Аналитика: теряет ли Россия свои позиции в космонавтике?

Конец года мрачно выглядит для российской космонавтики. После тринадцати лет лидерства по количеству пусков нас снова обогнали США и, впервые в истории, Китай.

До самого декабря сохранялась надежда, что этот год станет первым годом с 2003 без аварий с потерей полезной нагрузки, но и она сгорела вместе с «Прогрессом МС-04». Другие космические новости окрашивали происходящее в еще более мрачные тона — экипаж российского сегмента МКС сократят с трех человек до двух, «Прогрессов» тоже запустят меньше, «Ангара» после тестовых пусков не начала летать часто, а из центра Хруничева поступают плохие слухи. Не стартовала ни одна целиком российская межпланетная станция после провала «Фобос-Грунта» в 2011, а новый модуль «Наука» с 2013 года все не может отправиться к МКС. У нас все плохо, и можно хоронить российскую космонавтику? Или все-таки нет? Попробуем разобраться.
 

Пуски

На 19 декабря 2016 года Россия запустила 17 ракет-носителей, из которых одна потерпела аварию. Еще две ракеты были приобретены Европейским космическим агентством и стартовали с космодрома Куру, но, даже если их добавить в нашу копилку, все равно Россия окажется на третьем месте. У нас в лучшем случае стартует еще один «Протон» с телекоммуникационным спутником EchoStar в конце января, тогда как США уже выполнили 22 пуска (авария Falcon 9 в сентябре при подготовке к прожигу засчитана как неудачный пуск), а Китай — 20. Эта новость смотрится во много раз печальней, если посмотреть на общую картину, потому что во всем мире количество запусков непрерывно растет с 2004 года.

https://habrastorage.org/files/e37/5a9/b5f/e375a9b5fd7e4152b96f585c361d801f.jpg

Если посмотреть этот же график по странам, то можно увидеть тенденции за последние годы.

https://habrastorage.org/files/82c/ae7/121/82cae7121e284560b1237d2033a3be5a.jpg

С начала десятых годов Китай показывает бурный рост количества пусков. Это неудивительно для экономики, ставшей в 2010 году второй по номинальному ВВП и в 2014 первой по ВВП по ППС. Космическая программа Китая обширна и разнообразна. Кроме спутников связи и дистанционного зондирования Земли (от метеорологии до разведки) Китай развивает свою систему навигации Бэйдоу, которая к 2020 году станет глобальной. После заметного перерыва в 2016 году возобновились пилотируемые пуски, на орбиту выведена новая орбитальная станция Тяньгун-2, запускаются спутники ретрансляции Тяньлянь для пилотируемой программы, аналогичные американским TDRS и российским «Лучам». Развивается научная программа от беспилотных лунных аппаратов до первого в мире спутника квантовой связи на низкой земной орбите. Параллельно разрабатываются новые ракеты-носители «Великий поход» -5,6,7, которые, если будет выполнен план пятилетки 2016-2021, будут запускаться по 30 штук в год. В этом случае Китай будет соревноваться за первое место по количеству пусков.

График пусков США не показывает серьезного роста, колеблясь в диапазоне 12-24 пуска, но состав используемых ракет-носителей сильно изменился. Начав с нескольких запусков в год в интересах NASA, компания SpaceX заключила большое количество коммерческих контрактов, поставила перед собой очень амбициозный график, и, если бы не аварии в 2015 и 2016, смогла бы выйти на уровень больше десятка пусков в год (в 2016 их будет девять, по последним новостям декабрьские пуски съехали на январь). На 2017 год запланировано 24 пуска Falcon 9 и два — Falcon Heavy, и главная интрига состоит в том, на сколько процентов этот план будет выполнен — компания SpaceX известна своими переносами сроков.

Находящееся на четвертом месте Европейское космическое агентство тоже увеличило интенсивность пусков, пусть и ненамного. Дело в том, что оно сейчас приступило к активной фазе развертывания своей навигационной системы Galileo, и, пока созвездие в три десятка спутников не будет развернуто, ЕКА будет запускать больше ракет-носителей, чем обычно.

Пятое место Индии показывает серьезный рост их космической отрасли. Впервые Индия вышла на уровень больше пяти пусков в год, из которых три ушли на завершение развертывания локальной навигационной системы IRNSS.

