Космическая Индия, часть 2: как стратегия экономии способствовала процветанию аэрокосмического сектора Индии

За два последних десятилетия Индия смогла закрепиться в кругу ведущих космических держав мира, пошагово проводя успешные космические миссии, о которых в прошлом веке не могла и помыслить. Сегодня вспомним, как именно происходили эти миссии, и попытаемся выяснить, как будет выглядеть аэрокосмический сектор страны в отдаленном будущем.

Луна подчиняется сообразительным: успех Chandrayaan

Впервые желание отправить собственную космическую миссию на Луну ISRO изъявило только с появлением новой генерации мощных ракет-носителей вроде PSLV. Лишь после шести лет запуска PSLV в эксплуатацию, в 1999-м, в агентстве обозначили концепцию будущих лунных путешествий. По традиции, начатой ранее другими странами, летавшими на Луну, первому этапу лунной программы ISRO надлежало быть полностью роботизированным. Сначала он предусматривал запуск орбитального беспилотного аппарата на лунную орбиту с целью разведки потенциальной посадочной зоны для роботизированных миссий. Такая стратегия позволила бы Индии подготовиться к будущим пилотируемым миссиям, когда у страны появятся возможности проводить операции подобного типа. Над первоочередным концептом лунной миссии работала группа из более 100 ученых и научных сотрудников ISRO.

Утвержденный в 2003 году бюджет лунной программы Chandrayaan (именно так назвали программу) составлял всего $45 млн, что на первый взгляд казалось недостаточным для организации и воплощения такой сверхсложной миссии. Кроме орбитального аппарата Chandrayaan 1, которому предстояло провести радиологическое и химическое картографирование лунной поверхности, ISRO разработало и беспилотный спускаемый аппарат MIP (Moon Impact Probe). По замыслу, его должны были сбросить с материнского орбитального модуля на высоте 100 км над Луной. Во время свободного падения он бы сделал более детальные снимки лунной поверхности. Для запуска миссии сконструировали новую, помощнее модификацию ракеты-носителя PSLV-XL.

Следует отметить, что Chandrayaan 1 содержал не только индийское оборудование. Так, важной полезной нагрузкой орбитального аппарата стал Moon Mineralogy Mapper (M3), разработанный NASA для проведения спектрометрии лунной почвы в целях подтверждения теории наличия подповерхностных залежей водяного льда и других минералов. Он произвел тщательное картографирование поверхности спутника и вместе с индийским инструментом MIP предоставил необходимый массив данных, доказывающих существование воды на Луне.

Миссия Chandrayaan 1 стартовала 22 октября 2008 года с площадки при Космическом центре Сатиша Дхавана. Спустя 19 суток транслунного путешествия, 10 ноября, космический аппарат достиг лунной орбиты и приступил к подготовке своего научного оборудования к плановым измерениям. Еще через 14 дней Chandrayaan 1 высвободил зонд MIP, который направился к Луне, проводя серию снимков. Он упадет в районе кратера Шеклтона на южном полюсе спутника.

Когда в начале мая 2009 года Chandrayaan 1 выполнил весь план своей исследовательской деятельности, ISRO решила вдвое поднять орбиту зонда, увеличив ее до 200 км. На этой орбите аппарат продолжил работу вплоть до 28 августа 2009 года, когда связь с ним была утеряна, что и сигнализировало об успешном завершении первого этапа лунной программы ISRO.

Сразу после успеха Chandrayaan 1 Индия начинает готовиться к следующему запуску беспилотной миссии, которая должна была осуществить первую мягкую посадку спускаемого аппарата на поверхность Луны. По замыслу, посадочной платформе Vikram предстояло разместить в себе миниатюрный колесный ровер Pragyan. Его задача — детальное изучение топографии, химического состава поверхности, идентификация и распределение минералов, к тому же следовало продемонстрировать саму возможность дистанционной активности на Луне.

Изначально ISRO планировало запустить вторую лунную миссию в связке с роскосмосом, который обязался разработать посадочную платформу. Но россияне не успели к указанному сроку (предварительно, Chandrayaan 2 должен был стартовать в 2013 году), заверив, что посадочный модуль будет готов к 2015 году. Однако даже этого времени им оказалось мало. В конце концов в 2016-м ISRO в одностороннем порядке прекратило бессмысленное сотрудничество, решив самостоятельно разработать спускаемый модуль. В силу этих обстоятельств запуск миссии был перенесен первоначально на 2018 год. Вдвое вырос и бюджет второй лунной миссии — по оценкам ISRO, строительство и запуск Chandrayaan 2 обошлись космическому агентству в $96 млн.

