Черная неделя «частного космоса»

Минувшая неделя стала воистину черной для так называемой «частной космонавтики». Авария ракеты «Антарес» и катастрофа суборбитального корабля SpaceShipTwo могут изменить общественное отношение к «частному космосу» и превратить восторженные ожидания «завтра мы будем летать в космос по туристической путёвке» в публичное осуждение. Какие слабые и сильные стороны есть у «частной космонавтики», и можно ли надеяться на то, что доступный космос человечеству подарят венчурные инвесторы?

Нечеткое определение

Прежде всего необходимо напомнить, что сам термин «частная космонавтика» является несколько размытым и не всегда верно употребляется. В США государственное космическое агентство NASA проводило конкурсы на выполнение контрактов частными организациями (например, в конкурсе на создание корабля «Меркурий» участвовали 12 компаний, и победила McDonnell Aircraft), а сделать свой спутник и купить у NASA ракету-носитель частные компании могут аж с 1962 года (Communications Satellite Act of 1962). В настоящее время уже есть множество негосударственных компаний, которые:

• Производят ракеты-носители, ступени, разгонные блоки, ракетные двигатели и прочие компоненты: Boeing, Lockheed Martin, Alliant Techsystems, Aerojet.
• Предоставляют услуги по запуску спутников: United Launch Alliance (основана в 2006, фактически создана Boeing и Lockheed Martin), Arianespace (работает с 1980 года!).
• Производят сами спутники: Thales Alenia Space, снова Boeing и Lockheed Martin.

Единственное, чего пока не достигли частные компании — это пилотируемая космонавтика. На сегодняшний день нет пилотируемых космических аппаратов, созданных без участия государственного заказа. Программа Commercial Crew Development (CCDev) постепенно превращается в привычный для NASA конкурс с совместными командами тестирования и правом NASA повлиять на выбор конструктивных решений аппарата. Частные компании сейчас самостоятельно осваивают только суборбитальные полёты.

В то же время, в сознании публики существует расплывчатый миф о гении-миллионере, который увлекается космосом и, в стиле «Железного человека», собирает аппараты, меняющие историю человечества и работающие на фантастических технологиях. В истории были успешные инженеры-конструкторы и бизнесмены в одном лице (один из самых известных примеров — Говард Хьюз, но к этой же категории можно отнести Уильяма Боинга, Джона Нортропа или Игоря Сикорского). История авиации показывает, что они делали инновационные, особенные или просто отличные самолёты, но покорение воздуха шло эволюционно, со множеством тупиковых путей, неудачных решений и катастроф. Реальный мир — не комикс, и ждать мгновенной революции в высокотехнологичной отрасли — достаточно наивно
Тем не менее, компании, которые относят к пионерам «частного космоса», обладают общими чертами — они, как правило, относительно небольшие и новые на рынке. Такая компания может концентрироваться на новой технологии, но в общем случае это необязательно. Также, она может формироваться усилиями человека, совмещающего функции инвестора, генерального директора и главного конструктора, но в общем случае это тоже необязательно.

Авария Cygnus Orb-3 (CRS3) 28 октября

Миссия Orb-3 должна была стать третьей по счету миссией грузового корабля Cygnus к МКС. Запуск транслировался в прямом эфире, и выглядело это вот так:

Хронология событий следующая:
22:22:38: Зажигание двигателей первой ступени.
22:22:40: Срабатывание пироболтов, соединяющих ракету и стартовый стол, ракета отрывается от стартового стола.
22:22:53: Пламя ракетного выхлопа меняет цвет, становится более ярким, длинным и желтым.
22:23:54: Взрыв в хвостовой части ракеты.
22:24:02: Ракета падает на стартовый комплекс и взрывается.

Пожар на стартовом комплексе продолжался более часа:



Повреждения стартового комплекса в дневном свете (крупная фотография):



После аварии NASA выпустило FAQ, которое в кратком пересказе сводится к тому, что погибших, пострадавших и вреда экологии нет, и МКС без уничтоженных припасов не пропадет.

Вот и вся информация, которой мы, как сторонние зрители, располагаем. Необходимо понять, что космическая авария должна расследоваться тщательно, а это требует времени. Аварийные комиссии работают месяцами, и, в худшем случае, мы узнаем о причинах аварии где-то через полгода, а если сильно не повезет, то и позже. В лучшем случае, если причина аварии ясно видна по телеметрии, этот срок может сократиться до месяца. Без телеметрии и доступа к обломкам ракеты все наши попытки определить причину будут гаданием на кофейной гуще. Но некоторые последствия катастрофы мы можем видеть уже сейчас.