А что же Россия? Наше третье место является следствием одного печального факта, одного нейтрального, и, как это ни парадоксально, двух хороших. Рассмотрим распределение пусков по носителям.

https://habrastorage.org/files/3ce/6a3/13c/3ce6a313cce0405383fa63e6539f083f.jpg

Первый факт, печальный, состоит в падении количества коммерческих заказов по запуску спутников на геостационарную орбиту на «Протоне». Здесь смешались сразу несколько факторов. Компания ILS, продающая пуски «Протона» на мировом рынке, не попала под прямые санкции, но по политическим причинам ее привлекательность снизилась. Далее, с 2010 года на «Протоне» происходит по одной аварии в год. В 2016 году нештатная ситуация тоже была, но не привела к потере полезной нагрузки. Такая статистика и прямо отталкивает потенциальных клиентов, и повышает стоимость страховки, делая пуск более дорогим. Ну и, наконец, стоимость пуска «Протона» перестала быть сильно дешевле конкурентов. Точные суммы неизвестны, но, если следить за новостями, заказчики со своими спутниками могут как уходить с «Протона» на Falcon 9 или Ariane 5, так и переходить в обратном направлении, если, например, SpaceX начинает задерживать пуски слишком сильно. Но сохраняется надежда на то, что этот провал будет временным — в < ![CDATA[]]>сентябрьской встрече< ![CDATA[]]> с Владимиром Путиным глава Роскосмоса Игорь Комаров сообщил, что заключены контракты на 10 пусков «Протона» в 2018-2019 годах.

Второй факт, нейтральный, заключается в смене одних ракет-носителей на другие. Это нормальный процесс, когда какие-то ракеты-носители заменяются на новые. В нулевых годах закончилась карьера «Космосов» и «Циклонов». Сейчас подходит к концу конверсионная программа «Днепр», когда боевые межконтинентальные ракеты переделывались в космические и запускали спутники. Все это — легкие ракеты, которые давали небольшой, но заметный вклад в общее количество пусков. Теперь их полезные нагрузки пересядут на новые легкие ракеты «Союз-2.1в» и «Ангару-1.2», либо будут запускаться группами или попутной нагрузкой на более грузоподъемных «Союзах».

Третий факт, позитивный, состоит в том, что в России закончилось формирование крупных спутниковых группировок. Система ГЛОНАСС полностью развернута и нуждается в новых пусках только на поддержание группировки, например, в этом году ГЛОНАССов запустили всего две штуки. Появятся новые созвездия спутников — будет и больше пусков. Например, на 2017 год запланировано вывести на орбиту два спутника новой связной системы «Благовест», и еще один в 2018 или 2019.

Четвертый факт, очень позитивный — наши спутники стали работать в космосе дольше. Раньше связные спутники «Стрела/Родник/Гонец» жили только один год, и их приходилось запускать буквально пачками. Зато в 2016 году не было ни одного запуска — группировка сформирована в избыточном составе, и пока не нужно ее пополнять. До середины десятых годов у нас летали разведывательные спутники с пленочными фотоаппаратами. Для возвращения пленки на Землю использовались специальные небольшие спускаемые капсулы, их число было ограничено, и спутник конструктивно не мог работать дольше нескольких месяцев. А сейчас «Персоны», «Барсы» и гражданские «Ресурсы» спокойно работают годами, пересылая цифровые фотографии по радиоканалу, и не требуют постоянной замены.
 

Аварийность

В самом общем случае можно построить график относительной аварийности по странам, разделив сумму аварийных пусков (частичный успех будем считать половиной аварии) на количество пусков по стране. Результат получается любопытный.

https://habrastorage.org/files/caa/dac/015/caadac0153f34819b749ac29af9e51f2.jpg

Прежде всего нужно отметить практически нулевую аварийность Европейского космического агентства. Единственный всплеск на графике в 2014 году связан с выводом спутников связи Galileo на нерасчетную орбиту российским разгонным блоком «Фрегат», и то относится к частичному успеху — спутники в итоге перевели на рабочие орбиты, и они успешно функционируют. Что же касается США, России и Китая, их аварийность находится на сравнимом уровне и, кроме отдельных лет, не превышает 10%. Но дьявол, как обычно, прячется в деталях. На этом графике мы смешали вместе все пуски всех ракет-носителей, включая, например, так и не начавший эксплуатироваться Falcon 1 или первый и, < ![CDATA[]]>скорее всего, последний< ![CDATA[]]> неудачный пуск РН SPARK. В нашем же случае, кроме вполне простительных неудач РН «Старт» или «Волна» в нулевых, про которые уже все забыли, продолжают терпеть аварии «Союзы» и «Протоны», которые за десятилетия эксплуатации должны были быть отлажены вдоль и поперек, даже с учетом постоянных модернизаций. И если мы посмотрим на причины аварий, то они будут самые разные. То ошибутся в документации, зальют топлива по мерке, а в новом блоке по этой мерке на две тонны больше топлива получается. То, наоборот, каждый узел работает в границах допустимых параметров, а все они вместе выходят за границы. Пришлось поставить дополнительные датчики и потерять еще одну ракету, пока причина не была, наконец, точно установлена. Возникает ощущение «тришкиного кафтана» — проблема всплывает в одном месте, ее латают, тем временем в другом месте ослабевает контроль, и возникает новая проблема уже там. Учитывая сложность космической техники это неудивительно — для безаварийной работы приходится поддерживать высокое качество везде, и наша космонавтика справляется с этим с переменным успехом. Осторожный оптимизм внушает то, что в последнее время причины аварий оказываются сложными — простые недосмотры вроде бы научились ловить.

