Майбутнє комерційних космічних подорожей, частина 2: Орбітальні космічні кораблі та двобій SpaceX і Boeing

12 вересня цього року, на третій день комерційної космічної місії Polaris Dawn, що стартувала на кораблі Dragon від SpaceX, відбувся перший в історії людства вихід у відкритий космос пари цивільних астронавтів. Ними стали американський мільярдер Джаред Айзекман та Сара Гілліс. Для виходу у відкритий космос вони скористалися космічними скафандрами для позакорабельної активності (EVA), які також розробила SpaceX. Ця подія наблизила майбутнє комерційних пілотованих космічних подорожей на орбіту, екіпажі яких можуть цілком складатися з приватних цивільних замовників замість професійних астронавтів.

На тлі історичної подорожі екіпажу Polaris Dawn ми вирішили з’ясувати, наскільки конкурентним буде ринок орбітальних космічних польотів та космічного туризму в подальшому, адже поряд із успіхом SpaceX низка інших компаній, що розробляють свої космічні кораблі, потерпають від зривів графіків реалізації та стикаються із багатьма технічними проблемами. То невже і в цьому сегменті космічного бізнесу SpaceX перетвориться на одноосібного монополіста?

Три невдачі поспіль: занепад Boeing Starliner 

Історія розвитку орбітальних космічних кораблів у цьому десятиріччі нерозривно пов’язана з двома компаніями: SpaceX та Boeing. На початку 2010-х років кожна з них мала концепт власного пілотованого космічного корабля. SpaceX пропонувала здійснювати пілотовані орбітальні місії за допомогою свого корабля Crew Dragon, конструкція якого була вперше представлена на загал у травні 2014 року. Розробка Starliner від Boeing розпочалася чотирма роками раніше — 2010-го компанія взяла участь у програмі NASA Commercial Crew Program, що мала на меті створити надійний транспортний засіб для доставки та повернення людей з МКС.

Запропонувавши свій варіант космічного корабля під назвою CST-100 (Crew Space Transportation), Boeing отримала від NASA $18 млн початкового фінансування на розвиток проєкту. Фінансування у розмірі $6,7 млн надали й американській ракетній компанії United Launch Alliance, оскільки саме її ракету Atlas V обрали для запуску CST-100 Starliner. Перші оптимістичні припущення від керівництва Boeing щодо того, коли її корабель зможе вирушити у космічні мандри, датувалися 2015 роком.

Конструкція космічного корабля передбачала повністю модульну збірку без зварювання її ключових сегментів. Прогнозувалося, що CST-100 Starliner буде здатен виконувати до десяти космічних подорожей тривалістю до шести місяців.

Упродовж наступних трьох років з моменту презентації Starliner NASA ще тричі додатково стимулювало проєкт, надавши йому понад $500 000 фінансового вливання. В оренду Boeing навіть передали промислові цехи Orbiter Processing Facility у Космічному центрі Кеннеді, де збирали легендарні шатли NASA. Та попри фінансову допомогу, Boeing далі зволікала з випуском Starliner. 

У вересні 2014 року NASA укладає з Boeing контракт на $4,2 млрд для виробництва нового космічного корабля з можливістю доставки людей на низьку навколоземну орбіту за програмою комерційних транспортних можливостей екіпажу (CCtCap). Байдуже, що космічний корабель розроблявся спеціально під потреби державних місій, угода між NASA і Boeing дозволяла останній продавати вільні місця на Starliner приватним особам. Тобто успіх Boeing Starliner прогнозовано міг би призвести до зацікавленості у транспортнику з боку потенційних комерційних клієнтів, а самій компанії дати можливість розвивати напрямок орбітального туризму. 

Цікаво, що водночас у межах програми CCtCap NASA уклало контракт на виробництво нового космічного корабля Crew Dragon зі SpaceX. Щоправда, сума цієї угоди була значно меншою, ніж попередні вливання у Boeing — $2,6 млрд. Тоді, у 2014 році, Boeing убачався сильнішим розробником, а керівництво компанії неодноразово лобіювало отримання повного бюджету NASA CCtCap на реалізацію виключно свого проєкту Starliner. Навіть тодішній головний співробітник-дослідник NASA Вільям Х. Герстенмаєр вважав проєкт CST-100 більш життєздатним і таким, що зможе легко випередити хоча й амбітну, але дуже молоду та недосвідчену в аерокосмічному бізнесі SpaceX.

