"Форд" в космосе. Золотая лихорадка на низких околоземных орбитах

В двадцатом веке освоение космоса представлялось делом исключительно государственным. Только у правительств были необходимые средства, и космос был местом соперничества между странами.

Затем появились частные космические инициативы, но самые известные из них, вроде проектов Илона Маска, все равно поддерживались крупными государственными контрактами.

Сейчас ближний космос, в пределах тысячи километров от поверхности Земли, стал местом деятельности множества частных компаний, небольших по сравнению с традиционными гигантами космической отрасли и за счет этого более маневренных и быстрее внедряющих новые технологии и идеи.

"Это золотая лихорадка, но уже в космосе, космический бум", – говорит Игорь Никищенко, специалист по ракетным двигателям, многие годы работавший в украинском конструкторском бюро "Южное". Теперь он главный конструктор в американском стартапе Launcher, который собирается строить легкие ракеты для вывода на орбиту коммерческих спутников: "После успеха Маска многие бизнесмены решили, что это золотая жила и ее надо разрабатывать. Огромное количество компаний не только в Соединенных Штатах, но и в Европе, и даже на Украине и в России хотят на этом заработать. Большинство, понятно, не найдет золотую жилу, но те, кто найдут, могут оказаться в очень хорошем положении. Мы на это рассчитываем".

Никищенко родился в Днепропетровске и рассказывает, что с детства ему нравилась техника и космонавтика (это были 60–70-е годы). Выбор профессии был простым: в Днепропетровске существовал Южмаш, крупнейший завод по производству ракетно-космической техники, физико-технический факультет университета готовил для него специалистов. В КБ "Южное" Никищенко попал в 1985 году. "Пять лет работы при советской системе, дальше все рухнуло. Я, поскольку имел склонность к технике и не имел склонности к экономике и торговле, остался в КБ, хотя времена были весьма тяжелые, зарплата составляла 30 долларов в месяц. Проработал в КБ 30 лет, а теперь решил попутешествовать". Несколько лет назад Никищенко уехал работать в Италию, в компанию-подрядчик на производстве ракеты "Вега" Европейского космического агентства, оттуда – в США, чтобы присоединиться к Launcher.

Спутник Starlink компании SpaceX в ночном небе над Данией. 2020 год

Снизить вес

Никищенко объясняет, что дорогу в космос относительно небольшим частным компаниям открыли новые технологии, успехи электроники и сервоприводов:

– Мы видим дроны, которые летают на электродвигателях. 30 лет назад было невозможно представить, что электродвигатель сам себя поднимет в воздух. Благодаря современной элементной базе удалось создать очень легкие электромоторы. Ракеты резко полегчали. Раньше система управления – гироскопы, датчики положения, аналоговый компьютер – могла весить несколько сот килограмм, вначале вообще тонны весила, если первый "Союз" взять. Сейчас могла бы весить сто грамм – современные системы управления весят несколько килограмм, но это ради надежности. Вес снизился в тысячи раз, и этот вес освободился для полезной нагрузки. Заодно уменьшился вес спутника. Раньше спутники были очень тяжелыми, в них размещалась электронная аппаратура. Первый советский спутник весил 80 килограмм, а там всего-то стоял радиопередатчик, который был способен две недели передавать сигнал. Сейчас можно сделать спутник весом в несколько сот грамм, он будет иметь на себе камеру высокого разрешения и передатчик, который будет способен передавать изображения на Землю. То есть я могу на малой ракете, которую произведу дешевым способом, запустить маленький спутник, который будет иметь огромные возможности.

В качестве примера возможного массового применения малых спутников Никищенко приводит сферу телекоммуникации, идею глобальной спутниковой сети, обеспечивающей доступ к интернету, "хоть в пустыне, поставил антенну – и можно работать". Проект Starlink компании Илона Маска SpaceX для этого собирается в течение десятилетия вывести на низкую околоземную орбиту несколько тысяч спутников. Другая идея – мониторинг Земли:

– Сейчас мы можем на Гугл-карте посмотреть на любую улицу, но она не в реальном времени. Теоретически возможно, если запустить множество спутников, мониторить все в реальном времени, и это дает большие возможности для хозяйства, можно смотреть, как озимые созрели. Любая небольшая компания сможет запустить свой кубсат (кубсат – спутник стандартного размера 10x10x10 сантиметров и весом не более 1,33 килограмма. – Прим. РС) и мониторить собственную территорию.