22 июля 2019 года Chandrayaan 2 наконец был запущен на борту ракеты LVM3. Из-за большей массы полезного груза путешествие космического аппарата заняло почти месяц — зонд вышел на орбиту земного спутника только 20 августа 2019 года. После серии орбитальных маневров Chandrayaan 2 сократил свою орбиту до 100×35 км и 5 сентября совершил отстыковку посадочного модуля Vikram, затем тот начал постепенное снижение в направлении посадочной зоны на южном полюсе Луны. Однако успех Chandrayaan 2 в тот раз был лишь частичным — связь с Vikram оборвалась, когда до приземления оставалось чуть более 2 км.

Несмотря на потерю установленной на Vikram полезной нагрузки, Chandrayaan 2 остался на лунной орбите, превысив свой изначальный годовой срок активности уже в пять раз. И сейчас продолжает свою миссию, которая должна длиться еще 2,5 года. В октябре 2023 года орбитальный модуль обнаружил большие залежи натрия, ионы гидроксила и молекулы воды, дополнив тем самым прошлые исследования Chandrayaan 1.

ISRO начало работу над ошибками, заявив о своих планах вскоре отправить на Луну Chandrayaan 4. Полезная нагрузка и место для посадки модуля остались без изменений, поэтому следующий запуск агентству удалось организовать в течение четырех лет (напомним, что между первой и второй миссиями прошло 11 лет).

Миссия Chandrayaan 3 стартовала 14 июля 2023 года на ракете LVM3. Космический корабль добрался до орбиты Луны 5 августа, после чего ISRO начало подготовку к предстоящей посадке его спускового модуля Vikram, оснащенного модифицированной версией ровера Pragyan — с дополнительным научным оборудованием. В частности, на нем были рентгеновский спектрометр альфа-частиц (APXS) для определения минерального состава лунной почвы, а также инструмент LIBS, способный проводить лазерно-индуцированную спектроскопию методом пробоя для обнаружения в лунной породе таких элементов, как магний, калий, силиций, алюминий, кальций, ферум и титан.

23 августа 2023 года Vikram наконец-то отстыковался от орбитального модуля и вскоре совершил первую в истории Индии мягкую посадку в районе южного полюса Луны. Это событие сделало Индию четвертой страной в истории человечества (после СССР, США и КНР), которой удалось самостоятельно добраться до Луны. Вскоре после приземления Vikram развернул свой лунный ровер, и тот осуществил символическую демонстрацию, преодолев дистанцию в 8 м и проработав 12 дней, после чего его погрузили в спящий режим.

Результаты исследований лунного ровера ISRO продолжает публиковать по сей день: в сентябре этого года организация обнародовала информацию, что благодаря Pragyan удалось открыть один из древнейших кратеров на Луне (≈3,85 млрд лет), диаметр которого достигает 160 км. Полученные данные сканирования лунного реголита помогут ученым пролить свет на историю раннего геообразования нашего спутника.

По окончании всего цикла запланированных исследований, 4 декабря 2023 года, орбитальный аппарат Chandrayaan 3 (или пропульсивный модуль) вновь перевели на околоземную орбиту. Орбитальный маневр удался благодаря тому, что у зонда было остаточное топливо, которого как раз хватало на обратное путешествие. Итак, зонд продолжил спектральное наблюдение, но теперь уже за Землей. Его активность продолжалась до 22 августа 2024 года. В целом бюджет третьей лунной миссии составил для ISRO чуть больше $87 млн.

Индийское агентство уже начало подготовку к будущей, четвертой миссии Chandrayaan. Она будет существенно отличаться от своих предшественниц, поскольку космический аппарат ISRO планирует запустить частями, собрав его на орбите с помощью роботизированных манипуляторов. Таким образом Индия сможет преодолеть определенные ограничения в выводе большего объема полезной нагрузки, ведь лунные миссии все еще запускаются усилиями ракет-носителей средней грузоподъемности (LVM3 также относится к этому классу).

Сейчас возможной датой запуска Chandrayaan 4 указан 2027 год. Предварительный бюджет миссии составляет ≈$250 млн, а основной целью станет демонстрация возможностей сборки космического аппарата на орбите, посадки и возвращения образцов (примерно 3 кг) лунного реголита на Землю.