Утім, попередні плани компанії щодо першого пілотованого польоту CST-100 Starliner у 2017 році не мали нічого спільного з реальністю. Перший безпілотний старт космічного корабля відбувся лишень наприкінці 2019 року, коли 20 грудня ракета-носій Atlas V доставила Starliner на орбіту Землі, де корабель провів майже дві доби, обертаючись навколо планети.

Демонстрація CST-100 виявила кілька програмних помилок, які мало не призвели до втрати космічного корабля. Перша виникла одразу після відокремлення Starliner від своєї ракети-носія. Замість того, щоб увімкнути двигуни на нетривалий час задля виходу на робочу орбіту, головний комп’ютер здійснив їхнє довгострокове запалення, що спричинило майже цілковиту витрату палива та унеможливило подальше стикування модуля з МКС.

При поверненні на Землю космічний корабель зазнав іще однієї програмної помилки, внаслідок якої порожня капсула для екіпажу ледь не зіштовхнулася із сервісним модулем Starliner під час від’єднання від неї. Дивом повернувшись на Землю, CST-100 був доставлений на післяпольотні іспити, а сама Boeing визнала перший старт космічного корабля частково невдалим. За результатами подальшого розслідування невдач місії компанії надали кількадесят рекомендацій, які слід було впровадити перед виконанням майбутнього рейсу Starliner. FAA ще й звинуватило NASA у недостатньому контролюванні процесу виробництва CST-100 та у відмові вимагати від Boeing проведення повного циклу наскрізних випробувань під час фази наземних іспитів космічного корабля. 

Boeing розпочала роботу над власними помилками, відтак дорогоцінний час у двобої з головним конкурентом було втрачено. 16 листопада 2020 року Crew Dragon від SpaceX здійснив перший оперативний пілотований рейс у процесі реалізації місії Crew 1, коли на МКС було доставлено екіпаж з чотирьох осіб.

Це стало вельми болючим ударом по Boeing CST-100, наступний безпілотний політ якого відбувся лише 19 травня 2022 року (цей рейс порушив свій першочерговий графік майже на два роки). Та навіть роки затримки не гарантували місії Orbital Flight Test 2 (OFT-2) успіху — під час другого безпілотного польоту вийшло з ладу кілька двигунів, призначених для орбітального маневрування. Стара проблема Starliner нагадала про себе майже через три роки кропіткої праці над виправленням помилок місії OFT-1. І хоча 22 травня 2022 року CST-100 таки зміг пристикуватися до МКС шляхом залучення резервної системи орбітальних двигунів, посмак другої демонстрації CST-100 залишився доволі гірким.

Третя спроба реабілітуватися припала вже на 2024 рік, коли стала відома точна дата запуску третьої місії загалом, та першого польоту з екіпажем Starliner. Старт космічного корабля з астронавтами Баррі Вілмором та Сунітою Вільямс на борту відбувся 5 червня 2024 року, після кількох невдалих через несправність наземного навігаційного комп’ютера спроб запустити CST-100 напередодні.

Однак старі проблеми, від яких потерпав космічний корабель раніше, нікуди не зникли. У цьому польоті борт, імовірно, спіткав витік гелію, що призвело до втрати потужності п’яти двигунів підрулювачів, які використовувалися під час орбітального рандеву та маневру стикування космічного корабля з МКС. Мануальне керування досвідченого екіпажу NASA при наближенні і стиковці з орбітальною станцією завершилось успіхом — Starliner все ж таки зумів пристикуватися до МКС. Але про зворотну подорож на борту несправного космічного корабля вже не йшлося.