Запуск зонда NASA с помощью ракеты "Пегас" компании Orbital, 2013 год

Сколько стоит килограмм на орбите

Космические стартапы рассчитывают, что предложение породит массовый спрос, говорит Никищенко:

– Подозреваю, что все зависит цены. Если вывод спутников в космос будет дешевле, их станут использовать больше. Первые автомобили были штучными, они производились десятками. Потом появился Генри Форд и начал производить автомобили тысячами, более дешево – и покупателями его автомобилей стали его же собственные рабочие. На свою зарплату они могли купить автомобиль, это была его бизнес-идея. Сейчас есть идея стать Фордом в космосе, произвести достаточно дешевые ракеты, которые породят массового потребителя достаточно дешевых спутников.

Спутники можно запустить и сейчас. Их, например, берут дополнительным грузом на большие ракеты, которые запускают в рамках государственных программ, этим пользуются, помимо коммерческих компаний, исследовательские группы и университеты. Никищенко приводит в пример специальный шэринговый калькулятор SpaceX. Там можно выбрать орбиту – низкую околоземную, солнечно-синхронную, полярную, задать дату и сколько килограмм вы хотите вывести в космос – и вам покажут доступные рейсы (на низкую околоземную – раз в месяц). От 1 до 200 килограммов цена будет миллион долларов ("Они демпингуют сейчас, поэтому так дешево", – комментирует Никищенко), затем цена начинает расти – отправить в космос 830 килограммов будет стоить чуть больше 4 миллионов, а если нужно запустить 831 килограмм или выше, калькулятор попросит вас написать письмо на специальный электронный адрес.

• Есть прогнозы, что в 2020-х в среднем ежегодно будут запускаться порядка тысячи малых спутников (для сравнения: в 2010-х – ежегодно в среднем менее 200), а объем рынка вырастет примерно с 15 до 50 миллиардов долларов.

Никищенко перечисляет игроков на рынке частных запусков в космос:

– SpaceX нельзя рассматривать как конкурента, это мэтр, на которого все равняются, который и породил эту волну. Новозеландская компания Rocket Lab – единственный конкурент, который сделал успешно летающую малую ракету. "Пегас", самая легкая ракета компании Orbital, твердотопливная и дорогая, – не конкурент. Другие компании есть, но ни одна еще не достигла орбиты. Компания Astra сделала три запуска ракет, но пока орбиты не достигла, эффективность двигателя оказалась ниже расчетной.

У Launcher, где работает Никищенко, есть свой калькулятор – правда, не цены, а того, какой груз на какую орбиту какая ракета может вывести. Самый новый вариант ракеты Launcher Lite – порядка метра в диаметре и метров 20 в длину, весом меньше 10 тонн, и, согласно калькулятору, эта ракета с одним двигателем первой ступени может поднять на орбиту около 150 килограммов (обычно вес полезной нагрузки ракеты – порядка 1,5–3 процентов от ее веса):

– Раньше то, что считалось малой ракетой, весило сто тонн. А когда-то ракета весом 200–300 тонн была самой малой ракетой, способной достичь космоса. Сейчас ракета весом порядка 10 тонн может выйти на орбиту: системы управления, системы привода стали легкими, остались одни двигатели и баки, да и баки стали легче благодаря композитным материалам.

Подготовка к запуску ракеты Falcon 9 компании SpaceX в Калифорнии, 2013 год

Прозрачное пламя

Более эффективная по сравнению с конкурентами ракета позволит дешевле выводить в космос полезную нагрузку. Launcher пытается добиться этого, создав более эффективный двигатель: "Если ракета той же массы может нести, например, в два раза больше полезную нагрузку, соответственно, это будет в разы дешевле, чем у конкурентов", – говорит Никищенко, специальностью которого являются ракетные двигатели.

Launcher сообщает, что на стендовых испытаниях модели его двигателя пламя из сопла было синим, то есть свободным от излишков топлива (смеси жидкого кислорода и керосина), которое практически полностью сгорало, и это дало возможность наблюдать "диски Маха" – уплотнения выходящего из двигателя газа, которые обычно не видны из-за светящегося ореола при выгорании в атмосфере избытков горючего. Никищенко называет это свидетельством эффективности: "Если двигатель работает с высокой эффективностью, практически все горючее сгорает в камере сгорания, получается прозрачное пламя и видны скачки уплотнения. Прозрачное пламя указывает на эффективность сгорания".

