Космічна Індія, частина 2: як стратегія заощадження сприяла процвітанню аерокосмічного сектора Індії

Упродовж останніх двох десятиріч Індія спромоглася закріпитися в колі провідних космічних держав світу, крок за кроком виконуючи успішні космічні місії, про які у минулому сторіччі не могла навіть замислитись. Сьогодні згадаємо, як саме проходили ці місії, та спробуємо з’ясувати, який вигляд матиме аерокосмічний сектор країни у віддаленому майбутньому.

Місяць підкоряється кмітливим: успіх Chandrayaan

Уперше бажання відправити власну космічну місію на Місяць ISRO висловила тільки з появою нової генерації потужних ракет-носіїв на кшталт PSLV. Лише після шести років запуску PSLV у експлуатацію, у 1999-му, в агенції окреслили концепцію майбутніх місячних подорожей. За традицією, започаткованою раніше іншими країнами, що літали на Місяць, першому етапу місячної програми ISRO належало бути цілком роботизованим. Спочатку він передбачав запуск орбітального безпілотного апарата на місячну орбіту з метою розвідки потенційної посадкової зони для роботизованих місій. Така стратегія дозволила б Індії підготуватися до майбутніх пілотованих місій, коли у країни з’являться можливості проводити операції подібного типу. Над початковим концептом місячної місії працювала група з понад 100 вчених та наукових співробітників ISRO.

Затверджений 2003 року бюджет місячної програми Chandrayaan (саме так назвали програму) становив всього $45 млн, що на перший погляд здавалося недостатнім для організації та втілення такої надскладної місії. Окрім орбітального апарата Chandrayaan 1, який мав провести радіологічне та хімічне картографування місячної поверхні, ISRO розробила й безпілотний спусковий апарат MIP (Moon Impact Probe). За задумом, його мали скинути з материнського орбітального модуля на висоті 100 км над Місяцем. Під час вільного падіння він би ще детальніше зазнімкував місячну поверхню. Для запуску місії сконструювали нову, потужнішу модифікацію ракети-носія PSLV-XL.

Варто зазначити, що Chandrayaan 1 містив не тільки індійське обладнання. Так, важливим корисним навантаженням орбітального апарата став Moon Mineralogy Mapper (M3), розроблений NASA для проведення спектрометрії місячного ґрунту на підтвердження теорії наявності підповерхневих покладів водяного льоду та інших мінералів. Він здійснив ретельне картографування поверхні супутника і разом із індійським інструментом MIP надав необхідний масив даних, що доводять існування води на Місяці.

Місія Chandrayaan 1 стартувала 22 жовтня 2008 року з майданчика при Космічному центрі Сатіша Дхавана. Через 19 діб трансмісячної мандрівки, 10 листопада, космічний апарат досяг місячної орбіти та розпочав підготовку свого наукового обладнання до планових вимірів. Ще за 14 днів Chandrayaan 1 вивільнив зонд MIP, який попрямував до Місяця, проводячи серію знімків. Він впаде в районі кратера Шеклтон на південному полюсі супутника.

Коли на початку травня 2009 року Chandrayaan 1 виконав увесь план своєї дослідницької діяльності, ISRO вирішила вдвічі підняти орбіту зонда, збільшивши її до 200 км. На цій орбіті апарат продовжив працювати до 28 серпня 2009 року, коли зв’язок із ним було втрачено, що й сигналізувало про успішне завершення першого етапу місячної програми ISRO.

Одразу після успіху Chandrayaan 1 Індія починає готуватися до наступного запуску безпілотної місії, яка мала на меті здійснити першу м’яку посадку спускового апарата на поверхню Місяця. За задумом, посадкова платформа Vikram мала містити в собі мініатюрний колісний ровер Pragyan. Його завдання полягало у детальному вивченні топографії, хімічного складу поверхні та ідентифікації й розподілі мінералів, до того ж слід було продемонструвати саму можливість дистанційної активності на Місяці.

Початково ISRO планувала запустити другу місячну місію у зв’язці з роскосмосом, який зобов’язався розробити посадкову платформу. Та росіяни не встигли до зазначеного терміну (попередньо, Chandrayaan 2 мав стартувати 2013 року), запевнивши, що посадковий модуль буде готовий у 2015 році. Проте навіть цього часу для них виявилося замало. Зрештою у 2016-му ISRO в односторонньому порядку припинила беззмістовну співпрацю, вирішивши самотужки розробити спусковий модуль. Через ці обставини запуск місії було перенесено спочатку на 2018 рік. Удвічі зріс і бюджет другої місячної місії — за оцінками ISRO, будівництво та запуск Chandrayaan 2 коштували космічному агентству $96 млн.