Что же касается < ![CDATA[]]>недавней аварии< ![CDATA[]]> «Прогресса МС-04», то аварийная комиссия еще продолжает работу. По неподтвержденным слухам с форума журнала «Новости космонавтики» телеметрия пропала не внезапно, «Прогресс» по непонятным причинам успел отделиться, и уже потом третья ступень со все еще работающим двигателем догнала его и ударила. Сценарий аварии не ложится на штатную работу систем, поэтому причина, похоже, окажется достаточно комплексной. Отдельное беспокойство вызывает то, что по такому сценарию авария становится похожей на аварию «Прогресса М-27М» в 2015. В том случае причиной назвали «частотно-динамические характеристики связки» «Прогресса» и третьей ступени, и сейчас возникают некоторые сомнения в правильности ее определения.
 

Экипажи МКС

В начале осени появилась новость о том, что российский экипаж МКС сократят с трех человек до двух. Причина проста — выделяемые на федеральную космическую программу деньги сокращают, пришлось убрать один грузовой «Прогресс» в год, а без него припасов на трех космонавтов не хватит. Самый тяжелый удар это решение нанесло по российскому отряду космонавтов. Уже запланированные экипажи (а совместные тренировки начинаются за годы до полета) перетрясли. Но хуже всего то, что если раньше своей очереди на полет нужно было ждать примерно 9-10 лет, то теперь этот срок еще увеличился. Разумно, что на таком фоне перенесли отбор в космонавты, который ожидался в 2016 году — новичкам пришлось бы ждать своей очереди неоправданно долго.
Но нет худа без добра. Существующая схема, когда космонавты и астронавты стартовали и садились на одном «Союзе», занимая все три места, делала невозможным космический туризм. С сокращенным экипажем одно место можно будет продавать где-то за 50 миллионов долларов, привозить туриста на одном «Союзе» с новым экипажем и через несколько дней возвращать на Землю на другом «Союзе» с закончившим вахту экипажем. Подобная схема успешно использовалась в нулевых годах. Весной 2017 в третьем кресле полетит грузовой контейнер, потому что для перехода на новую схему нужно время, а уже в августе 2017 может полететь первый после долгого перерыва космический турист.
 

«Ангара»

Году в 2014 будущее российских ракет-носителей выглядело ясным. Старые и ядовитые «Днепры», «Рокоты» и «Протоны» будут сниматься со сцены, а их место займет новая и экологичная «Ангара». Ее универсальные ракетные модули будут печься как пирожки, быстро и дешево, и она будет стартовать часто в разных конфигурациях. Но спустя два года ситуация выглядит гораздо более запутанной. «Протон» отчаянно отказывается уходить на пенсию, наоборот, у него < ![CDATA[]]>появятся< ![CDATA[]]> облегченные версии. «Ангара» после дебютных полетов в 2014 пока не начала регулярно летать, и у нее уже начинают появляться конкуренты в виде проекта «Феникс/Сункар».

На 2017 год запланирован один пуск «Ангары» в легком варианте. В 2018 и 2019 есть планы выводить на легкой «Ангаре» спутники связи «Гонец». Геостационарный AngoSat, который планировалось запускать на тяжелой «Ангаре», по последним новостям пересел на «Зенит» «Морского старта» и будет запущен 15 июля 2017. Такие темпы достаточно тревожны. «Ангара» не может стать российской «Delta-IV» — тяжелой и дорогой ракетой для государственных пусков, на это банально нет денег. А ситуация, при которой она будет летать только в легком варианте, станет фактически провалом интересного и перспективного с инженерной точки зрения проекта. На конец 2016 года будущее «Ангары» выглядит далеко не безоблачным, но в истории космонавтики бывали разные выверты, и окончательно списывать ее со счетов рано.
 