За 15 неполных лет ISRO смогла выполнить три полноценные лунные миссии, заплатив за это почти $250 млн, что является невероятным показателем, если сравнить со средствами, потраченными на аналогичные лунные миссии, проведенные другими космическими агентствами мира. И действительно, по большей части именно «фактор страны-лоукостера» сделает успех ISRO в этом столетии таким уникальным.

Едва покорив Луну, Индия начала задумываться над проведением других внеземных космических миссий, теперь уже простирающихся значительно дальше за пределы лунной орбиты. На очереди были экспедиции по исследованию Марса и Солнца.

Mars Orbiter: опережая Китай и Японию

После успеха Chandrayaan 1 Индия начала готовиться к своей первой межпланетной миссии, и ее внимание было приковано именно к Марсу. Первые концепции будущей беспилотной орбитальной миссии к Красной планете в ISRO очерчены еще в 2008 году, а с 2010-го началось экономическое обоснование проекта. Как и в случае с лунными миссиями ISRO, Mars Orbiter Mission (MOM, или Mangalyaan) была оценена в $74 млн, что сразу вызвало улыбки в лагере скептиков индийской космической программы.

На Mangalyaan планировалось установить пять научных приборов:

• Фотометр Lyman-Alpha (LAP) — для замера содержания водорода и дейтерия в верхних слоях марсианской атмосферы.
• Датчик метана для Марса (MSM) — для замеров и картографирования зон скопления метана в марсианской атмосфере.
• Тепловой инфракрасный спектрометр (TIS) — для определения теплового излучения от Марса, основным назначением которого стало картографирование минералогического содержания на поверхности планеты и относительное измерение количества СО₂.
• Цветная камера Mars (MCC) — чтобы делать трехцветные изображения поверхности Красной планеты, а также производить съемку двух марсианских спутников: Фобоса и Деймоса.
• Марсианский экзосферный нейтральный анализатор состава (MENCA) — квадрупольный масс-анализатор, состоящий из четырех цилиндрических стержней, позволявший измерять нейтральный состав верхнего слоя марсианской атмосферы.

Изначально Mangalyaan планировали запустить с помощью геосинхронной ракеты GSLV, однако по состоянию на начало 2010-х годов ее маршевый криогенный двигатель (установленный на последней ступени ракеты) все еще не был доведен до ума, следовательно, как и в случае с Chandrayaan, выбор сделали в пользу менее мощной, но стабильной PSLV-XL. Масса марсианского зонда составляла 482 кг (сухая) + 852 кг топлива, необходимого для межпланетного путешествия.

После нескольких переносов ISRO запустило MOM 5 ноября 2013 года. Транзитное путешествие к Марсу длилось 289 дней. 24 сентября 2014 года зонд наконец достиг марсианской орбиты высотой 372×80 000 км. Индия стала первой страной в мире, которая смогла сразу запустить марсианскую миссию, а также первой страной в истории космонавтики, сумевшей организовать это путешествие менее чем за $100 млн. К тому же Индии удалось опередить аналогичные марсианские миссии, которые готовили китайское CSNA и японское JAXA.

За годы своей исследовательской работы Mangalyaan осуществил массу научных исследований, отправив на Землю терабайты данных о глобальном картографировании коротковолнового инфракрасного альбедо, нейтральном составе марсианской экзосферы. А также провел эксперимент с радиозасветкой солнечной короны, благодаря чему удалось уточнить значения спектра мощности турбулентности на больших и малых гелиоцентрических расстояниях. Неудачу потерпел только один научный инструмент на борту MOM — датчик для измерения содержания метана (MSM). Ввиду особенностей своей конструкции он не был способен различать содержание метана, поэтому устройство переориентировали на картографирование марсианского альбедо.

Вскоре ISRO намеревается воплотить еще две крупные межпланетные программы: это вторая марсианская миссия космического аппарата Mars Lander Mission (Mangalyaan 2), теперь уже с посадкой на Красную планету, а также венерианская миссия Venus Orbiter Mission, которая направит орбитальный беспилотный зонд для исследования верхних слоев атмосферы Венеры. Mangalyaan 2 должен отправиться в путешествие к Марсу уже в 2026 году, а запуск на Венеру ориентировочно запланирован на лето 2028-го.

