SpaceX

Российская космическая корпорация назвала три проблемы корабля Crew Dragon компании SpaceX. Однако внимательный разбор этих проблем показывает неожиданное: все они не являются проблемами. Что именно заставляет российскую космическую корпорацию придумывать недостатки своему основному конкуренту? Как ни странно, дело даже не в том, что он вытеснил Россию с рынка запусков. Реальная причина лежит гораздо глубже. Попробуем разобраться в деталях.

Июньский номер журнала «Русский космос» – ведомственный журнал «Роскосмоса» – не мог пройти мимо действительно крупного события: первого запуска космического корабля частной компании с людьми на борту. Но сделал он это очень странно.

Во-первых, попытался найти у Crew Dragon недостатки – что само по себе было бы неплохо. Ведь как только мы находим у чего-то недостатки, сразу появляется возможность их устранить. Если, конечно, речь идет о реальных недостатках. Во-вторых, журнал выпустил колонку, посвященную тому же кораблю Илона Маска, в которой руководитель «Роскосмоса» сделал ряд заявлений.

Из этого видно, что психологически реакция руководства «Роскосмоса» на запуск пилотируемого «Дракона» вышла весьма острой. На первый взгляд это кажется непонятным: как мы уже писали, конкретно интересам России в космосе новый корабль не угрожает (в отличие от Starship той же SpaceX). Попробуем понять, в чем же дело.

Почему в Crew Dragon двигатели системы аварийного спасения оказались опасно близко к экипажу

Ведомственный журнал отмечает: в корабле SpaceX двигатели системы аварийного спасения находятся прямо за стенкой пилотируемой части корабля. Это, по его словам, «вызывает тревогу».

Испытания системы аварийного спасения Crew Dragon

«Ряд специалистов», продолжает «Русский космос», сомневается в безопасности соседства экипажа и пары тонн токсичного горючего (монометилгидразина) и окислителя (четырехокиси азота). Возникает вопрос: насколько плохо это для безопасности американских астронавтов?

Системы аварийного спасения (САС) существуют в космических кораблях с шестидесятых годов. Они запускаются, если вдруг с ракетой – на старте, или уже в полете – что-то пошло не так. Двигатели САС поднимают капсулу с экипажем на значительную высоту (если аварийная ситуация возникла на стартовом столе), после чего у капсулы раскрываются парашюты, и она приземляется. Если САС пришлось сработать уже в полете, она отделяет капсулу от ракеты, уводит первую на значительное расстояние от нее и там активирует парашюты.

Размещение двигателей системы аварийного спасения на «Аполлоне» – в носовой части конструкции, тонкой башенке, связанной с капсулой экипажа ажурной металлической конструкцией. Это выглядит безопаснее, чем на Crew Dragon… по крайней мере, на первый взгляд

Вроде бы очевидно, что самая безопасная схема САС – примерно такая же, как на «Союзах» или «Аполлонах» – в виде отделяемой конструкции на носу космического корабля, чтобы топливо САС было подальше от людей. Да еще и с двигателями на компонентах, которые в случае аварии будут нетоксичными, – и в САС обоих кораблей родом из 60-х используется твердое ракетное топливо, а вовсе не монометилгидразин (довольно токсичный), как у Crew Dragon от SpaceX.

Однако если вы видите чью-то вроде бы очевидную ошибку, иногда имеет смысл задуматься: точно ли вы хорошо понимаете то, что видите? SpaceX явно умеет проектировать космические аппараты, иначе бы она не выполняла больше коммерческих пусков в год, чем «Роскосмос». Что заставило Маска разместить двигатели САС не в отделяемой носовой башенке, а по бокам от капсулы с астронавтами? Да еще и на двигателях с токсичным топливом?

Легко видеть аналогичную аполлоновской конструкцию системы аварийного спасения у корабля «Союз»: налицо сходная башенка

Гарретт Райзман, один из консультантов SpaceX и бывший астронавт NASA, объясняет это просто: «толкающее» (двигатели по бокам самой капсулы) решение системы аварийного спасения Crew Dragon безопаснее, чем «тянущее» решение (двигатели в отделяемой башенке сверху капсулы с людьми).

Причин этому две. Во-первых, отделяемая башенка с двигателями САС, даже оттянув капсулу в сторону, в случае аварии ракеты может не отделиться. Да, как ни странно, в космической отрасли бывают сбои. Даже российские РН «Союз», самое безопасное и испытанное средство выведения людей в космос, иногда дают несрабатывание корректного отделения ступеней – и точно так же может однажды случиться неотделение у башенки САС.

А в этом случае спасти астронавтов в корабле не удастся: ведь парашюты пойдут вверх и имеют серьезные шансы не развернуться нормально из-за неотделенной башенки. Тогда капсула воткнется в поверхность планеты и убьет свой экипаж.