22 липня 2019 року Chandrayaan 2 нарешті було запущено на борту ракети LVM3. Через більшу масу корисного вантажу подорож космічного апарата тривала майже місяць — зонд вийшов на орбіту земного супутника тільки 20 серпня 2019 року. Після серії орбітальних маневрів Chandrayaan 2 скоротив свою орбіту до 100×35 км і 5 вересня здійснив відстиковку посадкового модуля Vikram, далі той почав поступове зниження в напрямку посадкової зони на південному полюсі Місяця. Проте успіх Chandrayaan 2 того разу був лише частковий — зв’язок з Vikram обірвався, коли до приземлення лишалося трохи більше 2 км.

Попри втрату встановленого на Vikram корисного навантаження, Chandrayaan 2 залишився на місячній орбіті та перевищив свій початковий річний термін активності вже вп’ятеро. І наразі продовжує свою місію, яка має тривати ще 2,5 роки. У жовтні 2023 року орбітальний модуль виявив великі поклади натрію, іони гідроксилу та молекули води, доповнивши тим самим минулі дослідження Chandrayaan 1.

ISRO розпочала роботу над помилками, заявивши про свої плани незабаром відправити до Місяця Chandrayaan 4. Корисне навантаження та місце для посадки модуля залишилися без змін, тож наступний запуск агенції вдалося організувати протягом чотирьох років (нагадаємо, що між першою та другою місіями минуло 11 років).

Місія Chandrayaan 3 стартувала 14 липня 2023 року на ракеті LVM3. Космічний корабель дістався орбіти Місяця 5 серпня, після чого ISRO розпочала підготовку до майбутньої посадки його спускового модуля Vikram, який був оснащений модифікованою версією ровера Pragyan — із додатковим науковим обладнанням. Зокрема, на ньому були рентгенівський спектрометр альфа-частинок (APXS) для визначення мінерального складу місячного ґрунту, а також інструмент LIBS, здатний проводити лазерно-індуковану спектроскопію методом пробою для виявлення в місячній породі таких елементів, як магній, калій, силіцій, алюміній, кальцій, ферум та титан.

23 серпня 2023 року Vikram нарешті відстикувався від орбітального модуля і незабаром здійснив першу в історії Індії м’яку посадку в районі південного полюса Місяця. Ця подія зробила Індію четвертою країною в історії людства (після СРСР, США та КНР), якій вдалося самостійно дістатися Місяця. Незабаром після приземлення Vikram розгорнув свій місячний ровер, який виконав символічну демонстрацію, подолавши дистанцію у 8 м та пропрацювавши 12 днів, після чого його занурили у сплячий режим.

Результати досліджень місячного ровера ISRO продовжує публікувати до сьогодні: у вересні цього року організація оприлюднила інформацію, що завдяки Pragyan вдалося відкрити один із найстародавніших кратерів на Місяці (≈3,85 млрд років), діаметр якого сягає 160 км. Отримані дані сканування місячного реголіту допоможуть науковцям пролити світло на історію раннього геоутворення нашого супутника.

Після закінчення усього циклу запланованих досліджень, 4 грудня 2023 року, орбітальний апарат Chandrayaan 3 (або пропульсивний модуль) знову перемістився на навколоземну орбіту. Орбітальний маневр вдався завдяки тому, що зонд мав залишкове паливо, якого якраз вистачало на зворотну мандрівку. Тож зонд продовжив спектральне спостереження, але тепер вже за Землею. Його активність тривала аж до 22 серпня 2024 року. Загалом же бюджет третьої місячної місії становив для ISRO трохи більше $87 млн.

Індійська агенція уже розпочала підготовку до майбутньої, четвертої місії Chandrayaan. Вона суттєво відрізнятиметься від своїх попередниць, оскільки космічний апарат ISRO планує запустити частинами, зібравши його на орбіті за допомогою роботизованих маніпуляторів. Таким чином Індія зможе подолати певні обмеження щодо виводу більшого обсягу корисного навантаження, адже місячні місії все ще запускаються зусиллями ракет-носіїв середньої вантажопідйомності (LVM3 також належить до цього класу).

Наразі можливою датою запуску Chandrayaan 4 зазначено 2027 рік. Попередній бюджет місії становить ≈$250 млн, а основною метою стане демонстрація можливостей збирання космічного апарата на орбіті, посадки та повернення зразків (приблизно 3 кг) місячного реголіту на Землю.

