Рік, що минув, став рекордним щодо космічних запусків — станом на 31 грудня 2022 року було здійснено 180 успішних орбітальних місій, що на 32% більше, ніж 2021-го (135 запусків).
На тлі загальносвітового приросту кількості орбітальних запусків протягом усього 2022 року Європа демонструвала невпинне зниження темпів. Космічних місій, проведених Європейським космічним агентством (ESA), порівняно з 2021-м поменшало втричі — до кінця року було здійснено лише п’ять успішних запусків. Регрес спричинила важка, але вимушена міра — реакція на мілітаристську гегемонію Росії. В результаті ESA припинило співпрацю з Роскосмосом і повністю відмовилося від використання російських ракет та космодромів для запуску європейських космічних місій.
Утім, там, де інші бачили крах, низка гравців побачили можливість. Бажаючи повернути свої колишні позиції, національні космічні агенції Європи та приватні аерокосмічні компанії почали працювати над посиленням стабільності у присутності на орбіті та створенням власної інфраструктури для космічних запусків — нових космодромів.
Вертикальні запуски та користь від близькості до полюса
На кінець 2022 року у світі налічувалося 35 введених в експлуатацію космодромів, які мають ліцензії на проведення космічних місій. США, як і раніше, продовжують лідирувати за чисельністю стартових майданчиків для орбітальних та суборбітальних запусків — тут їхня кількість упевнено наближається до 20.
Більшість із цих космодромів використовуються для вертикального запуску ракет. Це класичний спосіб доправити корисне навантаження на орбіту. Балістичну ракету розташовують на стартовому майданчику перпендикулярно Землі. Реактивна тяга, створювана маршевими двигунами ракети, виштовхує її вгору, дозволяючи подолати силу земного тяжіння, а вантажу — досягти орбіти.
Ще донедавна Континентальна Європа мала вкрай малий ресурс для самостійного запуску своїх космічних місій — космодроми на її території можна було перерахувати на пальцях однієї руки. Однак розрив з Роскосмосом змусив багатьох чиновників із ESA немов прокинутися, вказуючи, наскільки важлива наявність розвиненої автономної інфраструктури для проведення космічних запусків.
Активну роль у розробці нових майданчиків почала грати Швеція, Національне космічне агентство (SNSA) якої 13 січня 2023 року відкрило перший космодром на своїй території — Космічний центр “Есрейндж” (Esrange Space Centre). Північні широти, у яких розташувався космодром, зробили його ідеальним місцем для виведення малих супутників і кубсатів на стандартизовані полярні орбіти.
2020 року на території шведського космодрому, який тоді ще перебував на стадії будівництва, своїм власним тестовим полігоном обзавівся Ракетний завод “Аугсбург” (Rocket Factory Augsburg) — німецький ракетобудівний стартап, який у липні 2023 року планує перший запуск своєї триступеневої ракети-носія RFA.
Ракетні двигуни RFA ONE працюють на інноваційній для Європи технології ступеневого циклу спалювання палива, за якої ККД ракетного двигуна посилюється за рахунок перенаправлення пального з першої камери згоряння в основну для подальшого використання у двигунах наступних ступенів. Ракету стартапу RFA ONE невірно називати виключно німецькою — як і багато інших космічних стартапів Європи, вона поєднує різне комплектування, переважно європейського виробництва. Так, турбонасос для двигуна компанія закуповує у провідного ракетобудівного концерну України — дніпровського підприємства “Південмаш”.
Космічний центр “Есрейндж” став першим масштабним майданчиком для вертикальних запусків європейських супутникових місій, який було відкрито на території Континентальної Європи. До його появи переважна більшість європейських космічних місій стартувала з космодрому у Французькій Гвіані у Південній Америці. Космодром “Есрейндж” став одним із перших альтернативних рішень, зокрема для запуску супутникових місій.
Інтенсивно працює над створенням європейської інфраструктури для ракетних запусків і територіальна сусідка Швеції — Норвегія, де сьогодні модернізується космодром Andøya Space, перші орбітальні запуски зі старих майданчиків якого проводились ще на початку 1960-х років. Комплекс Andøya Space оснастять масою інструментів для проведення наукової діяльності з вивчення космосу, атмосфери та метеорологічного моніторингу.
