Vulсan vs Falcon: ветераны против новичков

Соединенные Штаты переживают настоящий ракетный бум. Вдобавок к мэтрам Boeing и Lockheed Martin, образовавшим в 2006 г. Объединенный пусковой альянс ULA (United Launch Alliance), и Orbital ATK (с 2018 г.  – Northrop Grumman Innovation Systems) на рынке запусков появились «выскочки» вроде SpaceX и Rocket Lab. 

И если американский стартап с новозеланскими корнями только начинает свою карьеру в сегменте малых спутников, то компания Илона Маска, которую еще десять лет назад мало кто воспринимал всерьез, ухитрилась захватить заметную долю коммерческого и правительственного рынка выведения тяжелых полезных нагрузок. На этот сегмент нацеливается и Blue Origin, стремясь через пару лет прийти сюда со своим тяжелым многоразовым носителем New Glenn. Новички теснят ветеранов, но и те сдаваться не собираются. До поры до времени ULA не воспринимал SpaceX всерьез: в самом деле, первая ракета Маска Falcon 1 смотрелась пигмеем на фоне носителей типа Atlas V или Delta IV, да и по техническим параметрам никак не могла с ними соперничать. Все изменилось, когда компания из Хоторна занялась ракетой Falcon 9. Буквально за два-три года после своего первого полета девятый «Сокол» превратился в опасного – для «Альянса» и не только – игрока на пусковом рынке. Ответом ULA на вызов SpaceX стал проект Vulcan по замене большинства носителей «Альянса», эксплуатируемых с начала 2000-х годов. Кроме того, в 2014 г. Конгресс и правительство США потребовали исключить из эксплуатации ставший «неполиткорректным» российский двигатель РД180, установленный на первой ступени носителя Atlas V. Для выполнения этого требования ULA заключил контракты с компаниями Blue Origin и Aerojet General. Первая уже несколько лет работала над метановым двигателем BE-4, а  вторая  – над керосиновым AR1. В  сентябре 2018 г. «Альянс» остановил свой выбор на детище Blue Origin, разработка которого продвинулась гораздо дальше конкурентной. ВВС США выдали ULA контракт стоимостью 967 млн $ на создание ракеты, первый пуск которой должен состояться уже в 2021 г. в рамках соглашения по пусковым услугам Launch Service Awards. По словам гендиректора «Альянса» Тори Бруно, при сертификационных полетах носитель будет выводить на орбиту коммерческие космические аппараты. Предполагается, что через несколько месяцев после первого старта ракету можно будет сертифицировать под правительственные полезные нагрузки.

Концепция Vulcan предусматривает применение как новых, так и проверенных временем решений и компонентов. Новые двигатели будут установлены на баковом отсеке, который построят по технологиям, реализованным на ракете Atlas V (но имеющем гораздо больший диаметр), а бортовое радиоэлектронное оборудование (и от 40 до 60 % программного обеспечения) заимствуется с носителя Delta IV. И все эти компоненты считаются критически важными. «При классическом подходе к разработке ракеты всегда возникают две серьезные трудности: разработка программного обеспечения и создание двигателя. Думаю, и в нашем случае исключений не будет,  – подчеркнул Бруно в интервью интернет-изданию Ars Technica.  – Процесс разработки программного обеспечения занимает много времени и для получения окончательного варианта требует четкого упорядочивания и дисциплины. Внесение изменений может отбросить вас назад, к исходным испытаниям и проверкам. Программное обеспечение очень сложное. Для каждой ракеты, которую я разработал (а их сейчас уже более трех десятков), делать это было очень тяжело из-за сложности всего процесса, которого необходимо придерживаться, чтобы обеспечить высокую надежность». На центральном блоке ракеты диа метром 5.4 м будут установлены два двигателя BE-4, что усложняет конструкцию системы подачи топлива по отношению к однодвигательной установке Atlas V. Во вновь разрабатываемой конструкции хвостового отсека будут использованы новые материалы и технологии. В  качестве второй ступени планируется применить разгонный блок Centaur 5 с существенно измененной конструкцией по сравнению с ныне используемой ступенью Centaur 3, которая сегодня летает в составе носителя Atlas V.

При всем том, что SpaceX является главным конкурентом ULA, его гендиректор с уважением относится к Илону Маску. Тори Бруно отдает должное такому достижению компании из Хоторна, как спасение первой ступени и реактивная посадка: «Невозможно просто увидеть это и не сказать, что это круто. Это действительно филигранная разработка. Если меня не подводит память, я тогда отправил Гвинн [Шотвел, президенту SpaceX] цветы и поздравил ее». 

