211service.com
Pięć schematów tańszych startów kosmicznych — i pięć przestróg
Ilustracje statków kosmicznych w kategoriach 5 nowych planów i 5 awarii Ilustracje: John MacNeill
W ostatnich dekadach ubiegłego stulecia i pierwszych dekadach tego stulecia średni koszt wystrzelenia kilograma na orbitę okołoziemską po prostu by się nie zmienił. Cena uparcie oscylowała powyżej 10 000 dolarów, a kolejne pomysły nie przełamywały impasu.
Ta hamująca innowacja — w końcu, jeśli wprowadzenie czegoś na rynek jest kosztowne, podejmowanie innego rodzaju ryzyka staje się trudne. Ale opinia była podzielona: czy sytuacja uległa stagnacji, ponieważ nigdy nie było wystarczająco dużo pieniędzy, aby zrealizować pomysły? A może dlatego, że inne ulepszenia — powiedzmy w materiałoznawstwie lub autonomicznej nawigacji — nie były wystarczająco dojrzałe?
Ta historia była częścią naszego wydania z lipca 2019 r.
- Zobacz resztę numeru
- Subskrybuj
Wszystko to zmieniło się w ciągu ostatnich kilku lat, gdy nowy statek przełamał impas, w szczególności Falcon Heavy firmy SpaceX, który jest o około jedną dziesiątą mniej kosztowny w przeliczeniu na kilogram niż jego najbliższy konkurent.
Teraz głównym pytaniem jest, czy jest to początek nowego płaskowyżu, czy też, jak ma nadzieję Elon Musk, sygnalizuje coraz tańsze starty i coraz więcej innowacji w kosmosie. Powodzenie lub porażka tych systemów pomoże znaleźć odpowiedź.
5 nowych planów
XS-1
Od lat 60. inżynierowie marzyli o samolocie kosmicznym, którego można by wielokrotnie używać w sposób, który upodabnia podróże kosmiczne do podróży lotniczych. Nikt jeszcze się nie zbliżył. XS-1, budowany przez Boeinga dla agencji badawczej Pentagon DARPA, ma być w stanie wykonać 10 lotów w ciągu 10 dni, wnosząc na orbitę do 5000 funtów (2 268 kilogramów) za mniej niż 5 milionów dolarów. Loty testowe planowane są na 2020 rok.
Starhopper
Starhopper to prototyp pierwszego etapu planowanej przez SpaceX rakiety Big Falcon Rocket, czyli BFR. Firma planuje wykorzystać go do wysyłania ludzi na Marsa, a także do obsługi półgodzinnych usług wahadłowych na Ziemi między miastami takimi jak Nowy Jork i Szanghaj. Ładowność BFR jest około trzy razy większa niż Falcon Heavy, chociaż Elon Musk powiedział, że uważa, że jego budowa będzie kosztować mniej. Wczesna wersja Starhoppera pomyślnie przeszła testowy lot na uwięzi w Teksasie w kwietniu.
Nowa Glenn
Ta rakieta ma ładowność podobną do wagi Falcona Heavy, ale jest znacznie szersza i ma siedem metrów średnicy. Oznacza to, że ma dwukrotnie większą użyteczną objętość. Jego pierwszy stopień powróci do ponownego użycia, podobnie jak nieudany booster Bajkał (poniżej). Firma Blue Origin, która buduje rakietę, trzyma się z trudem terminów lotów testowych, ale rywalizuje o kontrakt z Siłami Powietrznymi, który wymagałby startów już w 2022 roku.
Uwięzi
Nawet jeśli rakiety można ponownie wykorzystać i osiągnąć ekonomię skali, paliwo nadal stanowi główny koszt. Uwięzi starają się to zmienić na dwa różne sposoby. Jedno podejście działa jak wymachiwanie liną, przenoszenie pędu z jednego końca na drugi. Startup Tethers Unlimited ma nadzieję wykorzystać tę technikę do wyłapania satelitów, które nie mają wystarczającej ilości energii, aby dostać się na orbitę, i dać im dodatkowy impuls. Inny rodzaj uwięzi wykorzystałby pole magnetyczne Ziemi do zwiększenia orbity satelitów przymocowanych do obu jej końców. Niektóre loty testowe już się odbyły, a następne zaplanowano na czerwiec.
