Фото: Ганжа Артем, пресс-служба НТИ
В конце 2021 года представители рынков AeroNet и EduNet встретились, чтобы обсудить, что ждет авиационный, суборбитальный, орбитальный транспорт и какие технологии дадут результат в ближайшие 10, 20 и 50 лет. Экспертом со стороны AeroNet выступил Роман Жиц из Аналитического центра «Аэронет». Вопросы для него разрабатывали участники команды «Центр-Игра».
Какие есть виды суборбитального транспорта
Первый вариант — классическая ракета, которая выходит из атмосферы, летит по баллистической траектории, разворачивается, затем включает двигатели и садится на землю, как полагается ракете. Такой вариант суборбитального полета сейчас демонстрирует SpaceX со своей разработкой многоразовой ракеты Starship Super Heavy.
Второй вариант более сложен для исполнения. Это гиперзвуковое транспортное средство: скоростной самолет, который стартует с земли, летит в атмосфере на высоте 30–50 км с гиперзвуковой скоростью и садится на аэродром, как обычный самолет. Из-за трудноразрешимых аэротермодинамических проблем концепцию пока не получается реализовать на практике.
Будем ли мы летать на ракетах
SpaceX готовится в ближайшие 5–7 лет продемонстрировать возможности ракеты Starship Super Heavy, которая стартует, например, в Нью-Йорке, а приземляется на плавучей платформе в Лондоне. Аналитики утверждают, что рынок подобных услуг достигнет 1 трлн долларов. Люди смогут за час преодолеть любое расстояние в пределах планеты. Но массовой эта услуга не станет: на борту пассажиров ждут серьезные физические испытания.
Неподготовленному человеку очень сложно выдержать 15–20 минут невесомости и перегрузки до 5 g при разгоне ракеты и входе в атмосферу. По международным нормам максимально допустимая перегрузка для пассажирских самолетов — 2,5 g.
Но что, если искателям ярких впечатлений захочется все-таки испытать перегрузки на себе? Возможно, инженеры найдут решения, которые позволят брать на борт неподготовленных пассажиров. Например, компенсирующее динамическое кресло. В ближайшие 20–30 лет мы увидим, как сформируется рынок космических туристов и станет ли обыденностью.
Есть и другие проблемы. При старте и посадке ракета производит шум около 130 децибел, что далеко за пределами безопасного воздействия на людей, находящихся поблизости. Поэтому посадочная площадка должна быть не ближе 20–30 км от города, пассажирам придется тратить дополнительное время и деньги, чтобы добраться до ракеты. Даже если часть систем доведут до безопасного уровня для выхода на массовый рынок, останутся факторы, связанные с окружающей средой, которые будут накладывать свои ограничения.
Что будут перевозить на ракетах
Суборбитальные ракеты будут использовать для перевозки грузов, но они не заменят традиционные на сегодня средства доставки, например контейнеровоз. Он доставляет груз за неделю, а не за час, но цена его несравнимо доступнее, чем у ракеты Илона Маска. Поэтому в ближайшие 20–30 лет суборбитальный транспорт не сможет радикально изменить систему грузоперевозок.
Какой транспорт изменит нашу жизнь
Это будет именно гиперзвуковой транспорт, о котором мечтали еще в 60-е годы прошлого века, за создание которого много раз брались американцы, немцы, англичане и Советский Союз. И каждый раз отступали, потому что технологически это очень сложно.
Пройдет еще лет 25–30, пока, наконец, уровень развития технологий не позволит сделать такой транспорт. Затем еще 20–25 лет уйдет на его рыночное масштабирование.
По нагрузкам полет на гиперзвуковом самолете не будет отличаться от обычного. Судно плавно набирает высоту и так же плавно снижается — резких перепадов нет, для путешественников без физической подготовки это комфортно.
Что ждет транспорт на рубеже 20 лет
Пятьдесят лет назад у нас уже были «Конкорд» и Ту-144. Люди уже летали на массовом транспорте, пусть и не с гиперзвуковыми скоростями от 5 тыс км/ч, но со сверхзвуковыми — 2 тыс км/ч. «Конкорд» летал 30 лет, но программу свернули из-за дорогой эксплуатации и растущих цен на топливо.
Сейчас есть тенденция вернуться к этим проектам и запустить сверхзвуковые бизнес-джеты, например Aerion Boom Technology, Aerion и Spike Aerospace.
Разработчики готовы улучшать аэродинамику, двигатели и конструкцию транспорта, но такие самолеты будут стоить в разы дороже, чем массовые широкофюзеляжные.
Главные сложности связаны с повышением аэродинамических качеств аппарата на сверхзвуке и с созданием двигателей, которые обеспечат крейсерскую сверхзвуковую скорость полета в экономичном бесфорсажном режиме. Потребуется минимум десятилетие, чтобы вывести на рынок полномасштабный продукт.
Какие прорывы нас ждут
В ближайшее десятилетие человечество планирует покорить Луну. Россия, США, Китай активно строят планы в этом направлении. Но это все уже было 50 лет назад — люди летали на Луну шесть раз, хотя инженерные расчеты тогда проводили в основном с логарифмической линейкой, безо всяких «цифровых двойников». А сейчас не могут этого повторить.
Новые полеты будут осуществляться технически на более высоком уровне, но не значительно. Потому что практически всех максимальных с технологической точки зрения показателей уже достигли.
Двигатели американских шаттлов и советская система «Энергия-Буран» были совершеннее тех, что сейчас SpaceХ использует на своей основной коммерческой ракете Falcon 9.
