На днях на глаза попался интересный, на наш взгляд, материал, в котором говорилось, что FAA прогнозирует 338 лицензированных коммерческих космических полетов в 2028 финансовом году, что почти в три раза больше, чем фактическое количество (113) в 2023 финансовом году. Ожидаемое увеличение количества операций по запуску и возвращению в атмосферу обусловлено более широким использованием аппаратов многоразового использования, спросом на коммерческие спутниковые услуги и ростом количества коммерческих пилотируемых космических полетов.
В связи с этим FAA сообщает о своем намерении подготовить заявление о воздействии на окружающую среду для полетов SpaceX Starship из Космического центра им. Кеннеди во Флориде. Предложение по SpaceX включает в себя строительство инфраструктуры для обеспечения до 44 запусков в год со стартового комплекса 39А. Предложение также включает в себя посадку ракеты-носителя Super Heavy и корабля Starship в LC-39A на беспилотный корабль или в океане.
Мы решили уточнить некоторые моменты в данной публикации: генеральный директор МКАА “Безопасность полетов” С.А. Мельниченко задал несколько вопросов эксперту в данной области, нашему частому автору, кандидату технических наук Ю.К. Спирочкину.
С.М.: Юрий Кузьмич, о чем может говорить трехкратный рост количества «лицензированных коммерческих космических полетов» (если можно, поясните, пожалуйста, что означает сочетание слов в кавычках) в течение пяти лет?
Ю.С.: Это говорит о том, что американский бизнес нашел новую область приложения усилий и извлечения прибыли: коммерческие космические полеты. Они востребованы в рамках той социально-экономической системы, государство поддерживает бизнес, и на рынке появилось много игроков. Наиболее крупными являются компании SpaceX Илона Маска, Blue Origin Джефа Безоса и Virgin Galactic Ричарда Брэнсона, но есть и другие участники, поменьше. Между ними существует жесткая конкуренция, а она является вторым по значимости после востребованности двигателем развития. Поддержка государства заключается в создании благоприятной среды для деловой активности. Кроме этого, государство осуществляет ее регулирование. Регулятором в области коммерческих космических полетов выступает Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) в лице своего подразделения Office of Commercial Space Transportation. FAA санкционирует операции по запуску орбитальных и суборбитальных аппаратов и возвращению их в атмосферу, эксплуатацию площадок для запуска и возвращения, а также выдает разрешения на элементы обеспечения безопасности. Это санкционирование осуществляется в форме лицензий, разрешений и согласований (https://www.faa.gov/space/licenses).
С.М.: Какие векторы определяют спрос на коммерческие спутниковые услуги?
Ю.С.: Таких факторов несколько – это, прежде всего, востребованность социально-экономического порядка, уже упомянутая ранее. Спрос существует со стороны государства: заказы министерства обороны по выводу в космос военных (в том числе навигационных, разведывательных и коммуникационных) спутников, контракты с Национальным управлением по исследованию космического пространства, NASA, по доставке грузов и экипажей на Международную космическую станцию и обратно, а также по поддержке исследовательских миссий. Кроме того, в космических услугах нуждаются частные компании, занимающиеся гражданскими телекоммуникациями и дистанционным зондированием Земли, проявляющие интерес к суборбитальным перевозкам, космической энергетике и другим новым технологиям. К ним примыкают университеты, выполняющие соответствующие исследования и разработки. Наконец, есть публика, готовая платить деньги за туристические полеты в космос.
Факторами, благоприятными именно для новых частных космических компаний, стали недостатки «старых игроков», в частности корпорации Boeing: дороговизна предоставляемых услуг, большая инерционность (в том числе, приверженность традиционным решениям) и длительные сроки реализации заказов.
Нельзя не отметить и такие факторы, как харизма и лидерские качества личностей, начавших новую космическую гонку, исходя из собственной мечты, – я имею в виду, прежде всего, Илона Маска. Он, как и Генри Форд до него, фактически «заразил» своей мечтой и покорил своей целеустремленностью значительную часть американского общества. И это влияние вышло далеко за пределы США.
Наконец, существуют факторы национального престижа и национальной безопасности, трактуемой в широком смысле: если в 1960-х годах главным соперником США в космосе был СССР, то теперь опасного соперника на этом поприще американцы видят в КНР.
С.М.: Почему воздействие на окружающую среду полетов SpaceX Starship может волновать FAA?
Ю.С.: Воздействие космических запусков на окружающую среду является негативным, складываясь из следующих составляющих:
- токсичность компонентов топлива и продуктов сгорания;
- возможность пожара и взрыва на стартовой площадке, разлета обломков ракеты и стартовых сооружений;
- неконтролируемое падение частей аппарата при запуске или возвращении на Землю, представляющее непосредственную угрозу для людей и имущества и приводящее к засорению земной поверхности и океана;
- разрушение озонового слоя;
- увеличение количества космического мусора (отработавших частей аппаратов, их деталей и обломков, потерянных инструментов и т.п.);
- столкновение в полете с другим летательным аппаратом, например, с воздушным судном, при возвращении в атмосферу.