Самое заметное на сегодня следствие выглядит вот так:



Это — график цены на акции Orbital Sciences Corporation. Инвесторы, биржа и потенциальные клиенты не любят катастроф. И в этом слабость «новых частников». Большие компании типа Boeing и Lockheed Martin имеют подразделения на множестве направлений — авиация, вооружение, ракеты-носители, спутники, электроника, и многие другие. Размер этих компаний дает запас устойчивости, который может пережить даже несколько аварий подряд. При этом конкретно у Orbital Sciences Corporation дела достаточно неплохи. Дело в том, что, несмотря на имидж «нового частника», компания достаточно старая и большая. Orbital производит:

• Спутники. Подразделение работает с 1982 года. Самый известный аппарат — АМС Dawn, работающий сейчас в поясе астероидов.
• Ракеты-носители. Кроме «Антареса» производятся РН Pegasus (известная ракета-носитель воздушного старта) и Minotaur (твердотопливная РН наземного старта, множество модификаций, в 2013 году запустила лунный зонд LADEE).
• Военные заказы. Производятся ускорители для ракет ПРО, баллистические цели и имитаторы противокорабельных ракет.

С таким разнообразием подразделений и в условиях наличия военных контрактов не стоит беспокоиться за будущее Orbital.

Будущее же ракеты-носителя Antares неопределенное, главным образом потому, что неизвестна причина аварии. Но в долгосрочной перспективе эта ракета имеет серьезные проблемы:

• Двигатели НК-33, которые в модифицированном виде стоят на первой ступени, сейчас не производятся. После исчерпания запаса произведенных 40 лет назад двигателей нужно будет перепроектировать ракету-носитель под новый двигатель или прекращать производство.
• Баки, трубопроводы, клапаны и прочие элементы первой ступени производятся на Украине в КБ «Южное». В условиях политической нестабильности и экономических проблем в этой стране (в СМИ в последнее время проскальзывает информация о высоком риске банкротства КБ «Южное») шансы на налаживание серийного производства первой ступени весьма малы.

Катастрофа SpaceShipTwo 31 октября

В этот день должен был состояться первый полёт с включением нового типа гибридного двигателя. Судя по фотографиям, двигатель успел проработать несколько секунд, после чего произошло разрушение аппарата (большое фото):



Из двух человек экипажа Петер Сиболд сумел выпрыгнуть с парашютом (на SpaceShipTwo нет катапульт, это ошибка журналистов) и с тяжелыми травмами был доставлен в больницу, а Майк Олсбери погиб.


Майк Олсбери, фото сделано после первого полёта SpaceShipTwo с включением двигателя, 2013 год

Обломки корабля были разбросаны на обширной территории, так всегда происходит при разрушении летательного аппарата в воздухе.


Правый хвостовой стабилизатор.


Хвостовая часть фюзеляжа, виден бак окислителя.


Этот же обломок, вид спереди. Отверстие на баке не может быть креплением камеры горючего, потому что это передняя часть бака, а камера горючего находится за баком окислителя.


Этот же обломок, вид сзади. Обшивка фюзеляжа, вероятно, сорвана избыточным давлением окислителя

Видео с места катастрофы:

Расследование этой катастрофы также займет много времени, и сейчас нет смысла пытаться угадать, что стало причиной.
С точки зрения перспектив частного суборбитального туризма эта катастрофа — очень серьезный удар, гораздо более опасный, чем авария «Антареса». Для того, чтобы была понятна ситуация, придется сделать достаточно обширный экскурс в прошлое.

Победа, обернувшаяся поражением

Помните эти прекрасные футуристические корабли? Десять лет назад, 4 октября 2004 года, компания Scaled Composites выиграла Ansari X Prize, дважды в течение двух недель запустив пилотируемый корабль выше 100 км. Казалось, что дорога к суборбитальным полётам открыта, и десятки богатых туристов получат уникальный опыт трехминутной невесомости, возможность сделать селфи на высоте 100 км и значок астронавта (по правилам США астронавтом является любой, поднявшийся выше 50 миль). Но за десять лет не произошло ни одного такого полёта, и юбилей 2014 года стал весьма печальным. Почему так получилось?