С другой стороны, SpaceХ никогда не обещали создавать двигатели предельных параметров, их цель — делать системы в разы дешевле. Это их главная цель — сделать космос доступнее. Поэтому существенных технологических подвижек в сторону увеличения предельных параметров таких систем в ближайшее время не будет. Вершина совершенства в ракетно-космической технике уже была достигнута. Постепенно будут происходить небольшие усовершенствования, возможно, будут локальные прорывы — например, для межпланетного транспорта.
Когда мы колонизируем Марс
Пока есть непреодолимые проблемы в колонизации Марса: люди не могут постоянно жить, вынашивать и рожать детей в среде, где гравитация составляет 0,4 от земной. Да, на Марсе построят постоянную базу — это точно. Транспортную космическую инфраструктуру необходимо будет обслуживать — это будет ограниченный коллектив из подготовленных космонавтов и ученых. Транспортные потоки в сторону Марса будут не миллионы тонн в год, а сотни или максимум тысячи.
Землю, Марс, колонии и астероиды в перспективе 20–50 лет будут связывать электроракетные межпланетные корабли. Технология уже есть, и ее будут постепенно совершенствовать. Она существенно удешевит межпланетную транспортировку грузов по сравнению с жидкостными ракетными двигателями. Но электроракетная технология не сократит время межпланетных пилотируемых перелетов. Дорога до Марса займет в лучшем случае 6–9 месяцев.
Долететь до Марса за месяц — недостижимо, потому что чем быстрее вы летите, тем больше вам нужно тормозить, а это дополнительный расход энергии.
Взять с собой необходимое для такой скорости количество ресурсов пока невозможно.
Как сократить время полета до Марса
В США и в СССР создавали так называемые ядерные тепловые ракетные двигатели (ЯТРД), которые прошли успешные испытания на земле. У них удельный импульс в два раза выше, чем у лучших кислородно-водородных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), но при этом сравнимая с ЖРД тяга. Американцы возобновили работы в области ЯТРД и планируют к 2030 году провести на орбите демонстрацию их работы.
Можно предвидеть пилотируемую транспортную систему, когда люди за 2–3 месяца с помощью таких ядерных тепловых двигателей смогут долететь до Марса и за такое же время вернуться обратно.
Это будет качественный скачок: одно дело, что вы летите полгода, потом работаете на Марсе и возвращаетесь еще полгода, и другое — проделать весь цикл всего за несколько месяцев.
В России создают ядерный буксир на электроракетной тяге, но он больше подходит для беспилотной доставки грузов на Луну и Марс, а также для исследовательских миссий в дальний космос. Есть также вариант межпланетного транспорта будущего на электроракетной тяге с энергоснабжением от солнечных концентраторов, разработкой которого сейчас активно занимается NASA.
Какие технологии изменят нашу жизнь
Основной тренд — оптимизировать то, что уже есть. Если запустить технологии, которые тестируют сегодня, произойдут глобальные изменения в экономике и экологии. Например, создание космических энергетических систем позволит аккумулировать энергию Солнца и передавать ее на Землю. Эта технология решит многие социальные проблемы, связанные с глобальным потеплением.
Внедрение космических технологий потребует огромных транспортных потоков на околоземную орбиту — десятков тысяч тонн грузов в год. Вот как раз для таких целей, а не для колонизации Марса система Starship Super Heavy идеально подойдет.
Основатель и владелец аэрокосмической компании Blue Origin Джефф Безос говорит, что околоземная космонавтика может стать если не единственным, то одним из важнейших ключей для решения земных проблем. Например, вывести в космическое пространство большинство вредных производств и помочь решить энергетическую проблему. Это реальный вызов на ближайшее десятилетие и, возможно, до конца века.
Какие события станут «черным лебедем»
Мы уже наблюдаем появление полностью многоразовой транспортной космической системы Starship Super Heavy. Это будет настоящий прорыв. С введением системы в эксплуатацию SpaceX будет еще больше доминировать на рынке коммерческих космических запусков и, вполне возможно, поставит на грань банкротства United Launch Alliance, в которую входят Lockheed Martin и The Boeing Company. Эти компании когда-то создавали лунные и марсианские аппараты, но со временем стали чересчур бюрократизированными и перестали разрабатывать новые устройства.
Тем не менее двухступенчатый Starship Super Heavy — это тоже не самая идеальная система для космического транспорта. Нужно по очереди сажать ступени ракеты и каждый раз интегрировать их перед новым запуском. Это не так затратно, как шаттл, но все равно дорого. Идеальный вариант — одноступенчатая ракета на кислороде и водороде. Давно понятно, как это сделать технологически, но необходимо вкладывать значительные средства в практическую отработку этих технологий, чтобы криогеника, двигатели и система теплозащиты надежно работали.
Прорывом будет такая одноступенчатая ракета, которая будет летать в космос как самолет. Взлетела — доставила груз в космос — села — прошла небольшие регламентные работы — заправилась кислородом и водородом — снова взлетела.
Вот это будет предельная схема, которая максимально сблизит модель операции по ближнему космосу с тем, что уже существует на авиалиниях. И это вполне достижимо, только требует системных инвестиций и работы. При активном совершенствовании такой транспортной системы за несколько десятилетий она приобретет столь статистически малую вероятность разрушения, что сравняется по уровню безопасности с авиатранспортом.
Источник: Яндекс.Дзен