То, что маленькая компания с 8 штатными сотрудниками и небольшой группой инженеров в Украине может сделать более эффективный двигатель, чем крупные корпорации, Никищенко объясняет скоростью внедрения инноваций:

– Мы собираемся применить технологию кислородного охлаждения. Эта идея муссируется годами. В России пытаются сделать модификацию двигателя 11Д58, но большие компании обычно очень инертные, косные. У них пять лет назад уже были достаточно хорошие результаты с этим двигателем, но окончательного результата нет до сих пор. Мы думаем, что сумеем сделать гораздо быстрее просто потому, что у нас нет бюрократической надстройки, благодаря таланту наших инженеров, благодаря инновационным технологиям. Раньше, чтобы изготовить камеру сгорания, приходилось производить сложнейшие технологические операции, пайка очень трудоемкий процесс. А мы – первая компания, которая печатает камеру сгорания в 3D-принтере, используя медный сплав. В основном все используют тугоплавкий материал инконель, но у него низкая теплопроводность, и он малоэффективен для камер сгорания. Мы используем медный сплав, это существенно повышает эффективность. Мы нашли компанию, которая построила принтер, способный печатать медь. Пока 3D-принтеры небольшого размера, им сложно напечатать большую камеру. Скажем, SpaceX не сможет напечатать свою камеру, она слишком большая. Мы сейчас располагаем самым большим в мире 3D-принтером, который может напечатать камеру двигателя на 10 тонн. У Rocket Lab, кстати, двигатели тоже сделаны с помощью 3D-принтера. Но тяга их двигателя две с половиной тонны, у нас – 10.

Запущенная SpaceX на орбиту машина Tesla. 2018 год

Дорогая орбита

В ответ на вопрос, не рассматривала ли компания возможность многоразового использования ракет по примеру SpaceX, которая таким образом снижает затраты и тем повышает эффективность, Никищенко говорит:

– Для малых ракет это чрезвычайно сложная задача. Маск теряет 30 процентов эффективности ракеты ради возврата ступени. Для меньшей ракеты потери будут еще больше, 50 процентов эффективности. И нужна специальная инфраструктура для возврата ступени. Маск может себе позволить плавучий остров, на который ступень садится. Для малых ракет это экономически невыгодно. Дешевле строить более дешевую ракету, чем возвращать ступень.

Будущую процедуру запуска Launcher описывает так: ракета стартует с одного из лицензированных космодромов в США, наиболее вероятно с мыса Канаверал во Флориде или острова Уоллопс в Вирджинии, менее чем за шесть минут поднимает спутник клиента на высоту более 200 километров и разгоняет его до скорости свыше 26 с половиной тысяч километров в час, а затем выпускает на заданную орбиту. (Последние ступени ракет при этом обычно остаются на орбите космическим мусором или сгорают в атмосфере, первые ступени падают на Землю вскоре после запуска).

Малые спутники расположены, в подавляющем большинстве, на "низких орбитах" – между 200 и 2000 километров над Землей. На высоте 200 километров сохраняется сопротивление атмосферы, и спутник, особенно малый, существует очень короткое время. 400–500 километров – это наиболее востребованные высоты, там торможение атмосферы небольшое, можно летать годами без особых потерь, но в то же время достаточно хорошо видно Землю (МКС, например, летает на высоте 400 километров). От 500 до тысячи километров – солнечно-синхронные орбиты, спутники летают через полюса, обозревая всю территорию Земли. Чем выше, тем хуже видно Землю, и тем более мощный – и тяжелый – передатчик требуется спутнику.

Примерно в 20 тысячах километрах от поверхности планеты расположены "средние околоземные орбиты", где летают навигационные спутники, а в 35 тысячах километрах от Земли – геостационарная орбита, а за ней – орбита захоронения, куда выводят космический мусор:

– Геостационарная орбита самая проблемная. Легче полететь к Луне, чем выйти на геостационарную орбиту. Нужно либо запуститься с экватора, либо менять наклонение орбиты (угол между плоскостью орбиты и плоскостью экватора. – Прим. РС), а изменение наклонения орбиты весьма энергозатратный маневр. Это самая энергоемкая орбита, которая только возможна. Кроме того, как правило, нет смысла выводить легкий аппарат на геосинхронную орбиту, потому что это большое расстояние от Земли, это означает мощный передатчик, а мощный передатчик – большая масса. Тут кубсат не поможет, тут должен быть аппарат весом в несколько сот килограмм, а такое можно вывести только на большой ракете.

При этом выведенные одной ракетой спутники так и обречены летать стаей по одной орбите, может, лишь незначительно удалившись друг от друга.

