Как (и зачем) SpaceX колонизирует Марс. Глава 3: Как колонизировать Марс

Примечание: данный материал является третьей частью серии авторских переводов, опубликованных в замечательном сообществе interpreted.dirty.ru. Материал публикуется с разрешения автора.

Глава 3: Как колонизировать Марс

В жизни бывают сложности во время перемещения из пункта А в пункт Б. Из А) «я не могу поверить, что у меня зазвенел будильник» в Б) «вот я уже сижу на работе». Из А) «срок моей аренды заканчивается через месяц» в Б) «я уже переехал в новую квартиру, и все вещи перевёз, и даже фотки в рамках развесил на стенах». Из А) «вот дерьмо, ненавижу свою жизнь» в Б) «у меня теперь новая жена и всё очень хорошо». И всё это сложно осуществить.

Но путь из А) «я бы хотел заселить миллион человек на Марсе» в Б) «на Марсе теперь живёт миллион человек» кажется особенно сложным.
Элон Маск более целеустремлённый, чем вы.

В начале этого проекта я разговаривал с Маском шесть раз, не то чтобы я прямо считал, но большую часть времени мы обсуждали то, что вся эта штука с Марсом произойдёт. Судя по тому, как это всё звучало, ему нужны были всего две вещи, чтобы всё было готово:

1) желание;
2) возможность.

Народная мудрость в данном случае звучала бы так: «Возможность найдётся, было бы желание». Мы слетали на Луну уже больше 40 лет назад, за 15 лет до того, как у людей стали появляться персональные компьютеры, Марс, казалось бы, уже должен быть нам по плечу. Ограничивающий фактор здесь, должно быть, недостаток желания.

Но Маск считает, что всё наоборот. У нас есть возможность полететь на Марс за астрономические деньги. Но так Марс не заселить. Маск считает, что вся проблема в том, что у нас нет возможности слетать на Марс недорого. Он называет Соединённые Штаты «нацией исследователей» и «исследовательским духом в чистом виде», и он уверен, что если бы полёт на Марс был дешевле, то появилось бы очень много желающих. Но так как это до сих пор было невозможно, люди это не обсуждали, и их желания находилось в глубокой спячке.

Если бы мне кто–то сказал, что просторный пентхаус на Манхэттене с огромной террасой упал в цене на 95%, у меня появилось бы сильное желание подписать договор об аренде и заселиться. Но из–за того, что цена на него не такая, я и не горю желанием переехать, я даже не думаю об этом. Причина, по которой я не пишу этот пост, сидя в джакузи с видом на Нью–Йорк, не в отсутствии желания, а в отсутствии возможности.

Так Маск видит ситуацию, сложившуюся с Марсом.
Это не случай «Возможность найдётся, было бы желание», а скорее случай «Вы постройте, а они сами приедут».

Модель, которую держит в голове Маск, заключается в том, что пассажиры сами будут оплачивать «полёты» на Марс, точно так же, как они это делают во время пользования общественным транспортом на Земле, и главная задача снизить цены настолько, чтобы это смог позволить себе один миллион человек.
Или, как он объяснил подробнее, в своей манере:

«Должна быть точка пересечения между людьми, которые хотят отправиться на Марс и людьми, которые смогут себе это позволить, и если количество людей в этой точке будет равняться числу людей, которое необходимо для того, чтобы Марс мог существовать автономно, тогда и наступит определяющий момент».

Что выглядит приблизительно так:

Хотя нет, проблема сейчас выглядит скорее вот так:

Маск думает, что желание (жёлтый кружок) будет увеличиваться, как только появится осуществимая возможность, Маск характеризует крошечный синий кружок как критический, огранивающий фактор: слишком высокую стоимость космических путешествий. Ключом для соединения между пунктами А и Б является изменение такого положения дел.

Так, в 2002 году Маск заглянул дальше: «Я собрал команду специалистов, и за несколько суббот они сделали экономическую оценку целесообразности строительства ракет более рентабельным способом. Стало очевидно, что нам ничего не помешает это сделать. Ракетные технологии не улучшались существенно с 60–х, и, возможно, даже стали хуже!». Он был взвинчен.

Но вернёмся на секунду к действительности. Если бы вы решили, что кардинальное изменение стоимости — ключ к чему–то важному, вы бы не подумали: «О отлично! Я это сделаю!», вы бы подумали: «Я понятия не имею, как это сделать». Чтобы разобраться с тем, как кто–то может достигнуть подобного, поразмыслим в обратном направлении:

Вопрос: Как мне изменить стоимость космических полётов?
Ответ: Путём десятилетий инновационных разработок, пробных и неудачных запусков, с вовлечением тысяч людей в этот процесс.Прямолинейно и не очень приятно. Почему неприятно?