Декілька тижнів після третього поспіль проблемного старту Starliner команда інженерів Boeing займалася наземними перевірками, аби з’ясувати, що саме призвело до втрати потужності маневрових двигунів. Вірогідну причину пов’язували з деформацією тефлонового ущільнювача та витоком гелію, втім, ці версії не підтвердилися під час таких самих тестів на орбіті. Зрештою NASA довелося затвердити рішення звільнити два посадкових місця в наступній пілотованій місії Crew 9 наприкінці вересня, щоб привезти екіпаж Starliner додому. Повертати екіпаж несправного Starliner належало саме Crew Dragon.

Це було фінальною констатацією перемоги SpaceX у її двобої з Boeing за кращий космічний корабель для транспортування екіпажів на низьку навколоземну орбіту. За 10 років, що минули відтоді як NASA одночасно уклало контракти з обома компаніями, SpaceX збудувала надійний космічний корабель для доставки людей на орбіту, причому зробила це більш ніж удвічі дешевше за Boeing, та без критичного відставання від проєктних строків. Пуста ж капсула Starliner повернулася на Землю на початку вересня, після чого інженери заходилися ретельно її досліджувати з метою з’ясувати, які технічні негаразди втретє поспіль призвели до невдачі місії CST-100. 

За сім років, що минули після перших заяв Boeing про початок пілотованих місій у 2017-му, загальний бюджет проєкту Starliner збільшився на $1,6 млрд, склавши неймовірні $5,8 млрд. Boeing все ще сподівається, що CST-100 почне літати завдяки новим двигунам, які для космічного корабля розробила Aerojet Rocketdyne — версію Starliner із цим двигуном планується запустити на орбіту під час наступної місії.

Генеральний директор Boeing Роберт Келлі Ортберг уже заявив, що попри третю невдачу поспіль, його компанія постарається досягти успіху при наступних спробах. Та час спливає, а головний конкурент Boeing мчить вперед із першою космічною швидкістю, загрожуючи перетворитися на монополіста у сфері пілотованих польотів як державного, так і комерційного призначення. Принаймні на поточне десятиріччя. 

Crew Dragon: залишився лише один? 

Поки Starliner намагався без проблем виконати хоча б одну космічну місію, Crew Dragon від SpaceX здійснив 15 орбітальних подорожей, 13 з яких прямували до МКС, а ще дві були простими орбітальними мандрівками на низьку орбіту Землі (LEO). За цей час Crew Dragon доставив на орбіту 61 людину, 15 із них були комерційними клієнтами. Дуже непоганий показник за неповний 4-річний період, з огляду на те, що саме Boeing був основним фаворитом у протистоянні зі SpaceX під час реалізації CCtCap.

Крім цього, варто зазначити, що SpaceX виготовляє свій Crew Dragon у двох основних модифікаціях: космічного корабля для перевезення людей та космічної вантажівки для організації логістичних рейсів і доставки припасів на МКС. Ця обставина гарантувала SpaceX додаткові замовлення на організацію місій постачання, зміцнивши її позиції у сфері обслуговування орбітальних станцій. Зважаючи на те, що кінець поточного десятиріччя має ознаменуватися розгортанням одразу декількох комерційних орбітальних станцій, у досвідченої у питаннях космічної логістики SpaceX з’явиться чудовий шанс отримати нові замовлення. 

Багато в чому Crew Dragon від SpaceX став першим. Космічний корабель доставив на орбіту перший повністю комерційний екіпаж місії Inspiration 4, саме на його борту до МКС вирушила перша комерційна місія Axiom Space 1, а під час нещодавньої Polaris Dawn якраз з борту Crew Dragon комерційні замовники вперше здійснили вихід у відкритий космос. І ця “першість” забезпечила Crew Dragon дуже добру репутацію.

Зазначимо, що у пілотованих місій SpaceX теж були свої провали. Так, під час безпілотного орбітального старту (місія Demo 1) 20 квітня 2019 року космічний корабель Crew Dragon відразу вибухнув через витік чотириокису азоту в гелієву лінію, яка використовується для створення тиску в паливних баках. Це була перша і наразі єдина втрата космічного корабля Crew Dragon, після якої SpaceX у короткий термін змогла владнати всі технічні проблеми, що призвели до катастрофи борту. Трохи більше ніж за рік після інциденту з вибухом інша модифікація Crew Dragon таки доставила свій перший екіпаж до МКС. 