Но есть и вторая причина: гибкость системы аварийного спасения без башенки значительно возрастает. На пути вверх обычный космический корабль (например, «Союз») вынужден отстрелить башенку, которая представляет для него лишний вес и создает лишнее сопротивление. Это значит, что с определенной высоты двигателей САС у корабля нет. Если что-то пойдет не так, он будет вынужден спускаться на парашютах. То есть не особо выбирая точку приземления.

Пара двигателей Super Draco. Четыре таких пары встроены по бокам капсулы с людьми у Crew Dragon

В истории российской космонавтики уже были случаи высадки в районы, куда наши космические корабли садиться не планировали. Это очень опасные и неприятные случаи. В 1975 году, при запуске корабля «Союз-18-1», часть замков отделения ступеней ракеты-носителя не сработала: ступени разделились нештатно, из-за чего на орбиту он не вышел, а спустился на парашютах туда, куда не планировалось.

А именно – на заснеженный склон горы Теремок-3 в Восточном Казахстане. Корабль, естественно, стал катиться по склону вниз и убил бы обоих космонавтов, если бы не счастливая случайность: парашюты застряли в растительности, и в 150 метрах от обрыва «Союз» остановился. Сакраментальный вопрос: что было бы, если бы корабль упал чуть повыше, где серьезной растительности нет?

Другой случай смертельно опасной посадки в незапланированном месте у нас был в 1976 году. Корабль «Союз-23» попал в озеро Тенгиз, упав в паре километров от берега. Сначала под водой оказался выходной люк, и космонавты оказались заперты внутри. Затем вода вызвала выпуск запасных парашютов, от тех «Союз» накренился и вода блокировала вентиляционные отверстия. Запаса кислорода на такое время на корабле не было – и один из двух космонавтов потерял сознание от удушья.

Космонавтов пытались вытащить или отбуксировать с кораблем на берег. Но был буран и минус 20°C, отчего это долго не удавалось. К счастью, буран стих и людей спасли (впрочем, один из спасателей потерял от обморожения два пальца). А что было бы, если бы погода не улучшилась?

Буксировка вертолетом «Союза-23» в озере Тенгиз не удавалась, пока не стихли ветер и волны: ветер раздувал неотделенные запасные парашюты, которые сильно парусили и не давали вертолету буксировать космический корабль в нужном направлении

Из этого очевидно: интегрированная в корабль система аварийного спасения в перспективе много лучше, чем отделяемая. У американских кораблей приземление происходит в океане, а это значит, что они должны попасть в нештормовую зону (иначе могут возникнуть проблемы, сходные с происшествием с «Союзом-23»). Но моментов, когда штормов нет по всей траектории возможного падения американских космических кораблей, в Атлантике исключительно мало.

А вот САС Crew Dragon, из-за своей неотделяемости, может быть использована в любой части полета корабля – даже там, где, как у «Союза-18-1» обычная, башенная система аварийного спасения уже была бы отделена.

В итоге отделяемая башенка вряд ли более безопасна, чем корабль с интегрированной системой спасения

За счет встроенной САС корабль SpaceX может скорректировать свою траекторию на расстояние до 370 километров – точно туда, куда указывает компьютер Crew Dragon. То есть в нужную зону с минимальной силой волн и/или минимальным удалением от берега. После вышеприведенных примеров с «Союзами» очевидно: это важная черта, действительно повышающая безопасность.

Почему SpaceX выбрала токсичное топливо

Хорошо, зачем интегрировать двигатели системы аварийного спасения в корпус Crew Dragon – понятно. Но зачем выбирать для нее не твердотопливные двигатели, а жидкостные – на опасном монометилгидразине?

Действительно, двигатели САС «Союза» или старинного «Аполлона» – твердотопливные, их содержимое относительно нетоксично. Но за все приходится платить: твердотопливные двигатели – по сути, пороховые шашки сложного состава. Силу их горения практически невозможно регулировать. Это означает, что они дают значительно меньшую точность приземления корабля.

Система аварийного спасения Crew Dragon состоит из четырех пар двигателей Super Draco, каждый из которых может варьировать свою тягу от 20 до 100% от максимума. Давая больше тяги на одни пары этих двигателей и меньше – на другие, можно весьма сильно отклонять траекторию полета аппарата в верхних слоях атмосферы и приземлиться точно туда, куда нужно.

С твердотопливными двигателями САС об этом приходится в основном мечтать. Поэтому-то «Союз-18-1» играл в бобслей на склоне непростой горы, а «Союз-23» – в подводную лодку посреди казахстанских степей.