Вопрос: Откуда, чёрт возьми, возьмётся такая сумма денег? Если бы государства были заинтересованы в финансировании, то они бы уже давно это сделали. И ни один благотворительный деятель не захочет выкладывать десятки миллиардов долларов в проект, не имеющий каких–либо гарантий на успех и продолжающийся больше 30 лет.

Ответ: Вы оплатите это тем, что сделаете свои научные разработки вдвое прибыльнее, предоставляя параллельно услуги по космической доставке. Чтобы испытать новую технологию, вам потребуется осуществить множество запусков. Правительство и частные компании заплатят вам кучу денег за то, чтобы вы отправили спутник, груз или людей в космос во время этих запусков. Так вы убьёте двух зайцев одним выстрелом.

Вопрос: Как мне научиться запускать что–то в космос?

Ответ: Никак
. Тебе понадобится несколько лет, чтобы научиться этому с самых азов, строить все устройства самостоятельно и успешно запускать их в космос до того, как тебя кто–то наймёт в качестве службы доставки.

Вопрос:Но если на этапе обучения и испытаний нет клиентов, то кто за всё платит?

Ответ: Ты, основатель.


Вопрос: Откуда у меня на это деньги?

Ответ: Ты соучередил PayPal и затем продал его.

Таким был ход мыслей Элона Маска в 2001 и это продиктовало весь бизнес–план SpaceX:

SpaceX занимается этим уже 13 лет. Давайте взглянем, что они уже успели и что им предстоит:

Фаза 1: Разобраться с тем, как отправлять вещи в космос

Главный персонаж: Фэлкон–1 (Сокол–1)
Задача: Запустить что–то на орбиту до того, как закончатся деньги

Первая фаза SpaceX началась ещё до того, как начала своё существование сама компания, тогда Маск ещё работал в PayPal. Серьёзно рассматривая выход на космическую арену в качестве своего следующего шага, Маск сделал то, что делают все, кто хотят стать ракетчиками мирового уровня приблизительно за год, не имея при этом нужного образования, — начитался всяких вещей.

Он прочёл книги типа этой, этой, этой и этой, и по сути запомнил их все наизусть. Эксперт в области ракетостроения Джим Кантрел, который встречался с Маском где–то во время неудачной поездки Маска в Россию, говорит: «Он мог дословно цитировать отрывки из этих книг. Он стал очень сведущим в этой теме».

В дополнение к чтению, Маск задавал множество вопросов многим людям. Кантрел, который называет Маска «самым умным человеком, с которым ему доводилось работать», говорит, «Маск нанял множество его коллег по ракетно–космическому делу для консультаций», он «словно высасывал из них опыт».

По мере того, как Маск серьёзнее и серьёзнее говорил о том, что космос — это его следующая большая цель, его друзья начинали о нём беспокоиться. А вы бы не забеспокоились? Представьте, что ваш друг заработал огромную кучу денег, продав свой Интернет–бизнес, и затем сказал, что собирается потратить большую их часть на попытку стать предпринимателем, который добьётся успеха в организации компании по космическим запускам, потому что это важно для того, чтобы человеческая жизнь стала мульти–планетарной. Вряд ли у вас было бы хорошее предчувствие по этому поводу. Один из друзей Маска постарался, как смог, отговорить его от безумного проекта и заставил посмотреть видеонарезку совзрывами ракет.

Но Маск ещё тот чудак и он невозмутимо продолжил двигаться дальше. После того, как он построил фундамент своих знаний, наступило время привлекать других людей. Когда я спросил Маска, что он знает о бизнесе, он меня отчитал:
«Я не знаю, что такое бизнес, всё, чем является компания, так это группой людей, которые работают вместе над созданием продукта или услуги, нет такой вещи как бизнес, есть только стремление к цели, есть группа людей, стремящихся к цели».

Так он начал собирать группу умнейших людей, так и родилась SpaceX.

Потом основная команда, состоящая исключительно из звёзд, среди которых известный ракетчик Том Мюллер, начала нанимать сотрудников. Вот некоторые ранние правила SpaceX по приёму людей на работу:

Никаких мудаков. Маск считает, что если тебе не нравится твой босс или коллеги, то ты не захочешь задерживаться на работе допоздна.

