Прошедший год стал рекордным по космическим запускам — по состоянию на 31 декабря 2022 года было осуществлено 180 успешных орбитальных миссий, что на 32% больше, чем в 2021-м (135 запусков).
На фоне общемирового прироста количества орбитальных запусков на протяжении всего 2022 года Европа демонстрировала неуклонное снижение темпов. Космических миссий, проведенных Европейским космическим агентством (ESA), в сравнении с 2021-м стало втрое меньше — к концу года было осуществлено всего пять успешных запусков. Регресс спровоцировала тяжелая, но вынужденная мера — реакция на милитаристскую гегемонию России. Как итог ESA прекратило сотрудничество с Роскосмосом и полностью отказалось от использования российских ракет и космодромов для запуска европейских космических миссий.
Впрочем, там, где остальные видели крах, ряд игроков увидели возможность. Желая вернуть свои былые позиции, национальные космические агентства Европы и частные аэрокосмические компании начали работать над усилением стабильности в присутствии на орбите и созданием собственной инфраструктуры для космических запусков — новых космодромов.
Вертикальные запуски и польза от близости к полюсу
На конец 2022 года в мире насчитывалось 35 введенных в эксплуатацию космодромов, обладающих лицензиями на проведение космических миссий. США по-прежнему продолжают лидировать по численности стартовых площадок для орбитальных и суборбитальных запусков — тут их количество уверенно приближается к 20.
Большинство из этих космодромов используются для вертикального запуска ракет. Это классический способ доставить полезную нагрузку на орбиту. Баллистическую ракету располагают на стартовой площадке перпендикулярно Земле. Реактивная тяга, создаваемая маршевыми двигателями ракеты, выталкивает ее вверх, позволяя преодолеть силу земного притяжения, а грузу — достичь орбиты.
Еще до недавнего времени Континентальная Европа обладала крайне малым ресурсом для самостоятельного запуска своих космических миссий — космодромы на ее территории можно было пересчитать на пальцах одной руки. Однако разрыв с Роскосмосом заставил многих чиновников из ESA словно пробудиться ото сна, указывая, сколь важно наличие развитой автономной инфраструктуры для проведения космических запусков.
Активную роль в разработке новых площадок начала играть Швеция, Национальное космическое агентство (SNSA) которой 13 января 2023 года открыло первый космодром на своей территории — Космический центр «Эсрейндж» (Esrange Space Centre). Северные широты, в которых расположился космодром, сделали его идеальным местом для выведения малых спутников и кубсатов на стандартизованные полярные орбиты.
В 2020 году на территории тогда еще строящегося шведского космодрома своим собственным тестовым полигоном обзавелся Ракетный завод «Аугсбург» (Rocket Factory Augsburg) — немецкий ракетостроительный стартап, который в июле 2023-го планирует первый запуск своей трехступенчатой ракеты-носителя RFA ONE.
Ракетные двигатели RFA ONE работают на инновационной для Европы технологии ступенчатого цикла сжигания топлива, при которой КПД ракетного двигателя усиливается за счет перенаправления несгоревшего топлива из первой камеры сгорания в основную для дальнейшего использования в двигателях следующих ступеней. Ракету стартапа RFA ONE неверно называть исключительно немецкой — как и многие другие космические стартапы Европы, она сочетает разные комплектующие, в основном европейского производства. Так, турбонасос для двигателя компания закупает у ведущего ракетостроительного концерна Украины — днепровского предприятия «Южмаш».
Космический центр «Эсрейндж» стал первой масштабной площадкой для вертикальных запусков европейских спутниковых миссий, открытой на территории Континентальной Европы. До его появления подавляющее большинство европейских космических миссий стартовало с космодрома во Французской Гвиане в Южной Америке. Космодром «Эсрейндж» был одним из первых альтернативных решений, в частности для запуска спутниковых миссий.
Интенсивно работает над созданием европейской инфраструктуры для ракетных запусков и территориальная соседка Швеции — Норвегия, где сегодня модернизируется космодром Andøya Space, первые орбитальные запуски со старых площадок которого проводились еще в начале 1960-х годов. Комплекс Andøya Space будет оснащен массой инструментов для проведения научной деятельности по изучению космоса, атмосферы и метеорологического мониторинга.