МЛМ «Наука»

Еще одна долгая и печальная история — многофункциональный лабораторный модуль «Наука», который изначально должен был стартовать в 2013 году, < ![CDATA[]]>съезжает< ![CDATA[]]> уже на 2018. В первой половине 2013 года при подготовке к пуску в трубопроводах модуля было обнаружено загрязнение, и МЛМ пришлось вернуть на доработку, на которой он находится до сих пор. Поскольку деньги на создание модуля уже давно закончились, работы по нему учитываются в бюджете как модернизация. МКС по плану прослужит до 2024 года, поэтому, если «Науку» запустят в 2018, то модуль успеет проработать в составе станции всего шесть лет, что мало по нынешним меркам. К тому же, на фоне сокращения бюджета на космонавтику работы по «Науке» могут быть на какое-то время остановлены, что еще сдвинет сроки вправо. Не удивлюсь, если в итоге «Наука» станет базовым модулем орбитальной лунной станции в середине-конце 2020-х, планы создания которой сейчас обсуждаются.
 

Ситуация в Центре имени Хруничева

В начале ноября на pikabu появился < ![CDATA[]]>рассказ< ![CDATA[]]> сотрудника Центра имени Хруничева о плохом управлении и потенциально коррупционных действиях. В конце ноября < ![CDATA[]]>прошла информация< ![CDATA[]]>, что Следственный комитет РФ возбудил дело о хищении 300 миллионов рублей в ЦиХ. А в качестве инсайдов идут вот такие вот анонимные стихи на ветке.

https://habrastorage.org/files/919/6cb/9bd/9196cb9bdea84a6cb1e47d1eb30a7c52.jpg

Проблемы ЦиХ связаны и с другими печальными фактами — Центр имени Хруничева делает «Протон» и «Ангару», и именно из него приехал в РКК «Энергия» модуль «Наука» с загрязненными трубопроводами. Создается ощущение, что в последние годы в ЦиХ руководству не хватает компетентности и добросовестности. Остается только надеяться, что совместная работа Следственного комитета и преобразованного в госкорпорацию Роскосмоса сможет навести некоторый порядок на этом предприятии.
 

Научные аппараты

Проблемой продолжает оставаться тот факт, что у России не получилось запустить ни одной своей межпланетной станции. «Марс-96» в 1996 году и «Фобос-Грунт» в 2011 не улетели дальше земной орбиты. К сожалению, еще как минимум три года эта ситуация останется без изменений. Но в то же время нельзя сказать, что Россия не принимает никакого участия в исследовании Солнечной системы космическими аппаратами. Дело в том, что российские научные приборы стоят на межпланетных аппаратах других стран. Самыми известными из них являются < ![CDATA[]]>нейтронные детекторы< ![CDATA[]]>, которые ищут водород в виде водяного льда на других небесных телах. С 2001 года вокруг Марса на аппарате Mars Odyssey крутится российский детектор HEND. Водяной лед в полярных областях Луны нашел работающий с 2009 года детектор LEND, стоящий на зонде LRO. На знаменитом марсоходе Curiosity стоит российский прибор DAN. Ну и, наконец, на прилетевшем к Марсу в октябре 2016 аппарате TGO стоят наш нейтронный детектор FREND и спектрометр ACS.

Кроме установки своих приборов на иностранные аппараты, Россия входит в кооперацию с другими космическими агентствами. В 2003 году на российской ракете «Союз» к Марсу отправился зонд Mars Express, успешно работающий до сих пор. Здесь сотрудничество было минимальным — ЕКА просто купило пусковые услуги. Зато стартовавшая в 2016 году миссия «Экзомарс» уже проводится в более тесном сотрудничестве — Россия предоставляет пусковые услуги, производит некоторые научные приборы, будет делать посадочную платформу для марсохода 2020 года и даже принимать информацию через свои наземные антенные комплексы.

