Как у Маска дизайнеры инженеров победили
67 Международный конгресс астронавтики ожидаемо принес сенсацию — с планами колонизации Марса выступил Илон Маск. Красивый ролик, отличная презентация в стиле Apple, тем не менее оставили тягостное недоумение. Не погружаясь в формулы, просто «на пальцах» видно, что предлагаемые технические решения и характеристики аппаратов очень странные.
Самые первые кадры уже вызывают недоумение. Башня обслуживания слева гладко отделана, и из нее не торчат никакие технические устройства. Реальные башни обслуживания в теплом климате США выглядят примерно так:
Вы скажете, что это мелочь, и будете правы — действительно, нарисовать можно любую башню. Проблема в том, что вместо того, чтобы рисовать правдоподобно, художники SpaceX решили нарисовать красиво. Башня обслуживания — это утилитарное техническое устройство. Ее можно сделать красивой, гладкой и блестящей, но это потребует дополнительных денег, а работать лучше она не станет. Как такие расходы будут сочетаться с доступным билетом на Марс?
Космический корабль 21 века пропорциями и количеством иллюминаторов напоминает ракеты, как их рисовали в 50-е годы.
Ракета Флеша Гордона. У нас этот персонаж не очень известен, но сколько американцев поперхнулось у монитора?
В реальности же инженеры чаще тратили свои таланты на то, чтобы сделать иллюминаторы меньше — многослойное стекло (способное выдержать вакуум и микрометеориты) очень много весит. Вот, например, наглядная история, как боролись с иллюминаторами в американском лунном модуле.
Сериал From the Earth to the Moon, откуда взято видео, всячески рекомендуется к просмотру
А если вы вспомнили про модуль Cupola на МКС, то он появился только спустя десять лет после начала работы станции, до этого обходились единичными иллюминаторами. И в нем иллюминаторы закрываются заслонками.
Кроме веса, большие стеклянные конструкции будут еще и дорогими. Так, говорите, дешевые билеты на Марс?
Красивые строгие линии ракеты и башни обслуживания. Никаких отводящихся мачт, как это бывало в реальности.
Нет, конечно, технически сделать такую конструкцию можно. Например, на «Протоне» кабели идут на специальную контактную площадку между двигателями.
При желании можно заправлять обе ступени снизу, протянув трубопроводы заправки второй ступени через первую, но зачем?
Сорок два двигателя первой ступени станут очевидной мишенью для критики из-за вопросов надежности. Но в реальности взаимосвязь надежности и количества двигателей несколько сложнее. Если у ракеты будет запас по тяговооруженности, и авария не будет приводить к повреждению соседних двигателей, то потерю одного можно пережить.
На корабле не видно никаких признаков системы спасения. В принципе это логично для полета на Марс в одну сторону, и для сотни человек экипажа она будет совершенно неадекватно дорогой и сложной, но катастрофа на старте будет очень обидной.
Один из самых странных кадров. Во-первых, возврат к месту старта — это большие потери полезной нагрузки. Никто не мешает садиться дальше по траектории и не тратить драгоценные тонны топлива на возврат. Во-вторых, а зачем вообще садиться в собственный стартовый стол? Посадка требует фактически сантиметровой точности даже с активными стартовыми улавливающими агрегатами, что сложно представить для такой большой ракеты. А любая серьезная авария приведет к тому, что ракета упадет на старт и выведет его из строя. На фоне недавней аварии с уничтожением стартового стола такое решение выглядит особенно странно. Экономия времени на транспортировку первой ступени? Но это экономия на спичках — минусы однозначно перевешивают.
Идея заправки на орбите вполне здравая. Вопрос только в том, чем заправлять. По презентации SpaceX на корабле стоят двигатели Raptor, работающие на переохлажденных метане и кислороде. Значит, все время перелета к Марсу в баках будут храниться компоненты топлива на посадку. А без теплоизоляции баков они нагреются и испарятся. Именно поэтому реальные космические аппараты в дальний космос берут с собой хранящиеся в жидком виде при комнатной температуре гептил и амил. А криогенные ступени живут на орбите в лучшем случае часами. Да, баки технически можно теплоизолировать, но это будет огромная потеря веса и денег. Вот, например, в музее РКК «Энергия» баки для «Бурана», в которых жидкий кислород мог храниться неделями.
Реальный бак маленький, а стенки толстые. У большого бака нарисованного корабля будет огромная поверхность и соответствующее количество различных технологических отверстий. Теплоизоляция сделает его буквально золотым и по весу, и по стоимости.
Красиво, но и тут дизайнеры победили инженеров. Без узла поворота солнечные панели потребуют разворота носом/кормой к Солнцу самого корабля, а это неудобно, и требует дополнительных расходов топлива. В видео, кстати, корабль игнорирует направление на Солнце вообще.