Надалі всі рейси з екіпажем до космічної станції Crew Dragon виконував успішно. Програму пілотованих стартів Crew Dragon навіть розширено задля того, щоб компенсувати відсутність Boeing Starliner, який, за задумом, мав взяти на себе організацію наукових місій на МКС для NASA.

Багато в чому успіх пілотованих місій SpaceX полягає у специфіці компанії. SpaceX — це компанія повного циклу. Вона запускає у космос свої космічні кораблі Dragon на ракетах власного виробництва Falcon 9, збудувала собі космопорт (йдеться про стартовий майданчик, який щойно з’явився поблизу Бока-Чіка, штат Техас), а нещодавній досвід місії Polaris Dawn показав, що компанія навіть готова одягнути свої екіпажі у скафандри власного виробництва. Такий рівень автономності у питаннях приватних пілотованих космічних запусків робить компанію Ілона Маска чи не єдиною, здатною виконувати приватні орбітальні подорожі на замовлення, не боячись ризиків затримки чи перенесення польотів через сторонніх посередників. 

Сьогодні організатори коштовних космічних мандрівок (на кшталт Axiom Space та Space Adventures) розуміють, що у такому сегменті діяльності, як космічний туризм, мільярдні витрати на розвиток власного парку ракетно-космічної техніки можуть швидко привести їхній бізнес до банкрутства, тож не нехтують більш дешевими та перевіреними рішеннями, які пропонують кити аерокосмічного ринку. На цьому тлі SpaceX продовжує міцнішати, рік за роком позбавляючи своїх потенційних конкурентів шансів на успіх у цьому протистоянні.

І допоки конкуренти зазнають невдач, компанія Ілона Маска прогнозовано буде затребувана як серед приватних, так і державних замовників. Бізнес-плани SpaceX щодо експлуатації власних космічних кораблів вказують і на те, що компанія збирається розширити свою роль у сфері космічного туризму. Наразі у її довгострокових планах є розвиток напрямку місячного туризму, який охоплюватиме подорожі навколо Місяця. Для реалізації цих польотів аерокосмічна компанія має намір використовувати свою зв’язку з космічного корабля Starship та його надважкого бустера Superheavy.

До речі, SpaceX — не єдина компанія, що працює над відправкою туристів у навколомісячну подорож. Компанія Space Adventures, яка у 2001 році організувала першу в світі туристичну мандрівку на МКС, останні 20 років переймалася реалізацією своєї космічної ініціативи Deep Space Expedition Alpha (DSE-Alpha), за якою планувався старт комерційних польотів навколо Місяця наприкінці минулого десятиріччя за допомогою російських “Союзів”. 

Проте залежність від стороннього ресурсу стала основною причиною невдачі ініціативи Space Adventures. Компанії забракло наявності власного парку ракет і космічних кораблів. Її плани використовувати для навколомісячних мандрівок російські “Союзи” з роками стають дедалі менш вірогідними, і найімовірніше, дива з DSE-Alpha очікувати не слід.

Чи не єдиною альтернативою Crew Dragon є частково багаторазовий космічний корабель Orion, який розроблявся спеціально для місячних місій NASA Artemis. Починаючи з 2009 року, здійснив уже шість успішних демонстрацій, зокрема одну в межах програми Artemis. Але Orion — суто державний проєкт, який не передбачає організації та втілення комерційних місій. Як і у випадку з Apollo, його функціонування має обмежуватися участю в новому циклі місячних місій, після завершення якого Orion можна буде побачити хіба що в аерокосмічних музеях.

Розваги для багатіїв? 

Тож, чи призведе успіх Crew Dragon до розширення сегмента космічного туризму? Станом на зараз цьому заважають одразу декілька обставин, основною з яких залишається жорстке орієнтування цього бізнесу суто на сегмент потенційних клієнтів з ультрависоким капіталом — зі статками понад $30 млн (UHNWI) та мільярдерів. До першої групи входить приблизно 426 330 осіб (за оцінкою Wealth-X 2024 року) із сукупним статком $49,2 трлн. Загальна ж кількість мільярдерів станом на 2022 рік оцінювалася у 2781 особу (із загальним капіталом $14,2 трлн). І далеко не всі ці люди марять космічними мандрівками.