Работа двигателей Super Draco в разных режимах. В отличие от твердотопливных аналогов, их тягой гораздо легче управлять

Есть и другие причины, по которым SpaceX выбрала жидкостные ракетные двигатели для системы аварийного спасения. В обычном корабле (тот же «Союз») САС отделяется в атмосфере и не попадает в космос. У Crew Dragon она всегда с собой. Поэтому на орбите, будучи пристыкованной к МКС, система аварийного спасения 32 раза в сутки на протяжении многих недель подвергается сильному нагреву и охлаждению.

Твердое ракетное топливо не предназначено для таких условий эксплуатации. Что будет, если оно загорится на орбите? А вот монометилгидразину все равно: он и его окислитель спокойно переносят такие перепады температур, находясь в герметичных капсулах.

Кстати, это одна из причин того, почему российские космические корабли «Союз» для маневрирования на орбите также используют токсичное топливо (тетраоксид диазота и несимметричный диметилгидразин), хотя и в меньшем объеме, чем у Crew Dragon.

Другой важный момент: даже если твердое топливо САС не загорится на орбите, по возвращении на Землю его придется менять. Концепция SpaceX как раз в многоразовости корабля – и как можно большего количества его подсистем.

А как же авария Crew Dragon в апреле 2019 года, когда топливо системы аварийного спасения из-за утечки из клапана вызвало возгорание и взрыв? Здесь надо понимать: новые системы в космосе без взрывов получаются редко. Но такие происшествия дают ценный опыт, который учитывают, модифицируя корабли и ракеты.

И SpaceX крайне быстро учла уроки взрыва прошлого года. Теперь топливо системы аварийного спасения не может утечь через клапаны – поскольку на Crew Dragon оно теперь контактируют только с мембранными предохранительными устройствами.

Из-за этого вызывает удивление фраза статьи в «Русском космосе»: «Прошлогодний взрыв [Crew Dragon] на наземном стенде подчеркивает обоснованность этих сомнений [насчет опасного топлива САС нового корабля]». Ведь система теперь учитывает прошлые ошибки, а значит, вполне обоснованными сомнения могли быть только в отношении испытательных прототипов Crew Dragon, а не нынешнего пилотируемого корабля

Вывод: то, что новую систему аварийного спасения называют «революционной» – оправданно. Она действительно позволит сажать корабли в случае сложностей куда точнее, чем раньше, что заметно повысит безопасностью людей на борту. Опасения же относительно такой САС основаны в значительной степени на незнании того, почему SpaceX ее выбрала.

Среди других «проблем» Crew Dragon статья в «Русском космосе» называет переразмеренность: мол, разработчик рассчитал корабль на семь человек, а NASA, в силу нехватки средств на многолюдные экипажи МКС, настояло на постановке только четырех кресел.

Но проблема ли это корабля? Мы даже не говорим о том, что SpaceX вполне может начать полеты не только в интересах NASA (особенно в вариантах, когда Агентство перестанет само регулярно летать к станции). И тогда ничто не мешает Маску поставить туда еще кресла.

Почему Crew Dragon на самом деле стал первым частным космическим кораблем

Вслед за техническими – и, как мы показали, не вполне обоснованными – претензиями к Crew Dragon все тот же ведомственный журнал дал и колонку под названием «Развенчивая мифы».

Она начинается с чрезвычайно интересного тезиса: «Вопреки расхожему мнению, глава SpaceX строил корабли не на свои кровные, а за счет средств американских налогоплательщиков».

С ним только одна проблема: нам не удалось обнаружить ни одного СМИ, которое бы когда-либо писало о том, что глава SpaceX строил корабли «на свои кровные». Все издания, которые вообще затрагивали эту тему, отмечали, что на свои средства SpaceX начала делать, например, гигантский корабль Starship, но вот про Crew Dragon все констатируют, что это проект, оплаченный NASA, – и никто не пишет обратного.

Впрочем, оставим это и обратимся к легко проверяемому тезису колонки:

«Космодром Восточный, построенный в амурской тайге, в восьми часах лета от Москвы, в регионе, где нет ни необходимой рабочей силы, ни строительной техники, ни логистических центров (это все пришлось завозить и создавать на Дальнем Востоке), стоит в 2,5 раза дешевле этого якобы частного американского корабля».

Дело в том, что расходы на космодром Восточный по любым оценкам не ниже двух миллиардов долларов. То есть либо на Crew Dragon выделили пять миллиардов долларов, либо процитированное утверждение не вполне корректно.

Уже 13 мая 2016 года стоимость Восточного была 84 миллиарда рублей. С тех пор в него вложены многие миллиарды, и общая стоимость проекта, с поправкой на изменения курса рубля, перевалила за два миллиарда долларов

Все расходы на Crew Dragon на 2019 год согласно аудиту NASA – 1,2 миллиардов долларов. Еще 1,3 миллиарда обещаны за будущие полеты к МКС, но их никак нельзя засчитать в стоимость создания самого «якобы частного космического корабля»: в полеты к МКС включена, например, стоимость ракет Falcon 9, обеспечивающих полет. Конечная планируемая стоимость программы НИОКР именно по созданию Crew Dragon — 1,7 миллиарда долларов.