Оказывается, мы тащили к Марсу многоразовую теплозащиту в стиле шаттла и тормозим ей вместе с рудиментарными крылышками. Грустно, что дизайнеры Маска проигнорировали проработанные инженерные идеи, как можно затормозить в атмосфере Марса, и рисовали посадку для толстой атмосферы Земли. Вот так вот выглядит гораздо более правдоподобная посадка.
Дело в том, что у Марса атмосфера очень тонкая, и среднее давление на поверхности в районе половины процента земного. Использовать ее для торможения неудобно, а не учитывать тоже нельзя. Можете сами попробовать (вариант раз, вариант два), насколько она некомфортная.
Бедная аэродинамика. Кстати, скорость встречи с Марсом даже в лучшем случае составит 5–6 км/с, т.е. кораблю придется тащить с собой топливо для изменения характеристической скорости (delta-V) километров на шесть минимум. По простой схеме нам потребуется 4,2 км/с, чтобы долететь до Марса, и порядка пяти, чтобы затормозить. Торможение таким способом, как на видео, позволит бесплатно снизить скорость об атмосферу, прикидывая на пальцах, километра на два, а оставшееся придется гасить двигателями, тратя топливо. Такой большой запас характеристической скорости для одной ступени не очень обычен, но технически возможен.
Конструкция корабля говорит, что он должен будет использоваться как многоразовое транспортное средство между Землей и Марсом. Причем, он должен будет взлетать с Марса и разгоняться к Земле, используя всего одну ступень. Физика это не запрещает, но решение смотрится нерациональным, требуемое суммарное время работы двигателей будет очень большим, а их авария приведет к невозможности дальнейших этапов полета.
После просмотра этого видео корабль «Гермес» из фантастики «Марсианин» начинает казаться полноценно проработанным проектом — в самом деле, у него могут поворачиваться солнечные батареи, есть радиаторы системы теплообмена, реактор и эффективный двигатель, и вполне адекватное количество людей в экипаже.
Презентация
Материалы презентации также рождают вопросы.
Здесь в принципе игнорируются подводные камни, которые могут сделать сравнение с лайнером абсолютно некорректным.
Говоря простым языком, SpaceX собирается строить огромный карьерный самосвал. Допустим, для Марса он подходит. Но для каких задач на околоземной орбите, на которой только пока и можно зарабатывать, будет нужна ракета на 300/550 тонн полезной нагрузки? Семейство Falcon 9/Heavy хотя бы может зарабатывать на версии 9 и отправить небольшой груз к Марсу в версии Heavy, зачем строить нового монстра?
А вы знаете, почему сейчас межпланетные станции летят к Марсу по полгода вместо 115 дней в среднем? Все очень просто — чем быстрее мы хотим прилететь, тем больше нам надо на это потратить топлива.
Самый экономичный вариант — слева сверху. Гоманов переход. Хотите быстрее — платите тем, что вместо полезной нагрузки у вас будет топливо. А теперь вопрос — как быстрый и дорогой перелет будет сочетаться с доступным билетом до Марса?
Отличный бизнес-план. Многоразовые ракеты Маска и ваша самодеятельность — вот все, что нужно для успеха. «Обычная» пилотируемая миссия на Марс оценивается от ста миллиардов долларов, а деньги на тысячи кораблей с колонистами Маску разве что Всемирный Совет даст после победы коммунизма на всей планете.
После выхода на орбиту Юпитера состоится первый в истории шахматный матч Юпитер-Нью Васюки. А в презентации еще говорилось о межзвездных полетах…
О мечтах и реальности
Презентация Маска показала монструозный, противоречивый, плохо проработанный и вызывающий огромное количество вопросов проект. Который, однако, был восторженно принят публикой и стал сенсацией. Свежая новость — сотни людей пишут в SpaceX, желая полететь на Марс, очевидно, поверив в возможность и доступность такого полета. Но реальны ли такие мечты? Пионеры космонавтики мечтали о космосе, но их мечты поддерживались математическими расчетами о принципиальной возможности полетов, а первые получающиеся двигатели подкрепляли уверенность в реальности успеха…Мечты сбылись, пусть и в иной форме — на Марсе сейчас работают роботы, а космонавтика несет вполне реальную пользу. Мечтать намеренно о несбыточном, считая, что желаемое будет достигнуто каким-то волшебным образом вопреки скучным математике, физике и экономике — это уровень МЛМ и фильма «Секрет». Сейчас, в мире постмодерна, пиар может быть важнее реальной работы, но без нее совсем пока еще нельзя обойтись. И далеко не факт, что магнетизм идеи «Вперед, на Марс» повысит конкурентноспособность SpaceX на рынке — у энтузиастов денег обычно мало, а бизнесмены умеют их считать, и никакая красота Марса не заставит их покупать места на ракете, если у нее сохранится статистика с одной аварией на десять полетов. Для качественного рывка в космос нужны новые технологии, которых пока не видно. А медленный и постепенный путь развития космонавтики смотрится менее эффектно. В презентации Маск показал красивую мечту, которую будет крайне сложно осуществить даже в усеченном варианте. И остается только надеяться, что это не приведет к очередному разочарованию в космонавтике.
