Какие технологии помогли миллиардерам прокатиться в космос

Пока миллиардеры соревнуются друг с другом в космосе, давайте рассмотрим технологии, которые каждый из них для этого выбрал.

История о том, как два миллиардера слетали в космос (изображение предоставлено Virgin Atlantic)

Три миллиардера — Джефф Безос, Ричард Брэнсон и Илон Маск — входят в число самых богатых людей мира. У каждого из них больше денег, чем у отдельных наций, и больше, чем они могут потратить за всю свою жизнь. Обычных методов распыления богатства, доступных супербогатым, — покупки яхт, частных самолетов, спортивных команд, островов — им недостаточно, и вот они уже добрались до границы обитания человечества.

Мы можем вспомнить о другом миллиардере, Билле Гейтсе, который тоже ищет применение своему богатству, но предпочитает потратить свои миллиарды на борьбу с бедностью и болезнями во всем мире.

Но давайте не будем сходить с ума, думая о том, как другим следует тратить свои деньги, а сосредоточимся на поставленной задаче — узнать больше о технологиях, задействованных в космической гонке миллиардеров, несмотря на наше отношение к способу их развлечений и на беспардонную шутку Джеффа Безоса после 11-минутной прогулки в космос: «Я хочу поблагодарить каждого сотрудника Amazon и каждого клиента Amazon, потому что вы, ребята, заплатили за все это».

Ответная реакция была быстрой. «Космические путешествия — это не льготные мероприятия для богатых», — заявил представитель от штата Орегон Эрл Блюменауэр, отметив, что «полёты миллиардеров в космос не имеют научной ценности».

Некоторые детали

Три миллиардера, соревнующиеся в космосе, предлагают два принципиально разных способа попасть туда: запуск с воздуха и ракетный взлет с земли. Путешествие от Virgin Galactic Ричарда Брэнсона начинается на гигантском реактивном самолете-носителе, на борту которого находится еще один реактивный аппарат, похожий на футуристический корпоративный самолет, — но на самом деле это ракета, которая стартует вверх для финального рывка, что дает основание всем, кто в ней находится, похвастаться: «Я был в космосе». Решение Брэнсона предлагает элитные условия полёта, типичные для миллионеров с частными самолетами и штатными пилотами, включая салон авиационного типа и планирующий спуск на взлетно-посадочную полосу. А чего вы ожидали от человека, чьим другим бизнесом является Virgin Atlantic?

Напротив, Blue Origin и SpaceX предлагают испытать ощущения и риск, сопровождающие настоящих астронавтов. Несомненно, два гениальных и целеустремленных человека, Безос и Маск, выбрали самое очевидное решение, а именно: отправиться в космос вертикально, по кратчайшему пути между двумя точками на прямой. Конечно, это должна быть ракета. Не самолет, который должен катиться по земле перед тем как взлететь. Движемся прямо вверх, мои богатые друзья, и на ракете!

Первые ракеты, вероятно, появились еще в 10 веке во времена династии Сун в Китае (оттуда же мы получили порох) и использовались при изготовлении «огненных стрел». Отцом современной ракетной техники считается Вернер фон Браун, и она появилась, когда Германия возродила использование ракет в качестве оружия во время Второй мировой войны.

От «правильного материала» к тщеславию

Первая гонка в космосе началась, когда Советский Союз запустил на орбиту спутник; за ней последовала гонка по запуску в космос человека. Кому-то пришла в голову блестящая идея поместить плоть и кровь туда, куда раньше помещали взрывчатые вещества, — на тонкий цилиндр из листового металла, заполненный ракетным топливом. Мы отчаянно пытались управлять огромным количеством химической энергии, стараясь заставить ее выходить из сопла равномерно, — с этой задачей ракета часто совершенно не справлялась. Взрывов на стартовых площадках и вне их было слишком много. Смерть преследовала первых «добровольцев», позже названных астронавтами, которых набирали из тех, кто считал смертельный риск высшим испытанием их мужественности и кто стал героями бестселлера Тома Вулфа «Правильный материал», навсегда прославившего летчиков-испытателей истребителей ВМФ.

Ричард Брэнсон, Virgin Galactic

Космолет SpaceShip Two: длина 18,3 м, размах крыльев — 8,2 м. Его поднимает на высоту взлета самолет-носитель White Knight Two (изображение предоставлено Virgin Galactic)

Ричард Брэнсон теперь имеет право козырять тем, что 11 июля первым из частных космических компаний отправил в космос обычных людей (не астронавтов), включая себя самого. Но не совсем в космос: команда Джеффа Безоса из Blue Shepard незамедлительно проинформировала нас, что космос начинается на высоте 100 км над Землей (подробнее об этом ниже).