Це свідчить, що допоки космічні подорожі остаточно не стануть буденністю, потенціальна клієнтська база у компаній, які займаються таким туризмом, буде доволі невеликою. Поступове здешевлення вартості космічних подорожей, можливе лише у випадку появи нових, більш потужних та економічних ракет на металоксовому паливі, здатне розширити коло потенційних клієнтів сфери космічного туризму, але навряд чи призведе до доступності цього виду послуг для широкого загалу.

Та попри доволі невеликий відсоток потенційних клієнтів і компаній, які наразі пропонують приватні космічні подорожі, загальна капіталізація сектора космічного туризму прогнозовано зростатиме. Останній звіт від Research and Markets, присвячений дослідженню космічного туризму, стверджує, що 2030 року капіталізація цього сегмента ринку може скласти $12,85 млрд (якщо середній показник річного зростання (CAGR) залишиться на рівні 40%). Станом на сьогодні капіталізація ринку тримається на рівні $1,67 млрд, додавши майже пів мільярда доларів за останній рік.

Також слід усвідомлювати, що якщо суборбітальні пілотовані подорожі все ще обмежуються виключно сферою космічного туризму, то спектр застосування орбітальних рейсів значно ширший і охоплює можливість виконувати комерційні рейси як з метою отримання захопливих вражень, так і наукові місії на орбітальні станції, яких на орбіті Землі має побільшати протягом наступного десятиліття.

Крім американських програм пілотованих комерційних польотів, частіше заявляють про себе й інші країни, які наразі лише розпочинають свій шлях у якості провідних космічних держав. Індійська організація космічних досліджень (ISRO) готується до демонстрації свого пілотованого космічного корабля Gaganyaan у грудні поточного року, цього разу у безпілотному режимі. Станом на зараз пілотований модуль космічного корабля перебуває на етапі збірки в космічному центрі ім. Вікрама Сарабхаї. Збирання планується завершити протягом місяця, після чого космічний корабель буде встановлено на індійську ракету-носій LVM-3, старт якої заплановано на грудень. 

Відомо, що Gaganyaan зможе перевозити трьох членів екіпажу, а також буде здатний проводити орбітальні маневри рандеву та стикування з орбітальною станцією. І хоча зараз космічний корабель позиціонується суто для потреб державної програми пілотованих польотів ISRO, можливий успіх місії Gaganyaan та початок експлуатації космічного корабля у майбутньому здатен відчинити йому двері і для приватних замовників. 

Ситуація, що склалася у сфері пілотованих космічних польотів, вкотре наочно демонструє, як нові підходи приватної ініціативи можуть випереджати старожилів цього ринку. Boeing — компанія з більш ніж сторічною історією, була причетна до успішної реалізації багатьох космічних проєктів (варто хоча б згадати, що саме вона 1993 року була залучена до побудови американського сегмента МКС). Та у протистоянні з відносно молодою SpaceX не було достатньо самого лиш легендарного минулого.

Гнучкіший підхід до виробництва, орієнтація на “живі” випробування нових типів аерокосмічної техніки (не секрет, що багато передпольотних іспитів Starliner обмежувалися лише комп’ютерним моделюванням) та вміння консолідувати свої зусилля на досягненні результату гарантували SpaceX першість у цьому протистоянні. 

Свій внесок у цей успіх зробив і зовсім відмінний підхід у організації управління двох компаній. Якщо багато ключових постів у SpaceX займають справжні технічні інженери, то за десятиріччя авіаційного бізнесу Boeing її топменеджмент переважно складається з фінансистів та бухгалтерів. Коментуючи третю поспіль невдачу Starliner, Ілон Маск зазначив: “У Boeing занадто багато нетехнічних менеджерів“. І з цим твердженням важко не погодитися — коли у SpaceX обчислювали всі технічні нюанси своїх космічних кораблів, у Boeing, здається, воліли рахувати виключно гроші.