З планами будівництва полярних космодромів вертикального зльоту виступає й колишній член Євросоюзу — Велика Британія. Найімовірніше, шотландський космодром SaxaVord, зведений на території Шетландських островів, може стати другим (після англійського космодрому в Корнуоллі) кандидатом на отримання ліцензії на проведення космічних запусків з території Туманного Альбіону.
Можливо, саме з SaxaVord стартує наступна місія Virgin Orbit, яка може стати першим в історії успішним космічним запуском, проведеним з території Великої Британії. 9 січня 2023 року ця честь могла випасти космодрому в Корнуоллі, який першим отримав свою ліцензію на запуски, проте проблеми з другим ступенем ракети LauncherOne від Virgin Orbit призвели до провалу місії і поставили хрест на історичній для багатьох британців події.
Уже можна спостерігати, що ціла низка північноєвропейських країн — учасниць ESA побачили потенційно перспективну можливість використовувати ресурс своїх найпівнічніших територій. Близьке розташування до північного полюса відіграє ключову роль і при запусках балістичних ракет, які можуть бути використані Європою в оборонних цілях. З огляду на розв’язання Росією війни Європа більше просто не може собі дозволити не вкладатися у розвиток власних протиракетних систем для забезпечення захисту від московських ракет.
Вчорашні аеропорти підкорюють орбіту
Вертикальний старт ракети має багато переваг при запуску великих обсягів корисного навантаження, особливо на орбіти вище низької навколоземної (Low Earth Orbit, LEO). Це пріоритетний вид запуску планетарних космічних місій, великих партій вантажів на орбітальні станції, чисельних сузір’їв супутників і технічно складних науково-дослідних космічних станцій на дуже віддалені від Землі орбіти.
Однак космічні апарати, які наразі забезпечують нам переважну більшість телекомунікаційних послуг та сервісів Інтернету речей, розгорнуті на набагато нижчих орбітах. Сьогодні на низькій навколоземній орбіті також задіяні цілі сузір’я легких малогабаритних кубсатів для здійснення спектрального моніторингу та оптичного спостереження за Землею.
Там, де це дозволяє маса корисного навантаження і низький висотний поріг, вдаються до горизонтального запуску ракет-носіїв, коли ракета запускається не з Землі, а з борту спеціалізованого літака, модернізованого під космічні запуски. Яскравим прикладом тут є Boeing 747 Cosmic Girl, модифікований технічною командою Virgin Orbit під можливості запуску їхньої ракети-носія LauncherOne.
Більшість космодромів, призначених для горизонтального запуску сьогодні, це модифіковані злітно-посадкові смуги (ЗПС) вчорашніх аеропортів. З їхньої території може здійснюватися зліт і посадка не лише літаків, а й суборбітальних та космічних кораблів.
В історії космонавтики бували й гібридні варіанти космічних запусків, за яких космічний корабель запускався на ракеті із Землі, а потім приземлявся на ЗПС у спеціально обладнаних аеропортах. Саме за такою схемою відбувалися місії багаторазового транспортного космічного корабля NASA — Space Shuttle, який у США почали використовувати, починаючи з 1980-х років. Досягаючи орбіти за допомогою вертикального зльоту, для чого використовувалися дві ракети-носія, шатл був здатний маневрувати на орбіті, стикуватися з МКС, а після закінчення своєї місії планувати з орбіти, здійснюючи автоматизовану горизонтальну посадку на злітно-посадкову смугу, як літак.
Більш сучасним прикладом подібного літального апарата є безпілотний космічний корабель виробництва Boeing — X-37B, основне призначення якого залишається засекреченим. Досягаючи орбіти за допомогою ракети-носія, X-37B готовий здійснювати свій орбітальний політ протягом вельми тривалого періоду часу, який можна вимірювати роками.