Солнечная обсерватория Aditya-L1: достижение зоны Лагранжа

Еще одним значимым достижением для ISRO стал вывод космического корабля Aditya в зону Лагранжа (L₁), откуда можно проводить самые точные наблюдения за коронарной активностью нашего Солнца и его гелио- и хромосферой. Несмотря на то, что зона Лагранжа — самый близкий к Земле подобный участок, расстояние до него составляет 1,5 млн км, поэтому задача запуска коронографа Aditya-L1 стала настоящим испытанием для Индии.

Неважно, сколько надо лететь в бесконечном космическом пространстве, 384 км или все 1,5 млн, ISRO не изменило своему главному принципу — это путешествие будет ненамного дороже путешествия на поезде Дели—Мумбай. Конечно, мы шутим, но просто представьте, что солнечная обсерватория, содержащая семь инструментов для наблюдения за Солнцем, сконструирована и выведена на орбиту всего за $45,5 млн (меньше, чем в 2008 году ISRO потратило на запуск Chandrayaan 1).

2 сентября 2023 года Aditya-L1 отправилась в космический вояж на борту ракеты PSLV-XL. После запуска 400-килограммовый космический аппарат совершил четыре постепенных подъема своей орбиты, прежде чем 19 сентября устремиться в транслагранжевую инъекцию, длившуюся почти четыре месяца. 6 января 2024 года Aditya-L1 таки достигла цели, заняв свое орбитальное положение в зоне Лагранжа L₁.

ISRO получила замечательный инструмент для наблюдения за нашей системообразующей звездой в оптическом и ближнем инфракрасном спектре. Сейчас предполагается, что космическая миссия Adіtya-L1 продлится по крайней мере пять лет и один месяц. Однако опыт предыдущих космических программ указывает, что при необходимости срок активности обсерватории может быть пролонгирован.

Политика лоукостера: как ISRO поймало удачу за хвост

Путь к успеху ISRO — это главным образом история успеха «вопреки». Прежде всего, несмотря на довольно неудовлетворительное бюджетное финансирование космического агентства в течение прошлых десятилетий. Чтобы доказать этот тезис, следует хотя бы взглянуть на цифры бюджета ISRO — в 2023-2024 году Индия заняла лишь девятое место по финансированию своей космической программы с суммой в $1,5 млрд, опередив в этом списке разве что Великобританию.

Несмотря на препятствия, которые несет с собой ограниченное бюджетное финансирование такого технически сложного сектора, как аэрокосмический, ISRO смогло извлечь из этого подхода бенефиции для себя. Прежде всего, ввиду крайне ограниченного финансирования (особенно в начале этого столетия) Индия сделала свою космическую программу очень экономной. Оптимизации расходов подвергались целые отрасли, а тяжелое бюджетное положение побуждало искать нетривиальные решения для экономии средств. Так, еще в 1981 году ISRO впервые повторно использовало ступень ракеты-носителя, предыдущее испытание которой завершилось неудачей. Этот сознательный риск, впрочем, оправдал себя в ходе многих проектов.

Другое преимущество, которое ISRO удалось получить, несмотря на низкое финансирование — уменьшение стоимости своих коммерческих миссий. Да, индийские ракеты были и остаются менее мощными. А в сравнении с конкурентами индусам требуется значительно больше времени для организации космического запуска. Но вместе с тем именно эти обстоятельства позволили ISRO существенно снизить конечную цену для клиента, стремящегося доставить полезную нагрузку на орбиту и не сосредоточенного на критической скорости этого процесса. Фактически, именно этим подходом позже воспользуется американская SpaceX, которая тоже выдавливает конкурентов с рынка космических запусков, предлагая привлекательные цены на свои услуги.

ISRO стояло за созданием коммерческой системы IN-SPACe, с помощью которой агентство регулирует ресурсы частных игроков на национальном аэрокосмическом рынке. Сейчас в состав экосистемы входят более 400 индийских компаний, 20 из которых занимаются разработкой ракет-носителей. Кроме регуляторной функции, IN-SPACe строит разветвленную систему горизонтальных связей между компаниями, тем самым способствуя смягчению бизнес-климата в секторе.

Бюджет ISRO на 2024-2025 годы дорос уже до $1,85 млрд, но такая сумма все еще остается слишком далекой от $25,4 млрд, которые в этом году получит NASA. Впрочем, рынок коммерческих заказов привносит различным подразделениям ISRO не только дополнительное финансовое вливание, но и устойчивый опыт в воплощении своих проектов.