Совершивший всего 14 полётов SpaceShipOne отправился в музей уже в 2005 году. Космоблоггер Дуглас Мессье в своей статье, написанной за день до катастрофы, пишет, что после победы в X Prize разошлись дороги конструктора Бёрта Рутана и миллиардера Пола Аллена. Рутан планировал провести ещё как минимум двадцать полётов — прокатить двадцать своих друзей и двадцать друзей Аллена и параллельно набрать статистику поведения SpaceShipOne в полёте. Дело в том, что полётов с работающим двигателем было совершено всего шесть, это не очень много, и дополнительные данные о свойствах аппарата, летающего со скоростью 3 Маха и поднимающегося до высоты 100 км, были бы весьма полезны. Но Аллен не хотел финансировать новые полёты. Во-первых, расходы на эти полеты не были запланированы в первоначальной договоренности. Во-вторых, отправка SpaceShipOne в музей являлась актом благотворительности, который должен был обеспечить налоговые каникулы для Аллена и снизить его расходы на участие в проекте. Разработка SpaceShipOne велась с 1996 года, а затраты в $25 миллионов на разработку были лишь частично компенсированы призом $10 млн от X-Prize. Ну и в-третьих, чисто по-человечески, корабль уже стал историческим, а в дальнейшей эксплуатации он мог быть поврежден или вовсе разбит.

Сейчас, обладая послезнанием, ясно, что Рутану правильнее было бы построить второй летный SpaceShipOne и начать, наконец, коммерческие полёты. Но он пошёл другой дорогой. Первая версия корабля вмещала всего двух пассажиров и не отличалась просторной кабиной. Логично было сделать вторую версию корабля — на шесть пассажиров, с большой кабиной, по которой можно свободно плавать в невесомости. Можно поставить более мощный двигатель, забраться повыше и порадовать пассажиров более длительной невесомостью. Но со второй версией корабля возникли серьезные проблемы.



Это — схема гибридного ракетного двигателя, использующегося в SpaceShipOne. В качестве окислителя используется закись азота («веселящий газ»), а горючим служит полибутадиен с концевыми гидроксильными группами (HTPB). Полибутадиен, использующийся в SpaceShipOne, по виду и физическим свойствам напоминает резину. Он не очень твердый и поэтому горит не совсем равномерно — в камере сгорания могут отрываться куски топлива разного размера, и процесс горения идет с вибрациями и встрясками. Это было неприятно, но терпимо для двигателя SpaceShipOne, но оказалось опасно для более мощного двигателя SpaceShipTwo. Фактически, двигатель оказался трудно масштабируемым. Для исправления ситуации резиноподобный HTPB поменяли на твердый полиамид, который, по идее, должен обеспечивать равномерный процесс горения без всплесков тяги от отрывающихся кусков. Об эффективности этой меры пока нельзя говорить — катастрофа произошла во время первого полёта с новым типом горючего.
Кроме проблем с двигателем, постройка SpaceShipTwo и самолёта-носителя под него заняла много времени и, наверняка, потребовала много денег. Бёрт Рутан уже на пенсии и не будет участвовать в создании новых аппаратов, а основным инвестором стал Ричард Бренсон.

Тревожным звонком стала авария на тестовом стенде в 2007 году. При проверке подачи окислителя (без зажигания топлива) произошло разрушение бака, которое вызвало большой взрыв, разрушивший тестовый стенд и убивший трёх инженеров. Сам факт того, что люди находились в непосредственной близости от испытываемого оборудования поднимает серьезные вопросы о мерах безопасности на производстве.

Пресс-конференция NTSB 2 ноября

Произошедшая катастрофа расследуется с участием Национального совета по безопасности на транспорте (NTSB). 2 ноября состоялась пресс-конференция, на которой были озвучены новые данные:

• Необходимо помнить, что расследование займет месяцы, и публикуемая информация не является оглашением причины катастрофы. NTSB сообщает о тех фактах, которые установлены на настоящий момент.
• Поскольку полёт был испытательным, было обнаружено множество документальных свидетельств — телеметрия, видео, снимки с земли.
• Двигатель нормально работал девять секунд.
• На обломках баков и двигателе не обнаружены следы прогара камеры сгорания или другие следы взрывного разрушения.
• Корабль имеет систему торможения, которая поднимает вверх хвостовое оперение. Эта система управляется двумя тумблерами. Первый отвечает за блокировку («Заблокировано/Открыто»), второй включает/выключает режим торможения. При скорости ~1.0 Маха второй пилот разблокировал первый тумблер при том, что по плану полёта эта операция должна была проводиться на скорости 1,4 М. Несмотря на то, что система торможения была выключена вторым тумблером, хвостовое оперение начало подниматься. После этого телеметрия и видео перестали записываться — корабль стал разрушаться.
• Специально повторяю ещё раз. Эти факты пока не позволяют установить причину катастрофы. Пока нельзя говорить ни об ошибке пилота, ни о нарушении работы системы управления, ни о неверном прочностном расчете аппарата или отказе силовых исполнительных механизмов.

