в конце этого года. Масса полезной нагрузки увеличится с 5 до 50 килограмм. В течение последних нескольких месяцев Хэмптон и еще около двух десятков других сотрудников компании жили недалеко от космопорта в импровизированном городке, построенном из корабельных контейнеров. Джакузи, стрельба из лука и комната виртуальной реальности – мелочи, которые сделали жизнь команды посреди пустыни чуть более приятной.
Яни надеется, что система заработает так, как и ожидается. Отправка аппарата в космос с помощью ракеты SpinLaunch обойдётся менее чем в 500 тысяч долларов. При этом Яни хочет работать с компаниями, которые планируют запускать только десятки или сотни спутников.
Но в текущей ситуации запуск даже одного спутника был бы большим достижением для компании. История частных ракетостроительных компаний – это в значительной степени история провалов. Исследование космоса требует смелости отправиться в неизвестность. А в случае со SpinLaunch – неизвестность огромна. Однако выигрыш велик – это открытие новой двери в космос.
От переводчика:
Если вы хотите больше знать о компаниях вроде SpinLaunch – добро пожаловать в Telegram-канал NewSpace Times. Ежедневные новости из мира частной космонавтики вам обеспечены!
Для тех, кто хочет почитать ещё кое-что о молодых космических компаниях, оставляю несколько ссылок на любопытные материалы:
- Spacety: большие планы на маленькие спутники
- Сможет ли LandSpace стать китайской SpaceX?
- Спутникам нужен свой собственный интернет. Для чего?
- Как ведро и проволока спасли самую маленькую большую ракетную компанию
- Из неизвестности в космос: что мы знаем о компании Astra Space?
- В космос на воздушном шаре
- 3D-печать и ракеты: краткая история Relativity Space