Пока что у ISRO получается доказывать всему миру, что большие бюджеты — не основной фактор успеха космических миссий. Для сравнения: бюджет всей марсианской программы, запустившей космический аппарат Mangalyaan 2 к Красной планете, составил всего $74 млн. Во многом похожие марсианские программы орбитального зонда MAVEN стоили $582,2 млн, а MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) обошлась в $716 млн (то есть в 8 и 10 раз дороже выполнения ISRO).

В целом же политика сокращения и экономии на многих этапах жизненного цикла ракеты (например, компьютерное тестирование) заставляет индийцев сосредоточиться на практическом аспекте. Это делает ISRO весьма похожим на некоторых коммерческих игроков американского рынка. Аналогичный замкнутый цикл производства и акцент на реальных испытаниях однажды сработал и в SpaceX: вы наверняка помните, как компании Маска удалось в 20 раз уменьшить стоимость доставки 1 кг полезной нагрузки на орбиту в середине 2010-х годов. Нечто похожее демонстрировало в последние годы и ISRO, потому еще большой вопрос, кто у кого научился этому подходу в ведении аэрокосмического бизнеса.

Намерение ISRO обзавестись собственным парком пилотируемых космических кораблей имеет и свои далеко идущие планы. К 2035 году страна собирается вывести на низкую околоземную орбиту свою орбитальную станцию Bharatiya Antariksha. Десятилетний срок налета Gaganyaan и технология сборки на орбите, которую вскоре должен продемонстрировать космический корабль Chandrayaan 4, призваны стать большим бустом для реализации этого проекта.

В отличие от космической программы КНР (CNSA) и американского NASA, бюджет которых в основном формируется благодаря вливанию государственных средств, доля Индийского государства в финансировании ISRO остается на уровне нескольких процентов. Фактически, львиная часть денег, за которые агентство проводит свои амбициозные космические миссии, поступает благодаря продаже спутниковых данных и изображений, а также запуску иностранных спутников и кубсатов на орбиту и так далее.

Индия и сама продолжает пользоваться космическим ресурсом для укрепления собственной экономики. Недавно страна провела целую кампанию по применению спутниковых технологий в борьбе с экономическим кризисом и бедностью и стимулировании экономического развития. В рамках национальной кампании ISRO предоставляет данные спутникового наблюдения фермерам и рыболовным обществам для увеличения их производительности.

В последние годы такой опыт уже привел к оптимизации производительности фермерских хозяйств, обеспечив поступление в бюджет страны больших налогов, и повышая общий ВВП на душу населения. В случае с крупными рыболовными обществами использование спутниковых данных (особенно метеорологических) привело к 30% экономии расходов корабельного топлива (корабли просто не выходили из порта при неблагоприятных погодных условиях) и общего улучшения рыбного улова (благодаря спектральному сканированию поверхностного слоя внутренних водоемов на предмет скопления рыбы).

Во многом космическая программа Индии развивалась совершенно отличным от США и СССР путем. Пока оба соперника в Холодной войне стремились опередить друг друга, организуя сверхсложные, но по большому счету символические миссии, у ISRO имелось время сосредоточиться на экономном, но эффективном производстве и прагматических преимуществах, которые предоставляет деятельность в космосе. Без сомнения, отсутствие прямой конкуренции несколько замедлило темпы развития космического сектора страны. Но даже идя таким путем, Индия получила свой бенефит от развития и внедрения собственных космических технологий.

Уже очевидно, как эта ситуация меняется. После успеха своей лунной миссии Chandrayaan 3 Индия начинает решительно конкурировать с другой мощной космической державой в регионе — Китаем. И если раньше можно было наблюдать, как ISRO старается повторить космические достижения Поднебесной, сегодня все заметнее, что страны пытаются соревноваться друг с другом, а цели китайской Chang’e и индийской Chandrayaan все больше схожи между собой.

Политика ISRO действительно дает свои результаты в долгосрочной перспективе, и вот уже бюджет организации на 2024-2025 финансовый год должен быть на 23% выше, нежели в прошедшем году (заметьте, что бюджет NASA не вырос даже на 1% за аналогичный период). И накопленный опыт разумного распределения финансового ресурса, который ISRO демонстрирует на протяжении последних 15 лет, не дает сомневаться, что и новый бюджетный излишек страна использует для демонстрации реального результата.