– Если мы дадим небольшой импульс каждому спутнику, скажем, метр в секунду, они постепенно расползутся по орбите, но орбита будет одна, спутники будут находиться на ней в разных точках. Если мы хотим изменить орбиту, нужна специальная ступень разведения, либо спутник должен иметь собственный двигатель. Обычно спутник имеет собственные небольшие двигатели для стабилизации. Низкие орбиты имеют сопротивление атмосферы, спутник постепенно снижается, и чтобы продлить свое существование, он должен использовать двигатели, иначе он вскоре сгорит в атмосфере.

Никищенко приводит в пример американский стартап Momentus, созданный российским предпринимателем Михаилом Кокоричем. (Кокорич недавно был вынужден уйти с поста главы компании из-за существующих в США ограничений на доступ к технологиям для иностранных граждан.) Идея Momentus заключается в создании космического челнока, который переводил бы на другие орбиты спутники, доставленные с Земли большой ракетой. То есть Momentus предлагает конкурирующую концепцию доставки спутников в космос, но Никищенко с некоторым скепсисом относится к "челночной" идее именно из-за сложности задачи поменять наклонение орбиты: "Они считают, что смогут построить очень эффективный двигатель и это позволит существенно менять орбиту спутника. Тут вопрос, удастся им это или нет. Наша ракета позволит сразу получить нужное наклонение, нам не требуются какие-то невероятные инновационные технологии, чтобы достичь требуемой орбиты".

На вопрос, куда могут долететь ракеты Launcher, Никищенко отвечает, что малая ракета не значит малые орбиты, а означает малую полезную нагрузку:

– Основная энергия затрачивается для вывода на околоземную орбиту, разгона до скорости порядка 8 километров в секунду, в действительности процентов на 20 больше из-за разных потерь. Дальше относительно небольшие приращения скорости позволяют послать спутник хоть к Луне, хоть к Марсу. Чтобы улететь к Марсу, надо добавить каких-нибудь три с половиной километра в секунду. Но послать спутник не означает посадить его на Марс, это означает достичь Марса. Либо он пролетит мимо, либо он врежется в Марс. Чтобы сесть на Марс, нужна дополнительная энергия – то есть дополнительный двигатель, дополнительная масса. Но запустить кубсат к Марсу мы вполне способны.

Международная космическая станция на орбите в 400 километрах от поверхности Земли

Деньги/риск

Создал Launcher бизнесмен Макс Хаот, который в свое время основал Livestream и, продав сервис, полученные деньги решил вложить во всегда интересовавший его космос. Launcher первоначально базировался в Нью-Йорке, затем перебрался в Калифорнию: "В Нью-Йорке сложно найти высококвалифицированных аэрокосмических инженеров. Весь космический бомонд находится в Калифорнии, тут Northrop Grumman, Boeing, SpaceX. В Нью-Йорке мы были самой большой аэрокосмической компанией. А теперь мы самая маленькая аэрокосмическая компания в Лос-Анджелесе", – говорит Никищенко. Хаот привез его в Штаты, убедив власти дать украинскому конструктору green card, позволяющую работать, в частности, в высокотехнологических компаниях:

– Он бизнесмен, его задача прежде всего найти деньги. Если будут деньги, можно нанять специалистов. Это еще один аспект, который привел к облегчению развития космоса. Раньше, чтобы рассчитать полет ракеты, требовалось создать команду математиков, которые все это сделают с нуля, а сейчас мы можем просто купить готовую программу, это гораздо дешевле, проще и быстрее. Сейчас достаточно создать бизнес-идею, набрать сто миллионов долларов, и можно создать ракету. Америка очень удобная страна с точки зрения получения инвестиций, частные инвесторы здесь готовы рисковать деньгами под какую-то идею. Достаточно сложно такое представить где-нибудь в России, на Украине. Там, если обращаешься к инвесторам, говорят: а какие гарантии у меня, что ваша идея сработает? К сожалению, никаких, то есть это ваш риск, вы вкладываете деньги, ставки сделаны, ставка проиграла, ставка выиграла.

Launcher планирует с 2026 года начать выводить спутники в космос: "Первоначальная цель – порядка 20 ракет в год, 150 килограммов на ракете, примерно 70 спутников за раз".

Южмаш

Постсоветский космос

Никищенко шутит, что теперь, когда он работает в Штатах, на него нацелены созданные им же ракеты:

– Южмаш изготавливал боевые ракеты, СС-18 "Сатана", они до сих пор на вооружении России. Их снимут в ближайшие годы, их заменит система "Сармат". Но эти ракеты до сих пор существуют, стоят на боевом дежурстве и, естественно, нацелены на Соединенные Штаты.