Нанимай (и повышай), основываясь на сыром таланте, а не на опыте.
Маск сказал, что его не особо волнует учёная степень или уровень высшего, или даже среднего образования, его интересует исключительно талант, характер и страсть к программе SpaceX. Я разговаривал с инженером технического оснащения летательных аппаратов Марком Джанкосой, который, к моему удивлению, оказался обычным калифорнийским бро. Он скорее был похож на прикольного чувака, с которым я бы мог дружить, чем на ведущего эксперта в области ракетостроения. Он рассказал мне, что он ужасно учился и почти отчаялся, когда нашел себя в работе с гоночными автомобилями в автокружке, членом которого он был в колледже. Оказалось, что он гений, и после окончания универа кто–то представил его Маску, и Маск его нанял.

Джанкоса быстро продвинулся по карьерной лестнице в компании, и сейчас, в свои тридцать с небольшим, он возглавил один из главных отделов с сотнями более опытных работников под его руководством.

Кажется, историй, подобных этой, которые отражают меритократическую природу SpaceX, немало. Я встретился с Заком Данном, старшим директором по проектированию запусков, которому, как мне показалось, на вид лет двенадцать. Данн рассказал мне, что он приступил к работе стажёром всего пару лет назад. Вначале он думал, что Маск и не подозревает о его существовании, и был очень удивлён, когда тот назвал его очень сильным инженером, поэтому Данн считает, что Маск осведомлён о всех сотрудниках компании. Спустя пару лет после этого Данна назначили главным инженером по проектированию запусков, и под его руководством теперь сто человек.

Маск лично проводит собеседование со всеми, даже уборщиками, и делает это очень странно. Это правило соблюдалось первые 8 лет почти без исключений до момента, когда количество сотрудников не превысило 1000. Согласно биографии Маска, «Каждый сотрудник получает предупреждение о предстоящей встрече с ним. Собеседование может продолжаться от 30 секунд до 30 минут. Элон, вероятно, продолжит писать электронные письма и работать во время начальной части собеседования, особо не разговаривая. Не паникуйте. Это нормально. В один момент он наконец повернётся в своём кресле лицом к вам. И даже тогда, он, возможно, не будет смотреть вам в глаза или замечать ваше присутствие. Не паникуйте. Это нормально. Спустя какое–то время он с вами поговорит». Кстати, в этой биографии есть загадка, которую Маск задаёт всем инженерам: «Вы стоите на поверхности Земли. Вы идёте на милю к югу, на милю к западу и на милю к северу. Вы оказываетесь на том же месте, откуда начали. Где вы?» Один ответ: Северный полюс. И большинство инженеров справляются с ним сразу же. Затем Маск спрашивает, где ещё вы могли бы быть? Ответ: где–то поблизости от Южного полюса, где, если вы пойдёте к югу, окружность земного шара становится одной милей. С этим справляются не все инженеры, и Маск с удовольствием объяснит им загадку и приведёт необходимые уравнения в подтверждение. Маска волнует не столько разгадают ли загадку инженеры, сколько как они опишут задачу и как подойдут к её решению. Я запостил эту загадку на странице своего блога в Facebook и некоторые отметили, что у этой загадки бесконечное число решений, потому что в случае с Южным полюсом, окружность широты, к которому вы будете идти, сработает не только если окружность будет равна одной миле, но также сработает, если это будет ¼ мили, ½ мили. или ⅓ мили. Вы пройдете вокруг больше одного раза, но окажетесь на том же самом месте. Теперь, когда я прокрутил решение этой задачки у себя в голове, я фантазирую о том, как прохожу собеседование Маска и делаю вид, что слышу эту загадку впервые и притворяюсь, что думаю напряжённо три секунды, после чего отвечаю: «Здесь возможно неограниченное количество ответов», и потом уверено объясняю ему, почему.

Но сама компания, как и Tesla, вертикально интегрирована. Это означает, что вместо привлечения сторонних поставщиков, SpaceX почти все основные детали производит сама, поддерживая право собственности и контроль над большей частью цепей поставок. Это очень необычно для авиационно–космической промышлености, как объясняет это Эшли Вэнс: «Фабрика — это храм, посвящённый тому, что SpaceX видит своим основным преимуществом в области ракетостроения собственное производство: SpaceX производит около 80% или 90% ракет, двигателей, электроники и разрабатывает собственные материнские платы и микросхемы, сенсоры для обнаружения вибраций, бортовые компьютеры и солнечные панели». Старомодные промышленники, такие как Эндрю Карнеги и Генри Форд, тащились от вертикальной интеграции, как это во многом делает Apple сегодня. Большинство современных компаний не берут на себя такой широкий производственный охват, которого требует вертикальная интеграция, но для людей типа Маска или Джобса, помешанных на том, чтобы всё держать под личным контролем, другого варианта и быть не может.