«Первый вариант второй ступени, который будет запущен впервые, получил название Centaur 5. Он вмещает в два раза больше топлива, чем Centaur 3, и имеет диаметр не 3.8 м, как раньше, а 5.4 м. Следующее, что мы собираемся улучшить, это повысить тягу двигателей RL10: удлиним сопло, чтобы нарастить удельный импульс», – рассказал глава ULA. В настоящее время в рамках частно-государственного партнерства заключен контракт с компанией Aerojet Rocketdyne на разработку обновленного двигателя RL10CX с увеличенной тягой. Некоторые элементы его конструкции будут изготовлены с применением 3D-печати. Современный вариант RL10, имеющего почти шестидесятилетнюю историю, обладает прекрасными характеристиками, но собирается вручную, а трубчатая конструкция его камеры весьма трудоемка в изготовлении, отчего двигатель чрезвычайно дорог. «В нем нет ничего лишнего, но он, как швейцарские часы,  – ручной сборки. Аддитивные технологии, привнесенные в производство, дадут огромное преимущество по времени, стоимости и качеству, и, как только производственный процесс будет настроен, он станет независим от изменений состава и настроения персонала», – заявил Бруно. В первом полете базовый вариант Centaur 5 будет оснащен существующими двигателями RL10C, но тяжелый – Vulcan Heavy – будет иметь новые RL10CX с увеличенной тягой. Переход на новые двигатели потребует новых инвестиций  – как государственных, так и частных  – от ULA и Aerojet Rocketdyne. В более отдаленной перспективе Centaur планируется заменить перспективной криогенной ступенью ACES (Advanced Cryogenic Evolved Stage). Сначала Vulcan будет производиться в двух модификациях – с двумя и с шестью твердотопливными ускорителями, затем появится тяжелый Vulcan Heavy с улучшенной верхней ступенью. Возможности ракет характеризуются значениями, приведенными в таблице. Всех интересует вопрос: сможет ли Vulcan конкурировать с ракетами Маска? По стоимости пуска  – нет. Однако ULA не делает из этого трагедии: у новой ракеты есть сильные стороны, которые позволят ей успешно работать в некоторых сегментах рынка. «Сегодня мы запускаем очень мало спутников и стремимся к умеренному росту и получению относительно скромной доли на этом рынке, – прокомментировал Бруно. – Просто не все ракеты одинаковы, так же как миссии и заказчики. Коммерческий рынок очень сегментирован. Часть его занимают дорогие космические аппараты, для которых важен баланс между затратами и рисками. В другом сегменте рынка все зациклено на цене: это сектор сравнительно простых аппаратов, которые можно застраховать. Заказчики не рвутся из последних сил как можно быстрее вывести их на орбиту, поэтому готовы покрыть риски при задержке запуска и даже понести убытки, если страховка их покрывает». Руководитель ULA считает, что правительственные полезные нагрузки относятся к первому сегменту. Это, как правило, большие и дорогие (иногда в несколько миллиардов долларов) спутники и межпланетные зонды. Их владельцы не могут позволить себе потерять даже один аппарат. А  дороговизна таких полезных нагрузок заставляет запускать их точно в срок, чтобы как можно скорее покрыть расходы на создание. Именно здесь «Альянс», все пуски которого были почти на 100 % успешны, может чувствовать себя в безопасности. Кроме того, Vulcan с криогенной второй ступенью может формировать такие орбиты и траектории, которые недоступны для ракет Falcon. «Многие представители этого сегмента всерьез относятся к возможности запуска спутника непосредственно на целевую орбиту (в точки стояния на геостационаре). Вот они и создают идеальный рынок для нас. Поэтому мы должны преуспеть здесь»,  – подчеркнул Бруно. Взаимоотношения с конкурентами никогда не бывают простыми. Например, когда решался вопрос об объединении Boeing и Lockheed Martin в «Альянс», SpaceX выступил против, подав иск против создания ULA в 2005 г., а затем, десятилетие спустя, конкурировал с ним за государственные заказы. Компания Blue Origin – тоже конкурент  – не скрывает своих планов вывести ракету New Glenn на рынок пусков в интересах национальной безопасности. Тем не менее у ULA с ней иные взаимоотношения, чем со SpaceX: в 2014 г. фирма Джеффа Безоса начала сотрудничать с «Альянсом», согласившись разработать для него маршевый двигатель ВЕ-4. «В отличие от других новых компаний, о которых сегодня много говорят, наша организация не стартап,  – прокомментировал Бруно выбор двигателя. – Она не зависит от капитала инвесторов – мы самостоятельные и зрелые. Но и нам нужно было обосновать экономику для ракеты Vulcan. Поэтому важным фактором был момент, когда наши стратегические партнеры [Blue Origin] предоставили данные о стоимости и сроках создания двигателя. Стало очевидно, что это верный выбор, и мы пришли с ним к нашим акционерам. Затем нужно было сообщить заказчикам о технических рисках, связанных с переходом на новое топливо*, и их последствиях. Стало гораздо проще: у нас появилось много информации по испытаниям. И чем дальше мы продвигались в работе над двигателями, тем меньше становилось проблем». Выгоды от сотрудничества с Blue Origin и экономические параметры сделки перевесили опасения из-за конкуренции. В  данном случае интересы компаний совпали: «Альянс» нуждался в надежном и сравнительно недорогом двигателе с высокими характеристиками, а компания Безоса хотела расширить объемы производства ВЕ-4 для повышения рентабельности. «Вместе мы сделаем этот двигатель доступным, чтобы другие рынки, где мы сосредоточены, могли работать на нас. Так что они нуждаются в нас примерно так же, как и мы в них», – полагает Бруно. 

Источник: журнал "Русский космос"