С планами строительства полярных космодромов вертикального взлета выступает и бывший член Евросоюза — Великобритания. Вероятнее всего, шотландский космодром SaxaVord, возведенный на территории Шетландских островов, может стать вторым (после английского космодрома в Корнуолле) кандидатом на получение лицензии на проведение космических запусков с территории Туманного Альбиона.
Возможно, именно с SaxaVord стартует следующая миссия Virgin Orbit, которая может стать первым в истории успешным космическим запуском, осуществленным с территории Великобритании. 9 января 2023 года эта честь могла выпасть космодрому в Корнуолле, который первым получил свою лицензию на запуски, однако проблемы со второй ступенью ракеты LauncherOne от Virgin Orbit привели к провалу миссии и поставили крест на историческом для многих британцев событии.
Уже можно наблюдать, как целый ряд североевропейских стран — участниц ESA увидели потенциально перспективную возможность использовать ресурс своих самых северных территорий. Близкое расположение к северному полюсу играет ключевую роль и при запусках баллистических ракет, которые могут быть использованы Европой в оборонительных целях. В свете развязанной Россией войны Европа больше просто не может позволить себе не вкладываться в развитие собственных противоракетных систем для обеспечения защиты от московских ракет.
Вчерашние аэропорты покоряют орбиту
Вертикальный старт ракеты имеет массу преимуществ при запуске больших объемов полезной нагрузки, в особенности на орбиты выше низкой околоземной (Low Earth Orbit, LEO). Это приоритетный вид запуска планетарных космических миссий, больших партий грузов на орбитальные станции, многочисленных созвездий спутников, а также технически сложных научно-исследовательских космических станций на очень удаленные от Земли орбиты.
Однако космические аппараты, обеспечивающие нам подавляющее большинство телекоммуникационных услуг и сервисов Интернета вещей, развернуты на гораздо более низких орбитах. Сегодня на низкой околоземной орбите задействованы и целые созвездия легких малогабаритных кубсатов для осуществления спектрального мониторинга и оптического наблюдения за Землей.
Там, где это позволяет масса полезной нагрузки и низкий высотный порог, прибегают к горизонтальному запуску ракет-носителей, когда ракета запускается не с Земли, а с борта специализированного самолета, модернизированного под космические запуски. Ярким примером здесь выступает Boeing 747 Cosmic Girl, модифицированный технической командой Virgin Orbit под возможности запуска их ракеты-носителя LauncherOne.
Большинство космодромов, предназначенных для горизонтального запуска сегодня, это модифицированные взлетно-посадочные полосы (ВПП) вчерашних аэропортов. С их территории может осуществляться взлет и посадка не только самолетов, но и суборбитальных и космических кораблей.
В истории космонавтики бывали и гибридные варианты космических запусков, при которых космический корабль запускается на ракете с Земли, а затем может приземляться на ВПП в специально оборудованных аэропортах. Именно по такой схеме происходили миссии многоразового транспортного космического корабля NASA — Space Shuttle, который в США стали использовать, начиная с 1980-х годов. Шаттл, выводимый на орбиту посредством вертикального взлета, для чего использовались две ракеты-носителя, был способен маневрировать на орбите, стыковаться с МКС, а после окончания своей миссии планировать с орбиты, осуществляя автоматизированную горизонтальную посадку на взлетно-посадочную полосу, как самолет.
Более современным примером подобного летательного аппарата является беспилотный космический корабль производства Boeing — X-37B, основное предназначение которого до сих пор остается засекреченным. Достигая орбиты с помощью ракеты-носителя, X-37B готов совершать свой орбитальный полет в течение очень продолжительного периода времени, который может измеряться годами.