Наряду со всеми производствами, сливающимися воедино под крышей SpaceX, они физически объединены в одном здании, прямо как и в Tesla, рабочие места инженеров расположены либо на этаже посреди проектирования и изготовления, либо в застеклённых офисах с видом на весь процесс сборки (в этом видео Маск проводит вас по офису SpaceX, при этом странно реагируя на камеру).

По мере того как рос штаб сотрудников и формировались новые отделы, Маск оставался плотно вовлечённым почти в каждый процесс очень необычным способом. Некоторых боссов называют микроменеджерами, но в компаниях Маска уровень его вовлеченности заработал ему прозвище «наноменеджер».

Илон Маск знает кучу всякого дерьма

С кем бы из сотрудников Tesla или SpaceX я ни разговаривал, все они как один подчёркивают, что Маск очень большой эксперт в их конкретной области, будь то автомобильные аккумуляторы, проектировка автомобилей, электрические моторы, устройство ракет, ракетные двигатели, авиационная радиоэлектротехника (авионика) или аэрокосмическая техника. Ему это удаётся либо из–за сочетания невероятно крепкого понимания основ физики и проектирования, либо из–за гениальной способности запоминать информацию по мере её изучения.

Такой багаж знаний позволяет Маску поддерживать очень высокий уровень контроля над всем, что происходит в его компаниях. Вот что Маск сказал о ракетах SpaceX: «Я знаю свою ракету вдоль и поперёк, я могу назвать вам способ термической обработки кожаных материалов, где он отличается и почему мы выбираем этот материал, способ сварки, всё до мельчайших деталей».

Я спросил Джинна Хоссейна, вице президента по разработке программного обеспечения SpaceX, о наноменеджменте Маска и вот, что он мне ответил:

«Самый большой сюрприз для всех, кто устраивается в компанию, это то, что здесь бросаются словом «наноменеджер», и вы думаете: «окей, он любит вдаваться в подробности, это круто», но вы себе даже не представляете, насколько. Для гендиректора компании у него действительно очень большая колода карт — ему доступна вся необходимая информация и он может подробно изучить что угодно, что часто и делает. Он принимает решения и направление курса на очень низких уровнях в своих компаниях и делает это с высокой точностью, я не могу представить себе работу с кем–то другим в другой компании. Мысль о том, что один человек может принимать ключевые решения по поводу столь многих вещей меня поражает, он способен удерживать это всё в голове и вовремя при необходимости всё это вспоминать, чтобы принимать верные решения ».

Ладно, значит, сейчас середина 2002 года, и эта безумная идея начинает воплощаться в реальности. Есть чёткая программа, команда и сила природы — гендиректор. Следующий шаг — ракета.

Прежде чем мы рассмотрим первую ракету SpaceX, давайте определимся с терминами:

Суть практически каждого космического запуска заключается в том, что что–то нужно отправить в космос. Это называется целевым грузом. Им может быть спутник, люди или обезьяна, что угодно — в 2014 SpaceX запустили 20 мышей на МКС, которые требовались для проведения опытов. Мне нравится представлять, как эти мыши в контейнере резко становятся невесомыми и дёргают крошечными лапками, не понимая, куда пропала земля. Маск их, кстати, назвал «мышенавтами», что тоже очень забавно.

Чтобы целевой груз мог пережить жёсткую поездку в космос, его часто покрывают защитной оболочкой, которая называется гаргрот (или обтекатель). Иногда целевой груз нужно направлять и состыковывать, когда он в космосе, а иногда его нужно вернуть обратно на Землю. В таких случаях груз отправляют вкосмическом аппарате, или, если в душе вы ещё ребёнок, на космическомкорабле.

У вас есть ракета. Ракета — это основная штука, которая взлетает, у неё только одна задача — доставить контейнер с целевым грузом сквозь слои атмосферы в космос. Большую часть ракеты составляет топливный бак, а внизу ракеты расположен один или несколько сверхмощных двигателей, которые имеют форму колокола. Они обеспечивают ракету огромной силой — тягой, которая необходима для того, чтобы поднять несколько тонн веса через атмосферу Земли. Иногда ракета состоит из нескольких ракет размером поменьше, которые они называются ступенями. Ох, и всё, что я сейчас описал, становится боевой ракетой, если целевым грузом является бомба.