Это достоверно дешевле космодрома Восточный. Но не только его. Starliner, космический корабль Boeing, стоил NASA 2,8 миллиарда долларов (и это при том, что он еще не летает), а космический корабль Orion – 23,7 миллиарда долларов. SpaceX дала США самый дешевый космический корабль в их истории.

На этом вызывающие интерес тезисы колонки не заканчиваются. Там сообщают: «Не менее странным является утверждение, что «впервые частная компания создала пилотируемый корабль». А разве Boeing и Lockheed Martin перестали быть частными и национализированы правительством США?»

Напомним: и Boeing, и Lockheed Martin – публичные компании, то есть такие, чьи акции активно торгуются на рынке. Ими не управляют напрямую их собственники, поэтому это не частные компании.

Отличия частной компании от публичной в том, что глава частной компании (поскольку его никак не ограничивают акционеры) может заставить своих инженеров делать то, что считает нужным. Как, например, Илон Маск заставил своих инженеров сажать первую ступень на хвост, или использовать переохлаждение компонентов топлива, или применять нержавейку вместо алюминия. А в публичной компании, какими являются Boeing и Lockheed Martin, это невозможно. Владелец компании элементарно не может указывать ее работникам через головы совета директоров. Именно поэтому их корабли и ракеты значительно, радикально более консервативны, чем у частной SpaceX.

Еще американский экономист Дж. Гэлбрэйт полвека назад указывал, что акционерные публичные компании по сути мало чем отличаются от госсобственности: они точно также управляются не владельцами, а наемными служащими (директорами на окладе). И поэтому проявляют ровно такую же негибкость на быстроразвивающихся рынках.

Но дело не только в форме собственности и порожденных ею отличиях частной компании от публичных. Важна и техническая сторона проблемы: ни у Boeing, ни у Lockheed Martin нет и никогда не было собственного пилотируемого корабля, на котором летают люди. SpaceX действительно здесь была первой – до нее те же Boeing и Lockheed Martin лишь выполняли заказы NASA по спецификациям NASA, и корабли эти принадлежали NASA.

Crew Dragon задуман SpaceX, а не NASA – и именно поэтому на нем, например, система аварийного спасения интегрирована в корабль, а не осталась в отделяемой башенке, как у корабля Orion, создаваемого по заказу NASA американскими публичными (а не частными) компаниями аэрокосмического сектора.

Зачем искать черную кошку недостатков в темной комнате, где ее может и не быть

Итак, мы установили, что тезисы «Русского космоса» относительно Crew Dragon от SpaceX содержат некоторые умолчания и неточности. Причем такие, о которых авторы соответствующих тезисов вряд ли могли не знать. Но зачем говорить нечто, что противоречит своим же более ранним высказываниям?

Скорее всего, причина попыток найти слабые места там, где их может и не быть, довольно банальна. Многие годы Роскосмос сообщал нам, что многоразовые решения SpaceX не имеют очевидного экономического смысла, многоразовые ступени не дают удешевления, посадка на хвост бессмысленна и так далее.

Недавно, как мы уже писали, Роскосмос сам утвердил техническое задание на ракету, садящуюся на хвост. Снова начали вести проработки по метановым двигателям – что явно отражает успех метанового Raptor от SpaceX на испытаниях.

Иными словами, в российском космическом ведомстве наконец приняли решения SpaceX всерьез и приняли вызов. Пока мы только в начале этого пути, но в ближайшие годы Роскосмосу придется копировать решения SpaceX намного шире, чем сегодня. И это, бесспорно, можно только приветствовать.

Но у этого пути есть не только плюсы. Представим себя на месте российской космической корпорации. Годами в ответ на вопросы вышестоящих об успехах SpaceX, вытесняющих нас с рынка, мы рассказывали им истории о том, что многоразовая первая ступень бессмысленна. Что решения Маска сомнительны и небезопасны.

Огневые испытания Super Draco

Теперь эффективность этих решений стала настолько очевидной, что мы сами копируем эти «сомнительные идеи». Не сегодня, так завтра начальство спросит с нас: «А что же вы до этого восемь лет только посмеивались и ничего не делали, чтобы отреагировать на конкурента?» Что же нам остается, как не выискивать у SpaceX недостатки, уповая на то, что начальство не в курсе, что на самом деле интегрированная САС повышает безопасность, а не снижает ее?

автор статьи Александр Березин / источник naked-science