Falcon9 использовал вторую схему.

Вчера произошло интересное событие – частной компании SpaceX удался успешный запуск своей ракеты Falcon9 с последующим приземлением ее первой ступени. Перед этом было уже несколько попыток, но все они кончались неудачно – ракета (точнее, ее первая ступень) эффектно разваливалась.

По этому поводу ряд комментаторов пришла в дикий восторг. Особенно радовались в пора_валить, которое за последнее время прошло путь от сообщества людей, не любящих Россию и пропагандирующих идею эмиграции из нее, в какой-то психиатрический паноптикум. Почему-то они особенно сконцентрировались на том, что через несколько лет Роскосмосу – хана. В связи с этим поработаю капитаном Очевидность по двум пунктам: по соревнованию в космических технологиях и по тому, что реально произошло.

1. Соревнование
В настоящий момент в космических технологиях имеется два игрока высшей лиги: Россия и США, и несколько игроков второй лиги.
Только Россия и США обладают почти полным набором существующих космических технологий. В некоторых сегментах имеется примерный паритет (например, в запусках коммерческих спутников), в некоторых преимущество у США (дальние исследовательские запуски), в некоторых – у России (пилотируемая космонавтика). Отставание США в пилотируемой космонавтике было связано с прекращением программы «Шаттл», тогда как Россия продолжала потихоньку использовать и доводить прежние решения. Однако сложившаяся ситуация достаточно переменчива и связана не столько с технологическими, сколько с экономическими заморочками. Россия на своих тяжелых носителях вполне может отправить исследовательский спутник к дальним планетам, только денег жалеет. В США имеются шумные, но странные кампании создания частных пилотируемых космических кораблей, а вот государственных программ пилотируемой космонавтики что-то не видно. Может, были какие-то разработки новой схемы, но довести их не смогли, может, что-то еще. Например, в СССР была забавная программа «Спираль» с легким космическим кораблем, который разгоняется не отделяемым ракетным блоком, а с тяжелого самолета, но вместо него решили делать «Буран», больше похожий на уже летавший «Шаттл».
Возможно, что тяжелая дальняя космонавтика в ближайшее время оживится в связи с падением цен на углеводородное топливо, так как большая часть стоимости подобных ракет – это не сама ракета, а топливо (автор знает, что ракеты летают не на бензине).

2. А что, собственно, произошло-то?
Романтикам космоса, мечтающим о межгалактических лайнерах, бороздящих просторы космоса и Большого театра, очень не нравится тот факт, что современные космические корабли, фактически, одноразовые. Вместо красавцев-кораблей мы имеем огромную бочку с горючим, к которой приделана крохотная капсула с полезным грузом. Причина этого была очевидна еще сто лет назад – для выхода в космос надо достигнуть огромной скорости, порядка 10 километров в секунду, то есть в 30 раз больше скорости звука. Просто разогнать корабль до такой скорости за счет сжигания топлива невозможно просто потому, что скорость истечения газов при горении любых современных видов химического топлива много меньше. Значит, надо вначале сжечь топливо, чтобы разогнать корабль и топливо. И для этого надо сжечь топливо, чтобы разогнать топливо, которое разгонит корабль и топливо. А для этого… В результате получается многоступенчатая схема разгона разгонного блока разгонного блока разгонного блока, или гора рождает мышь.

