На прошлой неделе команда Аэронет встретилась с представителями рынка Эдунет (НТИ), занимающимися разработкой симуляции для экономической стратегии, для применения в образовательных целях. Объединил нас интерес к транспорту, который договорились обсудить с перспективой на пятьдесят лет: авиационный, суборбитальный, орбитальный, как он будет развиваться, какие сейчас основные тренды, и какое будущее нас в этой сфере ожидает.
Экспертом со стороны Аэронет выступил Роман Жиц (АНО «Аналитический центр «АЭРОНЕТ»), с которым проговорили вопросы развития на ближайшие 20-30 и на 50 лет. Коллеги от Эдунет – участники команды «Центр-Игра» (Center-Game). Основной конек в их работе — интерактив, игровые технологии и осознанный подход к геймификации. Интересовал вопрос — куда сейчас двигаются передовые страны, имеющиеся перспективные разработки в области суборбитальных и космических полетов, какие успехи внедрения есть уже сегодня.
Роман Жиц: Предлагаю начать разговор с самого обсуждаемого на сегодняшний день – с суборбитального транспорта. Объясню, почему я сомневаюсь, что он станет массовым, и несмотря на то, что в ближайшие пятьдесят лет займет определенную нишу в глобальных транспортных перевозках, не изменит ее структуру в планетарном масштабе. Для начала уточним, что мы подразумеваем под суборбитальным транспортом: классическая ракета, которая выходит из атмосферы, дальше летит по баллистической траектории, разворачивается, затем включает двигатели и садится по-ракетному. Это называется суборбитальный полет, что сейчас демонстрирует тот же SpaceX со своей разработкой многоразовой ракеты. Этот тот самый вариант, который, что называется, «на слуху». А есть классический подход, «старое-новое», гиперзвуковое транспортное средство — скоростной самолет, который стартует на земле, затем летит в атмосфере на больших высотах (30-50 км) с гиперзвуковой скоростью, и, опять же, садится по-самолетному на некий аэродром. Данная концепция известна еще с 20-ого века, и, к сожалению, из-за трудноразрешимых аэротермодинамических проблем ее пока так и не получается реализовать на практике. Это гораздо более сложная с технической точки зрения задача, по сравнению с реализацией классической ракеты. Для примера возьмем, опять же, Старшип Суперхэви от SpaceX: вполне возможно, что в ближайшие 5-7 лет они продемонстрируют возможности ракеты, которая стартует где-то в Нью-Йорке, а приземляется на плавучей платформе в районе Лондона. Посмотрим, для кого нужен такой транспорт? Есть рыночные аналитики, которые говорят, что рынок таких услуг достигнет 1 трлн. долларов, и услуга эта будет востребована — люди будут за час преодолевать любое расстояние по всей планете. Но массовой эта услуга не может быть по причине серьезных испытаний, которые ждут пассажиров при выборе такого вида транспорта. Обычные, не тренированные люди, вряд ли выдержат полет на суборбитальном транспорте, где помимо достаточно продолжительного периода невесомости (15-20 минут), неприемлемого для физически неподготовленного человека “с улицы”, также будут и значительные перегрузки, достигающие 4-5 единиц, при разгоне ракеты и ее входе в атмосферу. Однако, если Вы летите на гиперзвуковом самолете (гипотетическом), то это обычный полет, как на традиционном самолете: плавно набираете высоту, плавно снижаетесь, нигде нет резких перегрузок и невесомости. С точки зрения массового путешественника — это комфортно.
Итак, с точки зрения эксплуатации суборбитального транспорта (ракеты): будет востребовано для грузов, для военных, безусловно (перебросить оперативно технику или спецназ), но не как массовый пассажирский транспорт. Суборбитальные перевозки с помощью ракет-носителей смогут стать обычным транспортом уже в ближайшей перспективе, через десять- пятнадцать лет.
Возможно, здесь стоит вспомнить об экономике впечатлений, ведь именно такую услугу рекламирует Ричард Брэнсон для своих космических туристов — испытать перегрузки, затем полет в невесомости. Мы же говорим о новой индустрии- индустрии впечатлений, индустрии эмоций. Что, если людям понравится такой вид транспорта, и они будут искать именно этих ощущений? Возможно, инженеры при этом найдут решения, которые смогут облегчить те же перегрузки, например, компенсирующее динамическое кресло (я фантазирую) и такие полеты станут и возможными, и востребованными для определенного круга платежеспособного спроса. В ближайшие 20-30 лет мы увидим, сможет ли этот рынок оформиться и стать реальностью.
Рассмотрим суборбитальный вариант как транспортное средство немного более подробно. Такой способ будет применяться, но он не сравнится по эффективности с традиционными на сегодня средствами доставки, как, например, тот же контейнеровоз, который доставляет груз за неделю, не за час, но по цене несравнимо более выгодной, чем может предложить Старшип Суперхэви. С учетом того, что для каких-то более срочных, важных грузов — да, эта ниша будет расти, направление — развиваться, но как-то радикально изменить сложившуюся систему грузоперевозок в перспективе 20-30 лет оно не сможет. Разговор о создании тысячи ракет-носителей и запуске их по нескольку десятков или сотен в день –маловероятная реальность, нет такого спроса.
