Главный враг SpaceX

Компания SpaceX Илона Маска затеяла, пожалуй, самый амбициозный орбитальный проект последних десятилетий: запуск группировки Starlink, который должен позволить пользователям со всего мира подключаться к интернету из любой точки планеты. Всё, что будет вам необходимо — лишь небольшой приёмный терминал.

Однако за амбициозным проектом стоят не менее амбициозные технические задачи: полная группировка Starlink должна насчитывать 42000 спутников — в сотни раз больше, чем любые спутниковые “созвездия” до неё!

Да, начало бета-тестирования системы ожидается уже в ближайшие месяцы, а клиенты Канады и США смогут начать пользоваться услугами в 2021-м году. Однако полный запуск проекта, соответствующего заявленным целям, всё же требует примерно 12000 аппаратов на орбите. И именно здесь возникают проблемы.

Дело в том, что одна ракета SpaceX Falcon 9 (я рассматриваю именно её, ибо сроки первых полётов Starship/Superheavy пока всё ещё туманны, несмотря на весомый прогресс) способна доставить на орбиту стек из 60-ти аппаратов Starlink. Если не учитывать Rideshare-миссии, то есть миссии с попутной нагрузкой, “съедающей” обычно 2-3 места интернет-коробочек SpaceX. Самый грубый расчёт показывает, что для выведения необходимой группировки потребуется примерно 200 запусков ракеты. С учётом Rideshare-миссий их число может доходить до 210-ти.

Срок работы одного аппарата на орбите составляет около четырёх лет. SpaceX благоразумно позаботилась о том, чтобы подходящие к концу жизни спутники было просто свести с низкой околоземной орбиты в 550 км — на полторы сотни километров выше, чем летает Международная космическая станция. Сделать аппараты более долгоживущими довольно трудно: на такой высоте они постоянно будут сталкиваться с молекулами земной атмосферы и замедляться. Чтобы решить проблему, придётся либо работать над криптонными двигателями, либо усложнять конструкцию, что идёт вразрез с планами строить дешёвые и простые аппараты.

Но давайте всё же представим, что компания сможет позволить себе продлить работу аппаратов ещё на пару лет. И посчитаем, сколько запусков потребуется для того, чтобы запустить всю группировку за 3 года: для того, чтобы без дополнительных стартов она хотя бы 3 года проработала в заявленном режиме.

Отнимем от общего количества (12000) уже запущенные спутники (а их сейчас около 750-ти). И грубо разделим на 60, позволив себе не учитывать Rideshare вообще. Если округлить, выходит 188 запусков. Разбив их на три года, получаем около 63 стартов в год. И да, я понимаю, что такие подсчёты не очень корректны, что SpaceX может использовать Falcon Heavy с увеличенным обтекателем, а в перспективе — строящийся сейчас Starship. Моя арифметика служит лишь инструментом донесения мысли, без претензии на абсолютную точность или справедливость.

Так вот, 63 запуска Falcon 9 в год. То есть только Starlink, без учёта запусков пилотируемых и грузовых Dragon к МКС, без учёта уже подписанных межпланетных контрактов и спутников для ВВС США, мы получаем в среднем один пуск на 5 дней.

Давайте же посмотрим на годовое количество стартов SpaceX за последние несколько лет:

Да, поставленный в 2018-м году рекорд в объёме 21-го запуска до сих пор не был побит. Наверняка компании удастся побить его уже в этом году (17 успешных стартов уже выполнены), но до заветных 60+ полётов всё ещё далеко. И в прошлом году президент компании, Гвинн Шотвелл, давала именно реалистичный план в 24 запуска за год.

Да, в ближайшее время это будет возможно сразу по нескольким причинам. Во-первых, компания активно работает над повторным использованием уже летавших ступеней и обтекателей. Не так давно мы с вами наблюдали уже 6й старт одного и того же ускорителя, а 6-го октября в космос слетала и дважды побывавшая там ранее створка головного обтекателя ракеты.

Мы уже подробно рассказывали, для чего это делается: каждая повторно использованная ступень снижает себестоимость запуска более чем наполовину. И этот эффект накапливается с каждым следующим стартом. То же касается и обтекателя. Плюс многоразовость позволяет осуществлять больше запусков, ведь для каждого из них (помимо промежуточного обслуживания возвращённого ускорителя) новой потребуется лишь лишь вторая ступень. Больше ступеней — выше частота запусков. Уже сейчас компания может спокойно позволить себе выполнять около 40 стартов в год, а каждый полёт новой ступени добавляет к этому числу ещё 3-4 запуска сверху.

Вторым положительным фактором является рост частоты производства самих аппаратов: ведь чтобы запускать на орбиту спутники, вы должны банально иметь их собранными и готовыми к старту. Сейчас SpaceX производит около 120-ти “старлинков” в месяц. И всё та же безжалостная арифметика показывает, что этого всё ещё мало: в режиме максимальной мощности производства, с учётом уже накопившихся “запасов” компания способна производить около пяти запусков за два месяца. То есть — тридцать стартов в год, всё ещё в два раза меньше, чем необходимо. Тем не менее, скорость производства растёт, а масштабирование может занять всего несколько месяцев. И это плюс.