За 15 неповних років ISRO змогла виконати три повноцінні місячні місії, сплативши за це майже $250 млн, що є неймовірним показником, якщо порівняти з коштами, витраченими на аналогічні місячні місії, проведені іншими космічними агентствами світу. І дійсно, здебільшого саме “фактор країни-лоукостера” зробить успіх ISRO у цьому сторіччі таким унікальним.

Коли Місяць було підкорено вперше, Індія почала замислюватися над проведенням інших позаземних космічних місій, які тепер вже простягалися значно далі за межі місячної орбіти. На черзі були експедиції з дослідження Марса та Сонця. 

Mars Orbiter: випереджаючи Китай та Японію

Після успіху Chandrayaan 1 Індія почала готуватися до своєї першої міжпланетної місії, і її увага була прикута саме до Марса. Перші концепції майбутньої безпілотної орбітальної місії до Червоної планети в ISRO окреслені ще у 2008 році, а з 2010-го почалося економічне обґрунтування проєкту. Як і у випадку з місячними місіями ISRO, Mars Orbiter Mission (MOM, або Mangalyaan) була оцінена у $74 млн, що одразу викликало усмішки у таборі скептиків індійської космічної програми. 

На Mangalyaan планувалося встановити п’ять наукових приладів:

• Фотометр Lyman-Alpha (LAP) — для вимірювання вмісту водню та дейтерію у верхніх шарах марсіанської атмосфери.
• Датчик метану для Марса (MSM) — для вимірювань та картографування зон скупчення метану в марсіанській атмосфері.
• Тепловий інфрачервоний спектрометр (TIS) — для визначення теплового випромінювання від Марса, основним призначенням якого стало картографування мінералогічного вмісту на поверхні планети та відносний вимір кількості СО₂.
• Кольорова камера Mars (MCC) — щоб робити триколірні зображення поверхні Червоної планети, а також проводити зйомку двох марсіанських супутників: Фобоса і Деймоса. 
• Марсіанський екзосферний нейтральний аналізатор складу (MENCA) — квадрупольний мас-аналізатор, що складається з чотирьох циліндричних стрижнів та дозволяє вимірювати нейтральний склад верхнього шару марсіанської атмосфери.

Спочатку Mangalyaan планували запустити за допомогою геосинхронної ракети GSLV, проте станом на початок 2010-х років її маршовий кріогенний двигун (встановлений на останньому ступені ракети) все ще не був доведений до ладу, отже, як і у випадку з Chandrayaan, вибір зупинили на менш потужній, але стабільній PSLV-XL. Маса марсіанського зонда становила 482 кг (суха) + 852 кг палива, необхідного для міжпланетної мандрівки.

Після декількох переносів ISRO запустила MOM 5 листопада 2013 року. Транзитна подорож до Марса тривала 289 днів. 24 вересня 2014 року зонд нарешті досяг марсіанської орбіти заввишки 372×80 000 км. Індія стала першою країною у світі, яка відразу змогла запустити марсіанську місію, а також першою країною в історії космонавтики, що спромоглася організувати цю подорож менш ніж за $100 млн. До того ж Індія зуміла випередити аналогічні марсіанські місії, які готували китайське CSNA та японське JAXA.

За роки своєї дослідницької роботи Mangalyaan здійснив багато наукових досліджень, відправивши на Землю терабайти даних про глобальне картографування короткохвильового інфрачервоного альбедо, нейтральний склад марсіанської екзосфери. А також провів експеримент з радіозасвічуванням сонячної корони, завдяки чому вдалося уточнити значення спектра потужності турбулентності на великих та малих геліоцентричних відстанях. Невдачі зазнав тільки один науковий інструмент на борту MOM — датчик для вимірювання вмісту метану (MSM). Через особливості своєї конструкції він не був здатний розрізняти вміст метану, відтак пристрій переорієнтували на картографування марсіанського альбедо.

Незабаром ISRO має намір втілити ще дві крупні міжпланетні програми: це друга марсіанська місія космічного апарата Mars Lander Mission (Mangalyaan 2), тепер уже з посадкою на Червону планету, а також венеріанська місія Venus Orbiter Mission, яка направить орбітальний безпілотний зонд для дослідження верхніх шарів атмосфери Венери. Mangalyaan 2 має вирушити у подорож до Марса вже 2026 року, а запуск на Венеру орієнтовно запланований влітку 2028-го.

