Семь космических бед - Starship на все ответ! (Или все-таки нет?)

В последние годы уже стало привычным видеть как практически любая дискуссия на космическую тематику рано или поздно сводится к обсуждению системы Starship-Superheavy от компании SpaceX. И в контексте некоторых тем, например стоимости пусковых услуг на низкую околоземную орбиту или теоретических пилотируемых миссий к Марсу, это более чем уместно. Однако в последнее время, особенно на некоторых профильных площадках вроде новостного портала Spacenews, Starship стал "ответом" вообще на любую проблему космонавтики, порождая порой совершенно абсурдные заявления. В этом небольшом посте я хотел разобрать некоторые такие проблемы.

Поводом для этого поста стало обсуждение новости о проблемах с научной миссией New Horizons, космический аппарат которой в данный момент бороздит просторы области известной как Пояс Койпера.

За последние полгода это далеко не первая и явно не последняя новость о проблемах с действующими, готовящимися или еще только разрабатываемыми миссиями NASA - миссия по возврату образцов грунта с Марса, исследования редкого по составу астероида Психея, зонд к ледяному спутнику Европе, стареющий телескоп Хаббл и многие другие так или иначе оказываются предметами обсуждения. И практически всегда в комментариях появляется "А вот Starship...".

Для начала давайте определимся что действительно может предложить Starship в оптимистичные сроки (до конца этого десятилетия): грузоподъемность 100+ тонн полезной нагрузки в просторном грузовом отсеке объемом более 600 кубических метров на низкую околоземную орбиту за один запуск полностью многоразовой системы, что уменьшает стоимость и увеличивает частоту запусков. Возможность дозаправки на орбите. Плюс пилотируемая версия и лунная модификация для программы Артемида. Если кратко сильная сторона этой системы - дешево, много и часто запускать людей и грузы в космос.

Впечатляющие возможности. Стоит однако учитывать что не весь этот функционал будет доступен в ближайшее время и решение многих проблем связанных с разработкой той или иной функции может занять весьма продолжительное время. К примеру одной из проблем является конструкция створок грузового отсека в силу структурных особенностей корабля даже создание небольшой прорези для спутников группировки Starlink является весьма нетривиальной задачей, не говоря уж о большой створке для крупногабаритных грузов, вроде космических телескопов. Орбитальная дозаправка с криогенным топливом является давней и фундаментальной проблемой космонавтики. Что уж говорить о полной многоразовости - даже с гораздо более простой системой Falcon 9 у компании SpaceX заняло почти десять лет отработка посадок и повторных запусков, но несмотря на все успехи достигнуть в полной мере изначальных планов по возможностям многоразового использования этой ракеты так и не удалось. Учитывая текущие планы с весьма рискованными маневрами вроде ловли корабля и ступени на подвижные опоры стартовой башни - отработка многоразовости вряд ли займет меньше времени чем у Falcon 9.

Тем не менее лично я не сомневаюсь что со временем эта система станет работоспособной и в 30е годы будет регулярно летать и выполнять разнообразнейшие миссии в виде множества модификаций.

А теперь к проблемам, которые Starship решить не может:

В первую очередь эта система ничем не может помочь с проблемами которые есть здесь и сейчас или в ближайшие два-три года. Какие бы оптимистичные сроки мы бы не рассматривали - Starship вряд ли будет полностью функциональным даже в одноразовой версии раньше 2025 года. Так что никакой возможности например прямо сейчас отправить команду уборщиков на Марс, стряхнуть пыль с солнечных панелей аппарата Insight, точно нет, как бы некоторые фанаты компании SpaceX не утверждали обратного.

Во-вторых это организационные проблемы - NASA это очень сложная структура с чрезвычайно сложными взаимоотношениями с государственным аппаратом США. Что приводит к большому количеству сложностей. Например к потенциальному сокращению целой команды ученых, задействованных на проекте New Horizons - даже будь дешевый супертяж сейчас под рукой, это ничем бы не помогло. Или задержкам проектов основного подразделения планетарных исследований - Jet Propulsion Laboratory, хотя я видел на мой взгляд бредовые предложения о том что эту структуру NASA нужно передать под управление SpaceX и вот тогда то их научат быстро и эффективно науку продвигать.

На третье у нас горяченькое - Плутоний. Этот названный в честь римского бога загробного мира радиоактивный металл является основным компонентом РИТЭГов - радиоизотопных термоэлектрогенераторов, единственного на данный момент надежного способа получать энергию и поддерживать температурный режим для аппаратов исследующих глубокий космос и крупных планетоходов и АМС.

Да, прогресс в технологиях солнечной энергетики позволяет нам посылать миссии с питанием на солнечных батареях уже к Юпитеру и возможно даже Сатурну, как например миссия Lucy, с внушительными панелями диаметром в 6 метров каждая.

Однако все что дальше - планеты Уран и Нептун, объекты Пояса Койпера, долгопериодические кометы облака Оорта, либо на поверхности объектов, где эксплуатация солнечных панелей затруднена или невозможна - Марс с его липкой пылью, затемненные кратеры Луны с залежами водяного льда и других летучих соединений, горячая поверхность Венеры и холодные метановые озера Титана скрытые плотным облачным покровом - все это требует применения РИТЭГов.