Никищенко вспоминает годы после развала Советского Союза, с упомянутой в начале интервью зарплатой 30 долларов в месяц:

– 30 долларов, кстати, была немалая зарплата с учетом цены жизни на Украине, жизнь была дешевая. Маленькая, конечно, но все-таки на нее можно было прожить. Так продолжалось до выхода "Южного" на международный рынок. Первыми были китайские контракты, с этого момента у нас зарплата начала расти. Первая поездка в Китай, по-моему, 1998 год. Еще появился "Морской старт" (международный проект плавучего космодрома для запуска ракет "Зенит". – Прим. РС). Примерно через 10 лет после развала Советского Союза начался подъем космической отрасли в Украине. Зарплаты наши начали существенно расти, в какой-то момент я обнаружил, что моя зарплата составляет 100 долларов в месяц, потом она уже достигала тысячи долларов в месяц, мне это казалось весьма хорошо. То есть был большой прогресс при втором президенте Украины, самый удачливый президент Кучма, кстати, выходец из Днепропетровска, бывший директор Южмаша.

Никищенко говорит, что обладает опытом международного сотрудничества: он работал с китайским космическим агентством, с корейским, индийским, потом с европейским, теперь в США. Украина, по его словам, единственная страна, которая согласилась экспортировать космические технологии, "в основном страны придерживают их для себя, в Соединенных Штатах это вообще запрещено. Россия какое-то время этим занималась, где-то после 2000-х годов это прекратилось".

Про российскую космическую программу говорят, что в 90-х годах произошел разрыв поколений, молодые специалисты не пошли в отрасль, в инженеры, и в результате цепочка передачи знаний была прервана. По словам Никищенко, у Украины была та же проблема, "молодые люди шли в основном в экономисты и юристы, это приносило прибыль. Я помню, в 1995–97 годах у меня спрашивали, кстати, российские специалисты: а чего ты до сих пор не ушел куда-нибудь в другое место?" Сейчас, кажется, в "Южном" много молодежи, но Никищенко критически отзывается об уровне специалистов:

– Фактически рассматривается вопрос о закрытии факультетов в университетах, нет абитуриентов, люди не идут этим заниматься. Специалисты есть, но это штучный товар. Многие из них приличного возраста, они учились, когда еще не было такой большой деградации высшего образования. Сейчас я пытаюсь набрать больше специалистов, и возникают проблемы. Я почему здесь? Я видел, что происходит деградация "Южного", чувствовал, что надо искать запасной аэродром, потому что до моей пенсии работы в "Южном" не хватит. Сейчас, похоже, кризис накрыл КБ, коронавирус добил остатки международных контрактов.

Никищенко говорит, что не может судить о состоянии космической отрасли в России, поскольку был в стране в последний раз в 2007 году, когда исследовали аварию "Зенита", взорвавшегося на старте. "У меня нет возможности с ними работать особенно сейчас, когда раздрай между Россией и Украиной, после 2014 года". И в нынешней своей работе, говорит Никищенко, "с Россией мы стараемся не сталкиваться. Россия сейчас – табу".

Возвращаясь к разговору о том, в какой степени космос прекратил быть исключительно государственным делом, Никищенко замечает, что пилотируемый космос, задачи высадки на Луну и Марс без государства невозможны – это огромные деньги, а запуск небольшого аппарата в космос возможен совершенно без участия государства:

– Сейчас достижение космоса становится более простым, не нужна гигантская корпорация, можно вложить сотню миллионов долларов и построить ракету, если вы будете достаточно удачливы, подобравши команду инженеров. Конечно, государство ограничивает возможности, скажем, тщательно следит за тем, чтобы не экспортировали технологии, не связывались с сомнительными странами. Но вообще частное предпринимательство способно сдвинуть многие вещи, потому что нет такой косности. В любой компании, когда она разрастается до определенного размера, происходит бюрократизация, резко замедляется эффективность. Пока в компании несколько десятков, может быть, сотни человек, она может быть эффективна. Мы смогли испытать камеру сгорания на 10 тонн коллективом из 20 с небольшим человек. Практически у всех других компаний, которые делали это, было больше 100 человек, и затраты в несколько десятков миллионов долларов, а мы уложились в районе пяти.

На вопрос, возможно ли на постсоветском пространстве подобное частное предпринимательство в космосе, Никищенко отвечает:

– Не знаю, мне сложно судить. В Украине невозможно, потому что не найдете вы частного инвестора, который вложит в вас деньги. Возможно ли в России? Бог ее знает. Основатель Momentus Михаил Кокорич вначале же пытался в Сколково работать, но потом переехал в Штаты.