Пресс-конференция NTSB 3 ноября

На пресс-конференции 3 ноября были озвучены следующие данные:

Временная привязка событий:
10:07:19 локального времени: Отделение SpaceShipTwo от носителя.
10:07:21: Запуск двигателя.
10:07:29: Скорость достигла 0,94 М.
10:07:31: Скорость 1,02 М, тумблер блокировки системы торможения переведен из положения «Заблокировано» в положение «Открыто». Начинается поворот хвостового оперения.
10:07:34: Прекращение потока видео и телеметрии.

• Размер места катастрофы — примерно 8 км. Самые легкие обломки обнаружены на расстоянии до 50 км (очевидно, снесло ветром).
• Полётный лист содержит инструкцию «не разблокировать тумблер блокировки системы торможения до достижения скорости 1,4 М».
• Состояние выжившего пилота слишком тяжелое для того, чтобы можно было его опросить.
• Пилот, который переключил тумблер блокировки системы торможения — это погибший Майк Олсбери.
• Это — последний ежедневный брифинг, следующие обновления информации будут нескоро. Ожидаемый срок расследования — 12 месяцев.

Будущее суборбитального космического туризма

Какие последствия катастрофы SpaceShipTwo очевидны уже сейчас?

1. Разрушен единственный построенный корабль этого типа. Расследование катастрофы, постройка нового корабля, новые испытания — всё это откладывает суборбитальные космические полёты от компании Virgin Galactic на годы. Теоретически, это отличный шанс для конкурентов занять рынок, но проблема в том, что другие частные компании не продвинулись до уровня пилотируемых летных испытаний своих аппаратов.
2. Компания Virgin Galactic может не пережить этой катастрофы — на новый аппарат нужны деньги, которые, не факт, что найдутся у инвесторов. Но есть и хорошая новость — по официальному сообщению Virgin Galactic, второй корабль типа SpaceShipTwo готов на 60%.
3. Катастрофа поднимает вопросы безопасности — корабли SpaceShipOne и -Two строились по принципу гражданских авиалайнеров, когда даже в испытательных полётах у пилотов не было высотных компенсирующих костюмов и катапульт. Т.е. любой катастрофический отказ в полёте с пассажирами означает гибель всех на борту. И тут снова всплывают вопросы масштаба. Теоретически, в SpaceShipOne взлетной массой 3 тонны можно было поставить два-три стандартных (или минимально доработанных) самолётных парашюта, которые бы могли спасти кабину с людьми даже при разрушении крыльев. В SpaceShipTwo массой 9,7 тонн самолётные парашюты для легкой авиации уже не поставишь — нужны дополнительные средства и время на разработку систем спасения. В то же время, можно попытаться оставить все как есть, отправляя туристов в полёт после подписания документа об отказе компании от ответственности, но много ли найдётся желающих?
4. Катастрофа поднимает вопросы государственного регулирования безопасности. Результатом работы NTSB могут стать документы об обязательности оснащения аппаратов определенным оборудованием (например, теми же системами спасения) и проведении сертификации суборбитальных аппаратов. Эти требования имеют благую цель — безопасные полёты. Но они однозначно повысят стоимость и сложность разработки и эксплуатации подобных аппаратов.
5. Катастрофа может подорвать доверие публики к частным суборбитальным полётам. Если в процессе расследования будут обнаружены факты экономии на безопасности, качестве или обучении персонала, богатые клиенты могут отказаться от суборбитального туризма.

Сила и слабость «частного космоса»

Если наблюдать за развитием того, что сейчас называют «частным космосом», можно выделить их сильные и слабые стороны:
Сильные стороны:

1. Небольшой размер частных компаний делает их более гибкими, они не боятся экспериментировать с новыми технологиями.
2. «Новые частники» не несут издержек на разветвленную бюрократию больших компаний и могут конкурировать на рынке за счет снижения цены. Лучше всего на сегодняшний день это получается у SpaceX, которая может стать серьезным конкурентом существующим компаниям, предлагающим пусковые услуги, и снизить стоимость выведения одного килограмма на орбиту на несколько процентов.

Слабые стороны:

1. Небольшой размер и зависимость от инвесторов делает эти компании уязвимыми. Аварии подрывают доверие, а у инвестора могут закончиться деньги.
2. Низкая цена несет в себе риски экономии на исследованиях, испытаниях или качестве.

В целом «новые частники» полезны, но не стоит ждать от них чудес. Кто сейчас помнит компанию Rocketplane Kistler, которая в 2006 году была отобрана NASA вместе со SpaceX, была исключена из программы COTS из-за срыва сроков и обанкротилась в 2010 году? А такая судьба ожидает большинство «частных космических компаний». По различной статистике новые компании в «обычной» сфере прогорают с вероятностью 50-90% в первый год. А высокотехнологичный бизнес сложен, и статистика беспощадна — любая организация, которая будет запускать ракеты, столкнется с авариями.