Spinlaunch
Uwięzi mogą przenosić pęd między obiektami znajdującymi się już w kosmosie — ale co możesz zrobić, gdy masz jeszcze grunt, na który możesz się oprzeć? Taki jest plan dla Spinlaunch, startupu, który w 2018 roku zebrał 40 milionów dolarów w funduszach venture. Firma rozpoczęła w maju budowę obiektu startowego w Nowym Meksyku i planuje wystrzelić swoje pierwsze satelity w 2022 roku. Chce wyrzucić aż pięć satelitów dzień na skraj kosmosu za pomocą potężnych turbin i małych rakiet pokładowych — coś w rodzaju przeciwieństwa windy na uwięzi.
5 bajek ku przestrodze
Clipper Delta (DC-X)
Jednostopniowy ruch na orbitę od dawna jest celem projektantów rakiet, ponieważ unikanie rakiet wielostopniowych uczyniłoby rzeczy tańszymi, szybszymi i bardziej użytecznymi. DC-X w małej skali z McDonnell Douglas wykonał kilka lotów suborbitalnych, ale program został anulowany, zanim udało się zbudować pełnowymiarową wersję zdolną do pracy na orbicie. To była ofiara, w zależności od tego, kogo zapytasz, niedojrzałej technologii lub krótkowzrocznych biurokratów. Kilku inżynierów Delta Clipper pracuje teraz dla Blue Origin, którego rakieta New Shepard ma być inspirowana DC-X.
Gwiazda Wyprawy/X-33
NASA wydała ponad miliard dolarów na X-33, półskalową wersję suborbitalną tego, co byłoby Venture Star. Pełnowymiarowy statek byłby wielkością porównywalną do promu kosmicznego, a agencja zbudowała dla niego nawet port kosmiczny o wartości 32 milionów dolarów w bazie sił powietrznych Edwards w Kalifornii. Ale NASA i Lockheed Martin, firma, która zbudowała X-33, miały wiele nieporozumień projektowych, a program został anulowany, zanim rakieta w ogóle wystartowała.
Bajkał
Dopalacz Bajkał, zaprojektowany w latach 90. jako pierwszy stopień wielokrotnego użytku dla rosyjskiej rakiety Angara, był pomysłem przed czasem. Podobnie jak pierwszy etap rakiety Falcon SpaceX, Bajkał miał odlecieć z powrotem do ponownego użycia. Ale w przeciwieństwie do pierwszego stopnia Falcona, który do lądowania wykorzystuje tę samą rakietę, co do startu, Bajkał miał dodatkowy silnik odrzutowy do lądowania, co zwiększało wagę i złożoność.
HL-20/HL-42
W następstwie eksplozji promu kosmicznego w 1986 r. Pretendenta HL-20 został zaprojektowany, aby bezpiecznie i tanio przewozić pasażerów na stację kosmiczną Freedom. Ani on, ani HL-42, następca w większej skali, nigdy nie dotarły w kosmos. Jednak statek kosmiczny Dream Chaser z Sierra Nevada, oparty na projekcie HL-20, ma dostarczać ładunki do iz Międzynarodowej Stacji Kosmicznej pod koniec 2020 roku.
Roton
Kolejny nieudany pomysł jednostopniowej podróży na orbitę, Roton, stworzony przez Rotary Rocket, stoi w porcie kosmicznym Mojave jako ostrzeżenie i inspiracja dla przyszłych pionierów kosmosu. Dzięki szybkiemu kręceniu rakiety inżynierowie mieli nadzieję na wyeliminowanie konieczności stosowania kosztownych i skomplikowanych pomp. Prototyp wykonał trzy loty testowe w 1999 roku, ale był trudny do kontrolowania. Firmie skończyły się pieniądze, zanim udało się rozwiązać problemy.