Источник: Adam Shanks/United States Space Force
Лондонская компания Astraius, желающая занять нишу главного европейского провайдера горизонтальных космических запусков, в 2021 году подписала контракт с международным космическим аэропортом «Прествик», расположенным на территории Шотландии. Ожидается, что свою первую миссию по выводу полезной нагрузки на орбиту Astraius проведет уже весной 2024 года, используя для этого американский военно-транспортный самолет С-17 Globemaster и собственную ракету-носитель, способную выводить до 800 кг полезной нагрузки на LEO.
Горизонтальный взлет открывает массу возможностей, ведь для осуществления космических запусков с самолетов аэрокосмическим компаниям не приходится прибегать к строительству отнюдь недешевой специализированной инфраструктуры. Но иногда только подобные дорогостоящие инфраструктурные проекты позволяют совершить настоящие прорывы в космической отрасли.
Космопорт «Америка»: какой урок может извлечь Европа?
Движущей силой сегодняшнего прорыва в космосе является коммерческий космический сектор. Его влияние особенно заметно в США, где на частные аэрокосмические компании припадает львиная доля всех космических запусков. Для удовлетворения потребностей в запуске для частных аэрокосмических компаний в США был построен целый космодром, названный «Америка» (Spaceport America, SA), расположившийся в штате Нью-Мехико и официально открытый в 2019 году.
В 2021 году, после успешного запуска суборбитальной миссии космического корабля VSS Unity от Virgin Galactic, космодром стал третьей по счету стартовой площадкой Америки, обладающей ресурсом для доставки людей на орбиту. Сегодня постоянными арендаторами площадок для запуска космопорта являются такие компании, как Virgin Galactic, SpinLaunch, UP Aerospace и HAPSMobile Aerovironment, и целый ряд других космических компаний, так или иначе использовавших его стартовые площадки ранее.
В отличие от большинства космодромов мира, «Америка» не является переделанным аэропортом — его стартовые площадки, ВПП, ангары для сбора ракет и центр управления полетами были построены с нуля. Spaceport America стал первым в мире космодромом, предназначенным исключительно для частных аэрокосмических компаний.
Космопорт не только предоставляет площадки для вертикальных и горизонтальных запусков — на его территории активно тестируются и новые методы для орбитальных запусков. Так, к концу 2022 года калифорнийский космический стартап SpinLaunch провел десятый успешный тестовый пуск своей инновационной системы ракетного запуска с помощью космической центрифуги.
В основе технологии лежит идея вывода полезной нагрузки на орбиту за счет ее размещения в вакуумной камере ускорения, расположенной во внутреннем отсеке огромной центрифуги диаметром 33 м. Вращающийся механизм внутри центрифуги способен разогнать орбитальный груз (или ракетный ускоритель, на котором он размещается) до гиперзвуковых скоростей и колоссальных перегрузок в 10 000G, после чего он запускается через пусковую трубу, выстреливая полезную нагрузку на орбиту.
Ожидается, что метод космических запусков, который сегодня предлагает SpinLaunch, поможет существенно удешевить космические запуски, в первую очередь благодаря сокращению использования ракетного топлива на начальных этапах разгона ракеты, когда его расход особенно высок. Наряду с уменьшением топлива снижается и уровень выброса продуктов его сгорания в атмосферу, поэтому альтернативная технология ракетных запусков, предлагаемая Spin Launch, вполне может претендовать на то, чтобы считаться зеленой.
Источник: SpinLaunch
Опыт поддержки и развития Космодрома «Америка» наглядно демонстрирует, что финансирование специализированных площадок именно под коммерческие запуски двигает всю космическую индустрию, предлагая ей на выбор нетривиальные инженерные решения и способствуя созданию ряда инновационных технологий в области космических запусков.
Следовательно, для Европы развитие космического хаба наподобие SA может стать столь необходимым глотком свежего воздуха, способным привести к появлению европейских стартапов, которые смогли бы на равных конкурировать с американскими гигантами индустрии.Для европейского космоса обратный отсчет уже начался — сейчас большинство чиновников ESA понимают, что если не предпринимать шаги по созданию собственного сильного космического сектора, можно уже никогда не угнаться за США с Китаем, которые продолжают наращивать свои космические бюджеты.