Сонячна обсерваторія Aditya-L1: досягнення зони Лагранжа

Іще одним значущим здобутком для ISRO стало виведення космічного корабля Aditya у зону Лагранжа (L₁), звідки можна проводити найточніші спостереження за коронарною активністю нашого Сонця та його геліо- і хромосферою. Попри те, що зона Лагранжа — найближча до Землі подібна ділянка, відстань до неї становить 1,5 млн км, тож завдання запуску коронографа Aditya-L1 стало справжнім випробуванням для Індії.

Неважливо, скільки треба летіти у нескінченному космічному просторі, 384 км або всі 1,5 млн, ISRO не зрадила своєму головному принципу — ця мандрівка буде не надто дорожча за подорож потягом Делі—Мумбай. Звісно, ми жартуємо, але просто уявіть, що сонячна обсерваторія, яка містить сім інструментів для спостереження за Сонцем, сконструйована та виведена на орбіту всього за $45,5 млн (менше, ніж у 2008 році ISRO витратила на запуск Chandrayaan 1).

2 вересня 2023 року Aditya-L1 вирушила у космічну подорож на борту ракети PSLV-XL. Після запуску 400-кілограмовий космічний апарат виконав чотири поступових підйоми своєї орбіти, перед тим як 19 вересня попрямувати у транслагранжеву ін’єкцію, що тривала майже чотири місяці. 6 січня 2024 року Aditya-L1 таки досягла мети, зайнявши своє орбітальне положення у зоні Лагранжа L₁.

ISRO отримала чудовий інструмент для спостереження за нашою системоутворювальною зорею у оптичному та ближньому інфрачервоному спектрі. Наразі передбачається, що космічна місія Aditya-L1 триватиме принаймні п’ять років і один місяць. Однак досвід попередніх космічних програм свідчить, що за необхідності термін активності обсерваторії може бути пролонговано.

Політика лоукостера: як ISRO вхопила удачу за хвіст

Шлях до успіху ISRO — це здебільшого історія успіху “попри”. Передусім попри доволі незадовільне бюджетне фінансування космічної агенції протягом минулих десятиріч. Щоб довести цю тезу, слід хоча б поглянути на цифри бюджету ISRO — у 2023-2024 році Індія посіла тільки дев’яте місце за фінансуванням своєї космічної програми із сумою в $1,5 млрд, випередивши у цьому списку хіба що Велику Британію.

Попри перешкоди, які несе із собою обмежене бюджетне фінансування такого технічно складного сектора, як аерокосмічний, ISRO змогла отримати з цього підходу бенефіції для себе. Насамперед, через украй обмежене фінансування (особливо на початку цього сторіччя) Індія зробила свою космічну програму дуже ощадливою. Оптимізації витрат зазнавали цілі галузі, а скрутне бюджетне становище спонукало шукати нетривіальні рішення задля економії коштів. Відтак ще у 1981 році ISRO вперше повторно використала ступінь ракети-носія, попереднє випробування якого завершилося невдачею. Цей свідомий ризик, утім, виправдав себе під час багатьох проєктів.

Інша перевага, яку ISRO вдалося здобути попри низьке фінансування — зменшення вартості своїх комерційних місій. Так, індійські ракети були і залишаються менш потужними. А порівняно з конкурентами індуси потребують значно більше часу для організації космічного запуску. Та разом із цим саме ці обставини дозволили ISRO суттєво знизити кінцеву ціну для клієнта, який прагне доставити корисне навантаження на орбіту і не зосереджений на критичній швидкості цього процесу. Фактично, саме цим підходом пізніше скористається американська SpaceX, яка теж вичавлює конкурентів з ринку космічних запусків, пропонуючи привабливі ціни на свої послуги.

ISRO стояла за створенням комерційної системи IN-SPACe, за допомогою якої агенція регулює ресурси приватних гравців на національному аерокосмічному ринку. Наразі до складу екосистеми входять понад 400 індійських компаній, 20 з яких займаються розробкою ракет-носіїв. Окрім регуляторної функції, IN-SPACe будує розгалужену систему горизонтальних зв’язків між компаніями, таким чином сприяючи пом’якшенню бізнес-клімату в секторі.

Бюджет ISRO на 2024-2025 роки доріс уже до $1,85 млрд, але ця сума все ще залишається надто далекою від $25,4 млрд, які цьогоріч отримає NASA. Втім, ринок комерційних замовлень привносить різним підрозділам ISRO не тільки додаткове фінансове вливання, але й сталий досвід у втіленні своїх проєктів.