В конце концов, космических кораблей не бывает. Космический корабль — это термин, который используют, чтобы увлечь пятилетнего ребёнка.

Программа Аполлон запускала людей в космос на ракете Сатурн–5. Сатурн–5 весила 3000 тонн, приблизительно как 7 боингов–747, и была высотой с 35–этажный дом.

Сатурн–5 была похожа на матрёшку, так как размер её составляющих кверху становился меньше. Вот все её основные составляющие:

У космического шаттла задача была полегче — попасть на нижнюю околоземную орбиту, для чего был нужен совершено иной подход.

Вместо огромной первой ступени шаттл использовал две ракеты (твердотельные ракетные ускорители РДТТ), чтобы справиться с самой сложной частью взлёта, а целевой груз, люди и оборудование летели в челноке, космическом аппарате, который внешне похож на стереотипный космический корабль. Челнок обеспечивался добавочной тягой после того, как отделялся от ракет, используя для этого горючее из большого топливного бака, который по непонятной причине окрашен в оранжевый цвет. Обычно, возвращаясь, космический корабль приземлялся в океане с помощью парашютов, но у шаттлов был более цивилизованный подход — они садились на посадочную полосу прямо как самолёт:

Когда SpaceX делали свою первою ракету, они не стремились сделать самую большую или крутую ракету в мире. Вместо этого они соорудили что–то типа трёхколёсного велосипеда, маленькую и простенькую ракету, которую Маск назвал Фэлкон–1 (Сокол–1, в честь «Тысячелетнего сокола» из «Звёздных войн»). Это была двухступенчатая ракета высотой в 21 метр с огромным двигателем внизу, собственным изобретением SpaceX, который называется Merlin (прим пер.: подозреваю, что в честь волшебника из кельтской мифологии).

Несмотря на свои габариты и возможности, Фалькон–1 был напичкан всякими инновационными технологиями. Главной задачей было сделать его как можно более дешевым до того, как отправлять целевые грузы в космос, не только потому что Маск видит в снижении стоимости возможность отправить нас на Марс, но и потому что это, по его мнению, тот аспект космических полётов, который на сегодняшний день может быть улучшен значительным образом. Вот что он говорит: «Скорость ракеты всегда будет приблизительно такой–же. Удобство и комфорт останутся примерно такими же. С надёжностью особых улучшений не ждать, поэтому остаётся один ключевой параметр, технологическое улучшение которого следуют рассмотреть. Стоимость».

Маск приводит две причины, по которым стоимость оставалась столь высокой:

1) Основные авиационно–космические компании большие, а большие компании не любят рисковать.
«Существует огромная предвзятость по поводу принятия рисков. Все пытаются оптимальным образом прикрывать свои задницы… Даже если доступны технологии получше, они по–прежнему используют устаревшие комплектующие, часто те, что были разработаны ещё в 60–х, многие пользуются российскими ракетными двигателями, которые были сконструированы в 60–х, и я не имею в виду, что они были разработаны в 60–х, они буквально были собраны в 60–х где–то в Сибири», — говорит Маск.

2) Недостаток вертикальной интеграции. Мы уже упомянули вертикальную интеграцию SpaceX, которая позволяет Маску всё контролировать, но Маск также убеждён, что вертикальная структура имеет решающее значение по снижению затрат, и он критикует другие компании за то, что они так не делают: «Среди крупных аэрокосмических компаний существует тенденция по привлечению сторонних организаций для выполнения практически всего… Эти компании нанимают субиспонителей а те, в свою очередь, нанимают ещё смежных подрядчиков и так далее. Вам нужно пробраться сквозь четыре или пять слоёв, чтобы найти кого–то, кто действительно делает что–то полезное — на самом деле режет метал, формирует атомы. А все, кто выше, получают свою прибыль — это накладной расход в пятой степени».

«SpaceX смогла спроектировать и сконструировать (Фалкон–1) с чистого листа, причём без багажа богатой истории, как у огромных компаний», —
говорит Макс Возоф, один из первых сотрудников SpaceX. Вы можете проследить первоначальный ход мыслей Маска: «(Я спросил): Из чего сделана ракета? Алюминиевые сплавы аэрокосмического класса, плюс немного титана, меди и углеродного волокна. И затем я спросил, какова стоимость этих товаров на рынке? Оказалось, что стоимость материалов ракеты составляла около 2% от обычной стоимости, и это безумное соотношение для крупного машиностроительного изделия. И я подумал, что у нас должно получиться сделать ракету намного дешевле, учитывая стоимость этих материалов».