Только вот плутоний нужной степени обогащения нельзя купить оптом как листовую сталь или сжиженный природный газ, так что ни Starship, ни весь замечательный опыт SpaceX не могут решить проблему нехватки этого материала. Ранее для миссий вроде Пионеров или Вояджеров использовался плутоний наработанный во времена Холодной войны в программах разработки ядерного оружия, затем когда эти запасы иссякли (а все реакторы-размножители были выведены из эксплуатации в конце 80х годов) - его закупали у Российской Федерации, например российский плутоний дает электричество и тепло вышеупомянутому New Horizons. В данный момент США работают над восстановлением производства и несколько лет назад в одном из ядерных научных центров впервые за долгие годы был получен первый плутоний для NASA. Однако до сих пор масштабы его производства весьма ограничены, а все что связано с его транспортировкой и эксплуатаций чрезвычайно сложно регулируется в целях безопасности, что весьма негативно влияет на сроки реализации многих программ, что в том числе связано и с предыдущим пунктом.

Четвертой в моем списке идет проблема связи. На данный момент все научные космические миссии NASA работают через Deep Space Network - сеть из трех станций космической связи, каждая из которых состоит из нескольких крупных антенн. Несмотря на то что большая часть антенн недавно была заменена на новые, пропускная способность этой системы все еще ограничена и каждая минута работы антенн расписана на месяцы вперед. Потенциально Starship может помочь с выводом новых спутников-ретрансляторов, которые через систему Starlink будут передавать на Землю полученные от космических аппаратов данные, но переход к орбитальной системе связи с аппаратами в глубоком космосе находится лишь на стадии обсуждения, а проблема имеется уже здесь и сейчас.

В качестве пятой проблемы этого поста я хочу обсудить время телескопов. Для многих миссий связанных с исследованием объектов вроде астероидов, комет, объектов пояса Койпера необходимо их обнаруживать и отслеживать. В этом помогают телескопы, в первую очередь наземные обсерватории. Так к примеру одной из проблем программы New Horizons является необходимость найти новый объект для исследований в поясе Койпера по пути следования аппарата. Топлива для серьезных маневров у зонда практически не осталось, поэтому такой объект должен быть достаточно близко к траектории, чтобы его можно было исследовать инструментами на борту аппарата.

Но возможностей имеющихся телескопов не хватает для удовлетворения всех организаций и научных коллективов, поэтому время для наблюдения выдается по заявкам. Так команда New Horizons работает с телескопом Subaru японской Национальной Астрономической Обсерватории на Гавайях, однако в виду потенциального закрытия планетарной части миссии и сокращения команды есть шанс что их заявку на время работы с телескопом отклонят. В данный момент строится целый ряд новых наземных и космических телескопов и потенциально в будущем Starship может помочь с выведением новых космических обсерваторий на орбиту, но в ближайшие несколько лет эта сверхтяжелая ракета окажет лишь негативный эффект на астрономию.

Спутники системы Starlink уже привели к сокращению эффективности наземных телескопов, засвечивая значительное число кадров, а планируемые к выводу на Starship спутники Starlink V2 потенциально будут еще ярче из-за значительно увеличенной площади в силу плоской конструкции. К примеру строящаяся обсерватория имени Веры Рубин в горном регионе Чили потенциально будет терять от 30 до 70% кадров от засветки спутниками Starlink в силу специфики наблюдения с долгой выдержкой в периоды утренних и вечерних сумерек.

Еще одним вопросом в котором Starship не может помочь является отсутствие систем способных осуществлять орбитальное строительство и обслуживание. Единственным аппаратом в истории, имевшим такой функционал был Space Shuttle. Внушительный грузовой отсек с просторными створками, открывавшимися в стороны, не мешая работе, манипулятор для перемещения грузов и страховки астронавтов, просторный шлюз и экипаж, достаточный для организации непрерывной работы в две смены - ничего близкого у на данный момент анонсированных вариантов корабля SpaceX не имеется.

Ну и напоследок - межзвездные путешествия. На данный момент это самый что ни на есть фронтир космонавтики. Всего к настоящему времени человечество запустило 5 аппаратов, достигших скорости необходимой для преодоления гравитации Солнца - Пионеры 10 и 11, Вояджеры 1 и 2 и опять таки New Horizons. Потенциально текущий уровень технологий уже позволяет создать двигатели на ядерных принципах, способные разогнать роботизированный зонд к скорости, достаточной для достижения Проксимы Центавра (ближайшей к нам звезды) в пределах сотни лет. Однако для этого требуется финансирование таких разработок и их внедрение и отработку на миссиях в пределах Солнечной системы, например для полетов к Марсу и другим планетам. Однако подход системы Starship с традиционными химическими двигателями и дозаправкой, привлекательный в ближней перспективе, уже в глазах многих фанатов SpaceX отменяет необходимость в ядерных двигателях для межпланетных кораблей. Что на мой взгляд наглядно показывает недальновидность многих представителей фанатского сообщества этой компании, к сожалению сейчас очень "громких" в интернет сообществе любителей космонавтики.

А что думаете по этому поводу вы? Starship действительно ответ на все имеющиеся вопросы и решение всех проблем? Или потенциально замечательная система имеющая свою нишу, но не заменяющая другие проекты?

#космонавтика #космос