Вот, к примеру, копия ракеты «Восток», стоящая на ВДНХ. Наверху, под конусом обтекателя – небольшая круглая капсула, в которой сидел космонавт. На орбиту эта ракета выводит 4,7 тонны полезного груза (капсула, космонавт, воздух и пр.), а вес ее при старте – 287 тонн. КПД – 1,6%, много меньше чем у паровоза.
Есть и другие ограничения, снижающее КПД. При пилотируемой космонавтике нельзя давать слишком большие перегрузки, чтобы не убить космонавта, из-за чего нельзя использовать экономичные режимы высокоскоростного разгона. Кроме этого скорость движения ракеты ограничивает воздух, при движении с космической скоростью в плотной атмосфере ракета сразу развалится.
Так как запуск – мероприятие очень дорогое, то кажется очевидным идея использовать модули многократно. При кажущейся очевидности идея оказывается несостоятельной. Сейчас возвращающийся блок – фактически что-то вроде катапультирующегося кресла. Для того, чтобы сделать возвращаемый блок не просто одноразово-возвращающимся, а многократно используемым космическим кораблем, нужно его утяжелить. Следовательно, пропорционально увеличить разгонные блоки. А так как возвращаемая часть – крохотная надстройка как по массе, так и по стоимости, то стоимость запуска не уменьшается, а возрастает. Кроме экономических проблем тут надо решать еще и технические, так как снижение в атмосфере с огромной скорости сильно изнашивает спускаемый аппарат и провоцирует проблемы при повторных запусках. Собственно, программа «Шаттл» с ее пропагандистским шумом и малоприятным концом только подтвердила как экономическую, так и техническую нецелесообразность многократно используемых обитаемых космических аппаратов.
Правда, тут надо уточнить, что «Шаттл» был программой военной, и для нее экономические и технические проблемы не столь решающи. «Шаттл», например, планировался как средство, позволяющее украсть с орбиты чужой спутник.
Программа Falcon9 отрабатывала другой вариант «экономичного повторного использования», за которой ввиду его полной бредовости никто даже не брался. Они отрабатывали повторное использование разгонного блока.
Казалось бы, вернуть разгонный блок проще, так как он не достигает таких экстремальных скоростей и прекращает разгон на относительно небольших высотах. Однако возврату препятствует его конструкция. Разгонные блоки первой ступени – огромные тонкостенные трубы, при их недостаточно нежном приземлении они разломаются. А для того, чтобы обеспечить им мягкой приземление, нужно или тащить с собой тяжелые парашютные системы, или использовать топливо не до конца, оставив часть его для торможения и посадки.
Falcon9 использовал вторую схему. Первые несколько попыток окончились видимой неудачей. Вчера разгонный блок удалось приземлить. Однако капитан Очевидность уныло замечает, что это не означает успех программы – кто его знает, какие деформации и трещины получила алюминиевая сигара при посадке. Реально же о «многоразовости» можно будет заявлять только после того, как новый Falcon9 с этим разгонным блоком совершит успешный полет.
И с еще большей унылостью капитан сообщает, что с экономической точки зрения все это – полное безумие. Хотя, конечно, повод красиво потрындеть и собрать под это денег тоже важен в современной виртуальной экономике.
Так что лично я на то, что произошло вчера, смотрю с неприкрытым скепсисом, тогда как глобально, как мне кажется, у космонавтики глобально очень хорошие перспективы. Наиболее вероятно, как мне кажется, что химики сумеют поднять энергоемкость топлива, а даже небольшое увеличение этого показателя (с учетом упомянутой мной выше многоступенчатости процесса) позволит резко изменить соотношение общего веса ракеты и выводимого полезного груза. Возможно, удастся довести до ума идею использования тяжелых самолетов в качестве разгонного блока первой ступени.
А вот что касается Роскосмоса, то тут окончательно впавший в уныние капитан Очевидность сообщает, что ничего хорошего его не ждет. Но не из-за частной американской космонавтики, а из-за того, что космонавтика – сложная область, базирующаяся на отработанных технологиях и высококвалифицированных кадрах. То есть сейчас – на старых заделах. У нас же в 90е годы была разгромлена система отраслевых НИИ, сейчас же, после реформы Академии наук, оптимизируют академическую науку. Плюс к тому за четверть века по понятным причинам резко упало качество профессорско-преподавательского состава в технических вузах. А страна, которая не вкладывается в науку и образование, в один день внезапно оказывается без науки и образования.
UPD По поводу развернувшейся дискуссии о стоимости ракеты и топлива
Для ракет класса "Союз" и пр. (тяжелые одноразовые ракеты с массой на старте порядка 300 тонн).
Стоимость топлива - порядка 250 тыс. долларов. Стоимость алюминия: 10 тонн - порядка 15 тысяч долларов. Стоимость двигателя - офигенная коммерческая тайна, в разных источниках совершенно разные оценки. Если они действительно такие дорогие - проще сохранять только их. Основной пафос остается - зачем так уродоваться, пытаясь сохранить корпус из алюминия?

Взято у UBORSHIZZZA.