И это всё здорово, но это не была обычная компания с нормальным бюджетом и календарным планом для развития. Такую компанию большинство инвесторов захотели бы обходить стороной и возможность к существованию в основном держалась на личном банковском счёте Маска. К наступлению 2006 года Маск решил реконструировать автомобильную промышленность в качестве параллельного проекта и с 70 миллионами долларов его состояния от PayPal, привязанными к Tesla, на SpaceX оставалось всего 100 млн долларов. Маск сказал, что этого должно хватить на два или три запуска. У SpaceX будет столько попыток, чтобы доказать, что он достоин клиентов. И так как клиентам от SpaceX нужно, чтобы компания доставила их вещи на орбиту, то именно это и нужно было сделать SpaceX — успешно запустить что–то на орбиту, чтобы доказать миру, что они это всерьёз.

План был простым — отправить целевой груз на орбиту за три, возможно, четыре попытки, иначе компании конец. В те времена среди частных компаний, которые пытались что–то запустить на орбиту (можете посмотреть как умирали «действующие» компании в этом списке), только у одной был успех (Orbital Sciences).

Чтобы понять, почему это столь сложно, нам нужно разобраться с тем, что такое орбита:

Что такое Орбита?

На интуитивном уровне мы думаем, что трудности с отправкой кого–то на орбиту заключаются в том, чтобы добраться до Орбиты, точно так же на интуитивном уровне мы думаем, что космонавты на МКС парят себе в воздухе, так как там нет гравитации. Сейчас наступил хороший момент, чтобы прекратить доверять своей интуиции.

Давайте вернёмся в старшие классы на секунду, вот формула, по которой мы высчитывали силу притяжения:


G — гравитационная постоянная, занудное число, которое мы можем проигнорировать в этом объяснении:

m1 и m2 — это массы двух объектов. Объекта два, потому что притяжение — это не односторонняя вещь, любые два объекта притягиваются друг к другу с одинаковой силой. В вашем случае с Землёй то, о чём вы думаете как о своём весе, является силой тяготения между вами и Землёй, сила, которая одинаково влияет на вас и на планету (На случай, если вы совсем всё забыли: в нашей повседневной жизни термины «масса» и «вес» взаимозаменяемы, но это совсем разные вещи. Масса — это количество вещества в вас, то есть сумма всех атомов. Она неизменна, где бы во вселенной вы ни находились. Вес — это сила, направленная вниз, которую вы оказываете под воздействием притяжения Земли. Если бы вы были на Луне, где сила протяжения в шесть раз меньше, ваша масса бы не изменилась, но ваш вес уменьшился бы в шесть раз. Килограммы — это единица измерения массы, а фунты — это единица измерения притяжения. Единица измерения силы в метрической системе Ньютон, единица массы в британской имперской системе — слаг. Блин, до чего же стыдно).Так как обе массы в числителе, это означает, что чем больше они, тем выше будет и сила тяготения (соразмерно их произведению). Так что если вы удвоите массу, удвоится и вес. Если ваш вес останется таким же, а масса Земли удвоится, ваш вес тоже удвоится. Если я удвою массу Земли и вашу массу, то ваш вес увеличится в четыре раза. Но для этого поста нам не нужно работать с массой.

Что нас волнует, так это R^2 — расстояние между двумя объектами, точнее расстояние между их центрами масс, в случае с Землёй масса распределена равномерно, так что центр массы — это центр планеты. Радиус Земли составляет 6371 километр так, что когда вы находитесь на поверхности Земли, вы используете это число для R, чтобы определить силу тяжести, которую вы испытываете, так как r находится в знаменателе уравнения по мере увеличения R сила притяжения уменьшается.

Чтобы это всё проиллюстрировать, я уменьшу Землю примерно в 13 миллионов раз, так что она будет диаметром в метр:

Если мы умножим r на два, удалив радиус Земли от поверхности на полметра, R^2 увеличится в 4 раза, так что сила притяжения и ваш вес будут в четыре раза меньше, чем на поверхности. Если вы отодвинетесь на метр так, что между вами и Землёй поместится ещё такая же Земля, R утроится и гравитация будет в девять раз меньше, чем на Земле.

И где в таком случае находится МКС?