Джерело: Adam Shanks/United States Space Force
Лондонська компанія Astraius, яка бажає зайняти нішу головного європейського провайдера горизонтальних космічних запусків, 2021 року уклала контракт із міжнародним космічним аеропортом “Прествік”, що на території Шотландії. Очікується, що свою першу місію щодо виведення корисного навантаження на орбіту Astraius проведе вже навесні 2024 року, використовуючи для цього американський військово-транспортний літак С-17 Globemaster і власну ракету-носій, здатну виводити до 800 кг корисного навантаження на LEO.
Горизонтальний зліт відкриває масу можливостей, оскільки для реалізації космічних запусків з бортів літаків аерокосмічним компаніям не доводиться вдаватися до будівництва дорогої спеціалізованої інфраструктури. Але іноді лише подібні коштовні інфраструктурні проєкти дозволяють здійснити справжні прориви у космічній галузі.
Космопорт “Америка”: який урок може винести Європа?
Рушійною силою сьогоднішнього прориву в космосі є комерційний космічний сектор. Його вплив особливо помітний у США, де на приватні аерокосмічні компанії припадає левова частка всіх космічних запусків. Аби задовольнити потреби у запуску приватних аерокосмічних компаній, у США був побудований цілий космодром, названий “Америка” (Spaceport America, SA), що розташувався в штаті Нью-Мехіко і був офіційно відкритий 2019 року.
2021 року, після успішного запуску суборбітальної місії космічного корабля VSS Unity від Virgin Galactic, космодром став третім стартовим майданчиком Америки, який має власний ресурс для доставки людей на орбіту. Зараз постійними орендарями майданчиків для запуску космопорту є такі компанії, як Virgin Galactic, SpinLaunch, UP Aerospace і HAPSMobile Aerovironment, та ціла низка інших космічних компаній, які так чи інакше використовували його стартові майданчики раніше.
На відміну від більшості космодромів світу, “Америка” не є переробленим аеропортом — його стартові майданчики, ЗПС, ангари для збору ракет та центр управління польотами були збудовані з нуля. Spaceport America став першим у світі космодромом, призначеним виключно для приватних аерокосмічних компаній.
Космопорт надає не лише майданчики для вертикальних та горизонтальних запусків — на його території також активно тестуються нові методи для орбітальних запусків. Так, до кінця 2022 року каліфорнійський космічний стартап SpinLaunch провів десятий успішний тестовий пуск своєї інноваційної системи ракетних запусків за допомогою космічної центрифуги.
В основі технології лежить ідея виведення корисного навантаження на орбіту за рахунок розміщення її у вакуумній камері прискорення, розташованій у внутрішньому відсіку величезної центрифуги діаметром 33 м. Механізм всередині центрифуги, обертаючись, здатен розігнати орбітальний вантаж (або ракетний прискорювач, на якому він розміщується) до гіперзвукових швидкостей і колосальних перевантажень в 10 000G, після чого він запускається через пускову трубу, відстрілюючи корисне навантаження на орбіту.
Передбачається, що метод космічних запусків, який сьогодні пропонує SpinLaunch, допоможе суттєво здешевити космічні запуски, передусім завдяки скороченню використання ракетного палива на перших етапах розгону ракети, коли його витрата особливо висока. Разом зі зменшенням палива знижується і рівень викиду продуктів його згоряння в атмосферу, тому альтернативна технологія ракетних запусків, яку пропонує Spin Launch, може цілком претендувати на те, щоби вважатися зеленою.
Джерело: SpinLaunch
Досвід підтримки та розвитку космодрому “Америка” наочно демонструє, що фінансування спеціалізованих майданчиків саме під комерційні запуски рухає всю космічну індустрію, пропонуючи їй на вибір нетривіальні інженерні рішення та сприяючи створенню низки інноваційних технологій у галузі космічних запусків.
Відтак для Європи розвиток космічного хаба на кшталт SA може стати тим необхідним ковтком свіжого повітря, здатним призвести до появи європейських стартапів, які змогли б на рівних конкурувати з американськими гігантами індустрії.Для європейського космосу зворотний відлік уже розпочато — сьогодні більшість чиновників ESA розуміють, що якщо не робити кроків щодо створення власного сильного космічного сектора, можна вже ніколи не наздогнати США з Китаєм, які продовжують нарощувати свої космічні бюджети.