Что же касается российских межпланетных станций, самый актуальный план, наверное, был показан на Заседании Совета РАН по космосу 17 ноября 2016 года, в секции «Планеты и малые тела Солнечной системы».

https://habrastorage.org/files/ee5/189/629/ee5189629b01420380cbcb3492fc2965.jpg
 

Настоящее положение дел

Публикация получается большой, а тема — достаточно холиварной. Некоторые читатели предпочитают сразу начинать однотипно стенать в комментариях. Поэтому я размещу здесь небольшой «тест на вшивость». Те, кто напишут комментарий с известной фотографией бюста Гагарина и подписью «Прости, Юра, мы всё прое…», не читали материал. Потому что Россия:
 

• Занимает в 2016 году третье место после США и Китая по количеству космических запусков.
• Занимает третье место по количеству активных космических аппаратов на земной орбите (после США и Китая). Если описывать спутниковую группировку России одним словом, это будет «прагматизм» — у нас есть связные, навигационные, метеорологические, военные спутники и спутники дистанционного зондирования Земли в различных диапазонах.
• Эксплуатирует второй по размеру сегмент Международной космической станции (после США)
• Вместе с Китаем как минимум до 2018 года будет являться одной из двух стран, способных вывести на орбиту человека. В 2018 году ожидаются первые полеты американских пилотируемых кораблей.
• Еще несколько лет вместе с США будет являться одной из двух стран с глобальной навигационной системой. Сейчас глобальные навигационные системы также разрабатывают Китай и ЕКА.
• Имеет два космодрома на своей территории (Плесецк, Восточный), арендует третий (Байконур) и продает свои ракеты на четвертый (Куру).
• Имеет ракеты-носители в диапазоне от легких до тяжелых, способна выводить спутники самостоятельно и зарабатывать на пусковых услугах.

На этом фоне говорить о том, что все совсем плохо, и хоронить нашу космонавтику, прямо скажем, некорректно.
 

Светлое будущее

Хочется закончить на позитивной ноте, поэтому я составил небольшой список потенциально прорывных российских технологий. Все они, в лучшем случае, находятся в экспериментальной стадии, могут долго разрабатываться и, поскольку будущего мы не знаем, могут и оказаться тупиковыми путями технологии. Но пока что они выглядят очень многообещающе.

https://habrastorage.org/files/fba/bcc/353/fbabcc353d214d16a230c48977753e70.jpg

Транспортно-энергетический модуль или, говоря простым языком, ядерный реактор с электрореактивными двигателями. Ядерный реактор дает уникальную плотность энергии, а электрореактивные двигатели обеспечивают непревзойденный удельный импульс, позволяя летать гораздо более эффективно, чем на химических двигателях. Его разрабатывают уже долго, недавно проходили слухи о закрытии проекта, но, по последним новостям, работы продолжаются, и, пусть и не так скоро, как хотелось бы, уникальный аппарат может оказаться на орбите.

Детонационный двигатель. У всех существующих ракетных двигателей топливо горит. Но если в камере сгорания будет распространяться сверхзвуковая ударная волна, то топливо будет взрываться, детонировать. Такой двигатель будет называться детонационным. Теоретически, взрыв топлива должен обеспечить более высокий удельный импульс, чем горение, и детонационный двигатель будет давать большее приращение скорости на то же количество потраченного топлива. Точные цифры пока не называются, но видео испытаний в сети уже есть.

https://habrastorage.org/files/f4a/221/f1f/f4a221f1f95049fa89be42c83c634b4c.jpg

Метановые двигатели. Тренд начала 21 века — повторное использование ракет-носителей. Что из этого получится — никто пока не знает, но, на всякий случай, лучше быть готовым к возможной технологической революции. И метановые двигатели, будучи проще водородных и не требуя больших баков под топливо (водород имеет низкую плотность, поэтому даже в жидком виде занимает большой объем), вполне могут стать мейнстримом ракетостроения. У России есть такие двигатели, на фото выше испытания демонстратора РД0110МД.

https://habrastorage.org/files/842/6eb/568/8426eb568b3d49ebb56972cbdb6436e1.jpg

Гиперзвуковые двигатели. Пока что они испытываются военными в тайне, и на фото выше старый проект «Холод» 90-х годов. Но, судя по новостям, испытания успешны, и через пару десятков лет гиперзвуковые двигатели вполне могут прийти и в гражданскую космонавтику. А там они были бы очень полезны, позволив сделать «Спираль» 21 века так, как ее задумывали в двадцатом, или, например, собрать проект из специализированных ступеней.
 

Заключение

На мой взгляд, у вашей страны не будет проблем в космонавтике только в одном случае — если вы играете в «Цивилизацию» на самом легком уровне сложности. Уже на средней сложности у вас не будет хватать ресурсов на все желания, что уж говорить о реальном мире. У российской космонавтики хватает проблем, местами она сдала позиции, и можно сказать, что переживает кризис. Но хоронить ее категорически неправильно, и из этого кризиса наша космонавтика вполне может выйти краше, чем была.

< ![CDATA[]]>Источник< ![CDATA[]]>