Третий благоприятный момент — условия на рынке. SpaceX вполне может позволить себе и производство, и запуск спутников: весомые средства на эти работы берутся из прибыли компании, ещё более весомые — из инвестиций. Забудьте о Starship: его финансирование идёт вообще отдельной строкой в бюджете. Запуски коммерческих аппаратов по рыночной цене, полёты государственных спутников и кораблей к МКС — по ещё более высокой. Всё это позволяет реинвестировать заработанные деньги и тратить их на Starlink. Ведь именно он, по планам Илона Маска, будет финансировать дальнейшие планы компании, будь то лунные или марсианские. Денег хватает, SpaceX умеет ими пользоваться и их зарабатывать. Поэтому повторное использование летавших бустеров и дальнейшее масштабирование производства не являются проблемой. Компания вполне способна выйти на 60 пусков в год, ведь все эти факторы являются внутренними и зависят от самой SpaceX.

Однако есть то, что от неё не зависит.

В 2020-м году именно погода стала главной причиной переноса запусков. Восточное побережье США всегда славилось неспокойным для космоса летом: частые штормы и бури неоднократно становились причиной отмен и задержек. Но одно дело, когда отмены и задержки касаются пары запусков в месяц. И совсем другое — когда старты планируются в четыре раза чаще.

Две стартовые площадки в Космическом центре имени Кеннеди (историческая 39A и первая, которую получила компания, — площадка под номером 40) едва позволяют запускать ракеты с определённой нами частотой. При идеальных погодных условиях, при отточенном процессе повторного использования ступеней и при ударных темпах производства спутников SpaceX действительно способна выполнять свои планы.

Но ведь погода там далеко не идеальна. Изредка ракеты приходится запускать с базы ВВС США Ванденберг, для этого одну из двух барж, на которые садятся ступени, приходится перегонять на противоположное побережье. Да, сейчас SpaceX строит третью плавучую платформу. Но для уверенного графика запусков потребуется как минимум ещё одна. А времени, напомню, мы с вами выделили всего три года.

Положительный фактор в виде многоразовости тянет за собой другой, уже неконтролируемый — погоду в месте посадки ступени. Только на моей памяти пара запусков в этом году была перенесена именно из-за неблагоприятной погоды в Атлантическом океане, в 600 километрах от места старта. Сильный дождь, молнии, ветер (над океаном он особенно важен и непостоянен в верхних слоях атмосферы), температура: вот основные параметры, на которые обращает обслуживающее запуски во Флориде 45-е космическое крыло ВВС США. И, к несчастью SpaceX, больно часто в 2020-м году именно эти параметры становились основной причиной переносов. Иногда — одной и той же миссии, несколько раз подряд.

Всего управляющий запуском учитывает четырнадцать факторов. Буря, внутри которой за последние полчаса била молния, приблизилась на 14 километров к месту старта? Отмена. Удар молнии опасен для полезной нагрузки, например, при запуске Аполлона-12 сразу две молнии на время отключили практически всю электронику на борту корабля. Сильный ветер в 14 метров в секунду на уровне носа ракеты? Отмена. Ведь он способен сбить её с курса и даже закрутить.

Проходящий через банкротство One Web должен запускать свои спутники на менее прихотливой ракете Союз, для которой старт даже в метель — вообще не проблема. Только стоимость выведения килограмма груза на Союзе выше, чем на Falcon 9. Если не говорить о многоразовости, то есть ещё один важный аспект — прочность ракеты. На сколько сильный сдвиг ветра она может выдержать. Союз сделан на базе баллистической Р-7, которая ради военных целей должна была взлетать в любую погоду. SpaceX создавала Falcon 9 как дешёвую ракету даже в одноразовом варианте, поэтому пошла на компромисс между выдерживаемым сдвигом ветра и стоимостью ракеты.

Проверки погодных условий проводятся постоянно: за несколько дней готовится прогноз на основную и запасную даты стартов, в день запуска центр управления мониторит погоду каждые 15-20 минут. Финальная проверка проводится менее чем за пять минут до старта, именно тогда управляющий запуском решает: давать добро на старт, или откладывать пуск. Иногда стартовое окно позволяет подождать хороших погодных условий, иногда оно моментальное и перенос сразу производится на резервную дату. Но как быть, если у вас намечены несколько пусков в неделю? Куда их переносить? Насколько это повлияет на график и будущие миссии?

Погода и климат являются теми невидимыми демонами, которые, несмотря на все усилия человека, способны поломать любые наши планы. И успешная космическая компания тоже вряд ли способна что-то им противопоставить. Да, в этом году погода повлияла на график стартов, мало помешав общей работе и опять-таки общему их числу.

Да, сейчас SpaceX, в силу перечисленных нами трёх факторов, просто имеет небольшой запас во времени. Уже в 2021-м этого запаса может не быть. 63 запуска в год даже при максимальных усилиях человека и невероятной удаче в работе техники останутся невыполнимыми.

И самый реалистичный способ справиться с этой проблемой — строить Starship. Систему, способную за один старт доставить на орбиту в шесть раз больше аппаратов. Гораздо менее требовательную к погоде и более многоразовую. Дешёвую, удобную и мощную.

Как хорошо, что именно этим компания и занимается. А до тех пор погода останется главным врагом SpaceX.

#космос #spacex #наука