Самолет-носитель, получивший название «White Knight Two» («Белый рыцарь-2» — возможно, это дань уважения рыцарскому статусу сэра Ричарда Брэнсона?), выглядит как два реактивных самолета, соединенные друг с другом нестреловидными законцовками крыльев. Каждый фюзеляж имеет полноценный салон. Интерьер одного из фюзеляжей похож на интерьер транспортируемого космического корабля (он называется VSS Unity или SpaceShip Two) и используется для тренировок. Во втором фюзеляже размещены недорогие места, которые продаются космическим туристам с более ограниченным бюджетом для полетов на высоту 18 км, что примерно вдвое превышает крейсерскую высоту коммерческого полета, — далековато от линии Кармана, но все же оттуда открывается довольно хороший вид.

Линия Кармана. В 1900-х годах американский физик венгерского происхождения Теодор фон Карман (Theodore von Kármán) определил, что условная граница между земной атмосферой и космосом проходит на высоте около 100 км над уровнем моря. Однако в США все-таки принято считать, что космос начинается на высоте 80 км. Европейские агентства, в том числе Международная авиационная федерация (FAI), определяют границу космоса на высоте 100 км.

Во время полета в космос White Knight Two, оснащенный четырьмя реактивными двигателями, поднял SpaceShip Two на высоту 45 000 футов (13,7 км). Там он запустил SpaceShip Two, который использовал свой ракетный двигатель, чтобы доставить Брэнсона и его спутников в верхнюю точку, а сам вернулся на Землю (изображение предоставлено Virgin Galactic)

И White Knight Two, и SpaceShip Two построены американской авиастроительной компанией Scaled Composites.

Пассажиры SpaceShip Two, которые должны стать космическими путешественниками, сначала летят до точки отделения и сидят в салоне космолета как при обычном коммерческом полете. Все меняется при отделении от самолета-носителя (это называется запуском с воздуха), когда пилот корабля берет на себя управление, запускает ракетный двигатель и направляет нос летательного аппарата вверх. Семьдесят тысяч фунтов тяги, создаваемой примерно за одну минуту, разгоняют космический корабль до скорости 4 Маха, при этом ощущается перегрузка в 4g. Топливо полностью расходуется, а космический корабль по инерции поднимается до высоты 85 км. Да, мистер Безос, это уже выше линии Кармана.

У пассажиров будет четыре минуты ощущения невесомости с момента выключения двигателей до окончания свободного падения.

Действительно ли они испытывают невесомость? Высота, на которой совершаются суборбитальные полеты, такие как полеты Брэнсона и Безоса, недостаточна, чтобы исчезла гравитация. На высоте ста километров ускорение свободного падения еще значительно (9,4м/с²). Описанный маневр, когда летательный аппарат направляется вертикально вверх, затем выключается двигатель и с верхней точки начинается свободное падение по параболической траектории, — это известный метод имитации невесомости, используемый для тренировки космонавтов.

На несколько минут гаснет знак «застегнуть ремни безопасности», и пассажиры Virgin Galactic могут свободно плавать по салону.

Полеты, организуемые Илоном Маском на МКС, которая летает в четыре раза выше, позволят космическим туристам приблизиться к истинной невесомости и на гораздо более длительный срок (подробнее об этом ниже).

Что происходит во время полета

Корабль SpaceShip Two компании Virgin Galactic имеет крылья, которые разворачиваются для торможения при спуске на Землю (изображение предоставлено Virgin Galactic)

Затем пилот возвращает законцовки крыльев SpaceShip Two в исходное положение и совершает управляемую посадку на взлетно-посадочную полосу космодрома Spaceport America, «первого в мире специально построенного коммерческого космодрома» в Нью-Мексико. SpaceShip Two совершает нетрадиционную трехточечную посадку — с лыжей вместо переднего колеса. По словам Virgin Galactic, она служит тормозом. Мы задаемся вопросом — а почему бы не использовать тормоз?

В 2004 году пилот активировал поворот крыльев раньше времени. Внезапное сопротивление на скорости 0,92 Маха разорвало космический корабль на части, один пилот погиб. Второй пилот спустился с парашютом, но получил серьезную травму. После крушения Virgin Galactic заверила, что будут приняты все меры для того, чтобы предотвратить такую ситуацию в последующих полетах.

Система, которая должна была развернуть крылья при снижении Spaceship Two, сработала по ошибке, в результате чего один пилот погиб, а другой был ранен в испытательном полете 2014 года (изображение предоставлено Aviation Week и Space Technology)

Ракетный двигатель SpaceShipTwo

Общее время полета: около 90 минут. Стоимость: 250 000 долларов.

Джефф Безос, Blue Origin

Ракета и капсула Blue Origin (изображение предоставлено Blue Origin)

Все места у окна. Вместимость — шесть туристов. В цилиндре в центре находится ракетный двигатель, используемый для отделения капсулы от ракеты и смягчения удара от встречи с землей при спуске на парашютах (изображение предоставлено Blue Origin)

Космический корабль Безоса — «New Shepard» — был назван в честь Алана Шепарда, первого американца, побывавшего в космосе.