Она приблизительно в четырёхстах километрах от Земли, что около 2–3 см от поверхности нашего метрового Земного шара. Если приклеить мячик для пинг–понга к Земле, то МКС и все остальные спутники в него врежутся. (Пока мы ещё тут, общепризнанная высота, на которой начинается космос, называется линией Кармана, которая находится в 100 км от поверхности Земли, что на нашем глобусе начинается на 7.8 мм над его поверхностью — как ширина карандаша, а самолёты летают на расстоянии в 0,84 мм, что по размеру как песчинка).
Что это нам говорит о гравитации на НОО в месте типа МКС?
Ну, если мы возьмём среднюю высоту МКС 370 км, мы обнаружим, что это прибавляет всего 5.8% к нашей обычной r на поверхности Земли, что уменьшает гравитацию на поверхности всего только на 10%.

Так что выходит, что астронавты на МКС должны практически не ощущать разницы в притяжении, и тем не менее они там парят.
Причина в том, что они находятся в свободном падении.
Как–то раз мне довелось лететь с пилотом, которому было на всё наплевать, и он взлетел на 1200 метров, а потом резко снизился до 600 метров. Перед тем как резко снизить высоту, он дал мне ручку и сказал положить её в раскрытую ладонь. Во время снижения 8% меня, не находившихся в режиме «не обосраться», наблюдали за тем, как ручка зависла передо мной в воздухе, после чего плавно отлетела в сторону и резко упала на мои колени, как только мы снова выровнялись на высоте 600 метров. Вот что происходит на МКС.
И вот почему: представьте, что вы стоите у крутого обрыва на планете меньше Земли, с более гладкой поверхностью и без атмосферы, и вы со всей силы бросаете бейсбольный мяч.

 

Выглядело бы это примерно вот так:

Если бы бросал главный подающий лиги, это, возможно, выглядело бы так:

 

А если бы вы выстрелили мячом из пушки, то он пролетел бы ещё дальше:

 

Прежде чем этот мяч упадёт, он проделает изогнутый путь. Если бы не препятствовала поверхность планеты, этот путь бы продолжился и имел форму большого эллипса. Чтобы не усложнять, давайте просто продолжим траекторию каждого мяча окружностями:

Теперь возьмём пушку помощнее, которая сделает вот что:

Кажется, ничего особенного, но обратите внимание, что линия кривой теперь совпадает с формой планеты. Поэтому в итоге мы имеем вот что:

Мяч обогнёт планету и прилетит к пушке с обратной стороны: и если на пути ему ничто не помешает, то он так и продолжит бесконечно «падать», и никогда не упадёт. Потому что кривая пути мяча и соответствующий круг точно совпадают с кривизной планеты. Планета будет падать от мяча, а мяч будет пытаться упасть на землю. Так вы запустили мяч на орбиту.

Если бы вы были на идеально гладкой планете любого размера без атмосферы, то в теории вы бы могли запустить что–то на её орбиту прямо над поверхностью. Но так как у Земли плотная атмосфера и неровная поверхность с горами, как сильно вы бы ни выстрелили мячом рядом с поверхностью, атмосфера бы его замедлила, делая траекторию его падения всё уже и уже, пока тот не упадёт на землю. Поэтому всё, что мы запускаем на орбиту, находится так высоко, где атмосфера столь тонкая, что не замедляет объект. И без силы трения работает закон Ньютона об инерции, и объект бесконечно летает вокруг планеты. В случае с объектами на орбите Земли существует небольшое сопротивление, потому что рядом с Землёй ещё не идеальный вакуум, и в конечном итоге объекты вылетают с орбиты.

Чтобы попасть на земную орбиту, объекту нужно двигаться невероятно быстро. Но не слишком быстро. Почему? Потому что тогда кривая будет слишком широкой, и соответствующий круг будет больше планеты, и произойдёт вот что:

Поэтому люди говорят о достижении «орбитальной скорости» для того, чтобы оставаться на орбите. А «скорость убегания» нужна для того, чтобы сбежать от земного притяжения и отправиться в открытый космос. Скорость убегания означает, что кривая пути шире, чем кривизна планеты.

Итак, какова же орбитальная скорость на высоте 370 км, где находится МКС? 27600 км/ч или 7,66 км/с. Это золотая середина, которая позволяет объекту оставаться на орбите на такой высоте.

Чтобы примерно понять, насколько это быстро, если бы вы бросили мяч на пляже в океан с такой скоростью, то он бы со свистом вылетел за горизонт вне поле зрения примерно за полсекунды. С такой скоростью МКС огибает Землю каждые 90 минут ( и так как скорость относительна, астронавты на МКС вообще не чувствуют, что они движутся, так же как мы не чувствуем этого на самолёте).