Компоненты топлива как корабля Starship, так и силового блока первой ступени, ракеты Super Heavy, не являются ядовитыми (метан и кислород в криогенном состоянии). В этом – положительная особенность самой мощной в мире космической системы. Но именно ее мощь и новизна технических решений обусловливают повышенное беспокойство. Возможность возникновения пожара или взрыва на стартовой площадке исключать нельзя. При первом запуске Starship, даже без аварии, произошло частичное разрушение стартового стола, которое сопровождалось разлетом обломков. Возвращение на Землю и Super Heavy, и Starship предусматривается как управляемое, но отказы и беспорядочное падение возможны, тем более в случае ликвидации неисправного блока в атмосфере, как случилось во втором полете. Двигаясь дальше по перечню, нельзя пренебречь ни одной из составляющих потенциальной опасности. А контроль находится в компетенции FAA как регулятора безопасности полетов. На сайте этой организации указано: «Наша постоянная миссия – обеспечивать самую безопасную и эффективную аэрокосмическую систему в мире» (https://www.faa.gov/about).
С.М.: Стартовый комплекс 39А – это тоже во Флориде? Планируемые 44 запуска в год – это, практически, один запуск каждые восемь суток. Какой должна быть инфраструктура площадки для запусков (одной 39А?), чтобы справляться с такой интенсивностью?
Ю.С.: Стартовая площадка 39A является частью Стартового комплекса 39 (Launch Complex 39, LC-39), расположенного на территории Космического центра им. Кеннеди (который принадлежит NASA), на острове Мерритт, в округе Бревард штата Флорида. В состав LC-39 входят еще одна стартовая площадка, 39B, и стартовый под-комплекс 39C, включающий здание вертикальной сборки носителей (Vehicle Assembly Building, VAB) и стартовую площадку для малых ракет. С 2014 года площадка 39A передана в аренду на 20 лет компании SpaceX. Она переоборудована для запуска ее ракет-носителей Falcon 9 и Falcon Heavy.
Из 98 запусков космических аппаратов, выполненных SpaceX в 2023 году (91 запуск Falcon 9, 5 – Falcon Heavy и 2 – Starship), 8 были осуществлены с площадки 39A.
Ее переоборудование включало строительство ангара горизонтальной сборки ракет перед стартом (Horizontal Integration Facility, HIF). Собранная вместе с полезным грузом и обтекателем, но не заправленная, ракета доставляется на стартовую площадку при помощи транспортера-подъемника (Transporter Erector). Он же устанавливает ракету в вертикальное положение, в котором подключаются электропитание и коммуникации, а также производится заправка компонентами топлива. Для заправки жидким кислородом используется емкость, применявшаяся ранее для запуска шаттлов. При переоборудовании площадки были смонтированы новые емкости для керосина. Существующая неподвижная башня обслуживания (с молниеотводом) конструктивно усилена и снабжена подвижной «рукой» для обеспечения посадки экипажа в пилотируемый корабль. На вершине башни обслуживания планировалось размещение подъемного крана для установки полезной нагрузки, которая не может быть интегрирована при горизонтальной сборке (такие ограничения характерны для военных спутников). В процессе переоборудования были установлены новые приборы и системы управления, а также добавлена новая подводящая система для заправки ракет жидкостями и газами.
Как будет справляться усовершенствованная инфраструктура площадки с большой частотой планируемых запусков – вопрос пока открытый. Но компания SpaceX уже не раз демонстрировала свои способности при решении сложных технических задач.
С.М.: Посадка после полета «на беспилотный корабль или в океане»: что здесь имеется в виду?
Ю.С.: Многократное использование частей ракет Falcon 9 обеспечивается, кроме соответствующих принципов конструирования, благодаря контролируемому возвращению на поверхность Земли и мягкой посадке. Для посадки применяется плавучая платформа типа Autonomous spaceport drone ship (ASDS) – автономный беспилотный корабль-космопорт. Первая успешная посадка силового блока первой ступени ракеты на такую платформу произошла 8 апреля 2016 года. Ныне SpaceX использует три беспилотных корабля-космопорта: два из них находятся в Атлантическом океане и один – в Тихом. Они носят необычные имена, отвечающие вкусам Илона Маска: «Just Read the Instructions» (Просто прочитайте инструкцию), «A Shortfall of Gravitas» (Недостаток гравитации) и «Of Course I Still Love You» (Конечно, я все еще люблю тебя).
С.М.: Каковы основные проблемы при возвращении пилотируемых космических кораблей в воздушное пространство с точки зрения ограничения полетов гражданских воздушных судов?
Ю.С.: Среди составляющих потенциальной опасности, связанной с полетами в космос и возвращением на Землю, уже упоминалось возможное столкновение орбитального или суборбитального аппарата, снижающегося в атмосфере, с летящим воздушным судном. Вход аппарата в атмосферу после покидания околоземной орбиты может происходить со скоростью около 8 км/с, таким образом, число Маха (M) превосходит 23. Для сравнения: гиперзвуковыми летательными аппаратами считаются те, что развивают скорость M=5. Длительность спуска космического аппарата в атмосфере может составлять около 20 минут, и в течение этого времени аппарат представляет собой угрозу для безопасности полетов в соответствующей области воздушного пространства. Положение осложняется невозможностью радиосвязи с аппаратом, окруженным облаком плазмы, а также из-за маневрирования, проводимого им для возвращения в точно заданное место посадки. Не будучи специалистом в области аэронавигации, мне сложно судить о том, какие ограничения накладываются в связи с этим на полеты воздушных судов и насколько удачны решения, предлагаемые в настоящее время. Но известно, что FAA, NASA, организации, занимающиеся нормотворчеством – такие, как RTCA, и их «подопечные» – пользователи аэрокосмического пространства – занимаются этой проблематикой.
Иллюстрация: Orbital Today