Многоступенчатая ракета имеет общую длину 18 м. Она работает на жидком кислородно-водородном топливе, поэтому ее можно считать экологически чистым транспортным средством, поскольку его единственным побочным продуктом выхлопа является вода.

Ракета-носитель взлетает так же, как и при традиционных пилотируемых ракетных полетах, которые выполняются, например, в NASA. Гражданским пассажирам New Shepard придется сидеть на стартовой площадке и покрываться потом при зажигании и взлете — прямо как настоящим астронавтам.

Закон Мерфи. Слышали о таком?

Но, возможно, самая большая разница между пилотируемыми космическими полетами правительственного космического агентства и Blue Origin заключается в том, что New Shepard является первым полностью автономным космическим кораблем с людьми на борту.

Мы нашли не так уж много информации об автономных космических аппаратах на борту New Shepard, и у нас остался большой вопрос. Можно выполнять суборбитальные 11-минутные полеты без пилота или астронавта, когда все идет по плану, — но что если это не так? Когда инженеры рассматривают разные варианты нештатных ситуаций, они проектируют страхующие системы, планируют пути эвакуации, проводят бесконечные симуляции, играют в игры «что, если» друг с другом и сами с собой во время бессонных ночей... и даже в этом случае многое зависит от надежного, хорошо обученного человека, который умеет сохранять хладнокровие в сложных ситуациях и сможет найти решение. Невезучему Аполлону-13, на котором по пути к Луне произошел взрыв кислородных баллонов, повезло с астронавтом-ветераном Джимом Ловеллом на борту, который придумал, как использовать лунный модуль для жизнеобеспечения и фильтры воздуховодов, улавливающие углекислый газ, чтобы не задохнуться, — и доставил всю свою команду из трех человек домой невредимой. Замерзающими пальцами астронавты записывали страницу за страницей с инструкциями для наземного управления в чрезвычайных ситуациях. Лишенные сна и отдыха, они смогли выполнить критические расчеты, чтобы скорректировать траекторию своего полета. Во время этих испытаний, описанных в книге Ловелла с первоначальным названием «Потерянная Луна: опасное путешествие Аполлона-13», затем сокращенным до «Аполлона-13», не было паники и не было произнесено ни единого ругательства.

Ракета Blue Origin

Схема полета (изображение предоставлено Blue Origin)

В традиционном пилотируемом космическом полете все оборудование является одноразовым, и это очень расточительно. Ракета Blue Origin предназначена для многократного использования, поскольку она возвращается на Землю. Повторное использование ракет-носителей, безусловно, снизит стоимость космического туризма, но нам кажется, что концепция Virgin Galactic с реактивным самолетом-носителем и крылатым планирующим космическим кораблем выдержит гораздо большее количество запусков и, следовательно, сделает космический туризм намного более дешевым, чем чисто ракетные подходы Blue Origin и SpaceX.

Взлет с помощью ракеты Blue Origin поднимает пассажиров выше, чем самолет Virgin Galactic. Капсула выпускается из ракеты-носителя со скоростью около 3 Махов и продолжает подъем до апогея в 106 км над уровнем моря.

После того как отделится капсула, ракета-носитель опускается на Землю в том же положении, в котором взлетала. Ее вертикальная ориентация обеспечивается «клиновыми ребрами» и воздушными тормозами — поверхностями, которые поднимаются с верхней части ракеты, чтобы создать сопротивление. В последний момент торможение усиливается за счет включения ракетного двигателя, в котором для этой цели остается немного топлива.

Капсула Blue Origin возвращается на Землю на парашютах (изображение предоставлено Blue Origin)

Капсула должна вернуться на Землю на трех парашютах. Blue Origin сообщает, что достаточно двух, но предусмотрено, что один из парашютов может не раскрыться.

Общее время полета: 10 минут 10 секунд. Стоимость: в настоящее время неизвестна.

Илон Маск, SpaceX

SpaceX планирует доставить туристов на Международную космическую станцию в 2022 году. Компания доставляет грузы на МКС с 2012 года, а в начале этого года привезла домой четырех астронавтов с МКС.

Капсула SpaceX Crew Dragon находится на вершине многоразовой ракеты Falcon 9. SpaceX использует более «традиционную» многоступенчатую ракету, сопоставимую с теми, которые использовались в космических программах «Меркурий», «Джемини» и «Аполлон», поэтому ожидается, что риски будут примерно такими же.

Falcon 9 будет летать выше и быстрее, чем обе упомянутые космические туристические программы: до 124 миль над уровнем моря и со скоростью от 5,5 до 7,5 Маха.

Цена туда и обратно: 55 миллионов долларов, включая четыре дня на Международной космической станции.