Поки що у ISRO виходить доводити всьому світові, що великі бюджети — не основний фактор успіху космічних місій. Для порівняння: бюджет усієї марсіанської програми, яка запустила космічний апарат Mangalyaan до Червоної планети, склав лишень $74 млн. Багато в чому схожі марсіанські програми орбітального зонда MAVEN коштували $582,2 млн, а на MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) витратили $716 млн (себто у 8 та 10 разів дорожче за виконання ISRO).

Загалом же політика скорочення і заощадження на багатьох етапах життєвого циклу ракети (як-то комп’ютерне тестування) примушує індійців зосередитися на практичному аспекті. Це робить ISRO дуже схожою на деяких комерційних гравців американського ринку. Аналогічний замкнутий цикл виробництва та акцент на реальних випробуваннях одного разу спрацював і у SpaceX: ви, певно, пам’ятаєте, як компанії Маска вдалося в 20 разів зменшити вартість доставки 1 кг корисного навантаження на орбіту в середині 2010-х років. Щось схоже демонструвала останніми роками і ISRO, тож це ще велике питання, хто у кого навчився цьому підходу у веденні аерокосмічного бізнесу.

Намір ISRO розжитися власним парком пілотованих космічних кораблів має й свої далекоглядні плани. До 2035 року країна збирається вивести на низьку навколоземну орбіту власну орбітальну станцію Bharatiya Antariksha. Десятирічний термін нальоту Gaganyaan та технологія збирання на орбіті, яку невдовзі має продемонструвати космічний корабель Chandrayaan 4, покликані стати великим бустом для реалізації цього проєкту.

На відміну від космічної програми КНР (CNSA) та американського NASA, бюджет яких здебільшого формується завдяки вливанню державних коштів, частка Індійської держави у фінансуванні ISRO залишається на рівні кількох відсотків. Фактично, левова частина грошей, за які агенція виконує свої амбітні космічні місії, надходить завдяки продажу супутникових даних і зображень, а також запуску іноземних супутників і кубсатів на орбіту тощо.

Індія й сама продовжує користуватися космічним ресурсом для зміцнення власної економіки. Нещодавно країна провела цілу кампанію з застосування супутникових технологій у боротьбі з економічною кризою й бідністю та стимулюванні економічного розвитку. У межах національної кампанії ISRO надає дані супутникового спостереження фермерам і рибальським товариствам задля збільшення їхньої продуктивності.

Упродовж останніх років такий досвід уже призвів до оптимізації продуктивності фермерських господарств, забезпечивши надходження в бюджет країни більших податків, та підвищуючи загальний ВВП на душу населення. У випадку з великими риболовними товариствами використання супутникових даних (особливо метеорологічних) призвело до 30% економії витрат корабельного палива (кораблі просто не виходили з порту за несприятливих погодних умов) та загального покращення рибного вилову (завдяки спектральному скануванню поверхневого шару внутрішніх водойм на предмет скупчення риби).

Багато в чому космічна програма Індії розвивалась зовсім відмінним від США та СРСР шляхом. Доки обидва суперника у Холодній війні прагнули випередити один одного, організовуючі надскладні, але за великим рахунком символічні місії, ISRO мала час зосередитися на ощадливому, однак ефективному виробництві та прагматичних перевагах, які надає діяльність у космосі. Без сумніву, відсутність прямої конкуренції дещо уповільнила темпи розвитку космічного сектора країни. Та навіть ідучи таким шляхом, Індія отримала свій бенефіт від розвитку і впровадження власних космічних технологій.

Уже очевидно, як ця ситуація змінюється. Після успіху своєї місячної місії Chandrayaan 3 Індія рішуче починає конкурувати з іншою потужною космічною державою у регіоні — Китаєм. І якщо раніше можна було спостерігати, як ISRO намагається повторити космічні досягнення Піднебесної, сьогодні дедалі помітніше, що країни прагнуть змагатися одна з одною, а цілі китайської Chang’e та індійської Chandrayaan все більше схожі між собою.

Політика ISRO дійсно дає свої результати у довгостроковій перспективі, і ось уже бюджет організації на 2024-2025 фінансовий рік має бути на 23% вищий за рік, що минув (зауважте, що бюджет NASA не зріс навіть на 1% за аналогічний період). І накопичений досвід розумного розподілу фінансового ресурсу, який ISRO демонструє протягом останніх 15 років, не дозволяє сумніватися, що і новий бюджетний надлишок країна використає для демонстрації реального результату.