Вернёмся к SpaceX. Если учесть отступление выше, становится понятно, что SpaceX, по сути, нужно было «закинуть» целевой груз на орбиту. Люди думают, что при запуске ракета летит вверх, но в действительности её забрасывают в сторону, именно поэтому траектория ракеты выглядит вот так:

Прямо как в нашем примере выше, ракета выполняет роль великана, который бросает целевой груз:

Только в реальном мире вместо гигантской руки, ракетной компании нужна 40–тонная башня размером с семиэтажный дом, которая взрывается вдали от Земли и которой нужно ещё перебросить хрупкий аппарат на точной скорости и на точной высоте.

Чтобы всё было ещё сложнее, «бросок» начинается в слоях атмосферы на уровне моря, там она очень плотная и переменчивая из–за погодных условий. Это всё равно что пытаться метко бросить мяч, но начать замахиваться под напором воды. Вот так инженер технического оснащения летательных аппаратов в SpaceX Марк Джанкоса описал трудность запуска ракеты сквозь атмосферу: «Ракета — как разваренная макаронина, а вы пытаетесь затолкнуть её в космос. Она очень сильно болтается. Вы не можете понять, куда она летит, высчитав траекторию какой–то точки этой ракеты — вам придётся высчитать несколько этих точек». И когда в игре задействованы большие силы — вес ракеты, скорость, плотность атмосферы, даже мелкий сбой оборудования может нарушить всю миссию. Проблема в том, что очень сложно надёжно испытать то, как продержится оборудование до реально запуска.

SpaceX это знание далось непросто:

2006: Первый запуск — не состоялся.
2007: Второй запуск — не состоялся.
2008: Третий запуск — не состоялся.

Плохие времена.

Запуски не состоялись по причине каких–то мелочей. А именно: корродированная гайка не выдержала давления, жидкость в ракете болталась больше, чем ожидалось, двигатели на первой ступени вырубились на пару секунд позже во время отделения ступени. Вы можете всё сделать на 99.9% правильно, но последняя 0.1% взорвёт ракету и приведёт к катастрофическому провалу. Космос — это тяжело.

У всех ракетных организаций, частных или государственных, случаются неудачи. Это неотъемлемая часть. Обычно вы глубоко вдыхаете, закатываете рукава, выясняете, что пошло не так, и приступаете к следующему запуску. Но у SpaceX были особые обстоятельства — «у компании было всего три или четыре попытки», и после трёх неудач у них осталась крайняя попытка «или четыре». Она была запланирована менее чем через два месяца после провала третьей. И это был последний шанс.

Друг Маска Адео Ресси описывает это следующим образом: «Всё зависело от того запуска… Если всё сработает, грандиозный успех — если что–то пойдёт не так и запуск не состоится — полный провал. Третьего не дано. Никаких авансов. У него уже было три неудачи. Всё на этом и закончилось. Подобные кейсы разбирают в гарвардской школе бизнеса. Богатый парень пришёл в ракетное дело и всё потерял» (ну, хотя бы с Tesla в этот момент всё было неплохо, хотя подождите…).

Но 28 сентября 2008 года SpaceX провёл четвёртый запуск, и он был успешным. Вся разница между ужасно провальным третьим запуском и гладким четвёртым заключалась лишь в том, что при третьем запуске двигатели на первой ступени проработали на пару секунд дольше, и первая ступень боднула задницу второй, прежде чем отлететь, и всё испортила (я отмотал видео с третьим и четвертым запусками до момента отделения первой ступени, на последнем вы можете услышать радостные возгласы сотрудников SpaceX в момент успешной отстыковки).

Они отправили холостой целевой груз на орбиту без заминок и стали второй частно–финансируемой компанией, которая с этим справилась.
Фэлкон–1 был также самой рентабельной ракетой, которую когда–либо запускали — ценой в 7,9 млн долларов, что было втрое дешевле самой дешёвой американской альтернативы на тот момент.

НАСА взяла это на заметку. Успешный четвёртый запуск был для них достаточным доказательством того, что SpaceX можно доверять, и в конце 2008 года НАСА предложила Маску заключить контракт на 1,6 миллиардов долларов, чтобы совершить 12 доставок на МКС.

Деньги Маска принесли свои плоды. Теперь у SpaceX есть свои клиенты и большое будущее впереди.

Оригинал/Артём Салютин