Какой же, в таком случае, транспорт, и когда сможет изменить нашу жизнь? Это будет именно гиперзвуковой транспорт, о котором мечтали еще в 60-е годы прошлого века, за создание которого много раз брались и США, и Советский Союз, и англичане, и немцы. И каждый раз отступали, потому что технологически это очень сложно. На это уйдет еще лет 25-30, когда, наконец, уровень развития технологий позволит сделать такой транспорт. Затем еще 20-25 лет уйдет на его рыночное масштабирование, то есть, в итоге, лет через пятьдесят такой вид транспорта станет массовым.
Center-Game: Если говорить о перспективах транспорта в целом (самолеты, поезда, морской транспорт), какие видятся варианты развития на период 20-30 лет, на Ваш взгляд?
Роман Жиц: С точки зрения технического специалиста, не визионера, загадывать на период более 10-20 лет проблематично, поэтому мы рассмотрим не более, чем этот срок. Пятьдесят лет назад у нас уже был Конкорд и Ту-144, уже была реальность, когда люди летали на массовом транспорте пусть и не с гиперзвуковыми скоростями (5 тыс км/ч и более), но, по крайней мере, со сверхзвуковыми скоростями (2 тыс км/ч) Конкорд летал регулярно в течение тридцати лет. В итоге программа была свернута по причине экономической нецелесообразности: и эксплуатация была дорогой, и топливо существенно возросло в цене. Сейчас возвращаемся к этим проектам как к частным сверхзвуковым бизнес-джетам: примером служат Аэрон (Aerion), Бум-аэроспейс, и другие. Разработчики готовы сделать на новом технологическом витке более совершенный транспорт с точки зрения аэродинамики, двигателей, конструкции таких самолетов, но заранее закладывая стоимость услуги в разы дороже, чем при использовании массовых широкофюзеляжных самолетов. Это технологически весьма сложный проект, потребуется, минимум, десятилетие для его реализации и выведения полномасштабного продукта на рынок. Основные технические проблемы здесь связаны с повышением аэродинамического качества бизнес-джета на сверхзвуке и созданием двигателей, которые должны обеспечить крейсерскую сверхзвуковую скорость полета на экономичном безфорсажном режиме.
Также, необходимо принимать в расчет экологичность будущего транспорта. Изменение климата на планете видно уже невооружённым глазом, что называется, и появление такого сверхзвукового самолета будет внимательно рассматриваться экспертами с точки зрения ущерба экологии. Позволит ли регуляторика развиваться этому направлению? Гиперзвуковой транспорт оказывает влияние на окружающую среду меньше, чем традиционный авиационный, но тем не менее это влияние будет.
Что касается классического космического транспорта: будут несколько космических коммерческих станций в ближайшее десятилетие. В любом случае, относительно объемов грузо- и пассажироперевозок, которые происходят на земле, этот вид не станет массовым транспортом. К тому же, коммерческая космонавтика еще на очень долгий срок останется на порядок более опасной, чем полеты обычных авиалайнеров. Создаваемая в этой области техника предназначена, в силу своей природы, для эксплуатации в режимах куда более напряженных, чем те, на которых работает авиационная техника. В нашей истории были две катастрофы многоразовых кораблей в США (шаттлов «Челленджер» в 1986 и «Колумбия» в 2003), которые унесли жизни 14-ти астронавтов, в результате от продолжения этой огромной по своим возможностям, но очень дорогой и сложной программы отказались. Если же авария в будущем произойдет с пилотируемым Старшип, погибнут несколько десятков человек. Поэтому еще очень долгое время, я думаю, полеты на космическом транспорте будут оставаться преимущественно профессиональными, возможно, с небольшим туристическо-развлекательным сегментом.
С другой стороны, посмотрим, будет ли куда летать в космос так массово? Человечеству нужна идея, фронтир, чтобы иметь возможность развиваться. Как это когда-то сделал Валерий Чкалов, летая через Арктику, сегодня это делает Илон Маск, открыто говоря о своих проектах освоения Марса. Это привносит в жизнь очень многих людей, с энтузиазмом следящих за развитием коммерческой космонавтики, настоящую, а не виртуальную драму, в которой есть место и смертельному риску порой, и разочарованиям, и победам. Без сомнения, эти задачи найдут достаточное количество своих последователей.
Center-Game: Мы обсудили проекты, которые так или иначе уже разрабатывались в прошлом. Есть ли сейчас возможность рассказать о чем-то принципиально новом? Технологические разработки в сфере грузового или пассажирского транспорта, радикально нового. Есть ли к этому экономические предпосылки, причины, чтобы такой вид новой техники появился?
Роман Жиц: Будет развиваться более скоростной транспорт. На сегодняшний день на Земле уже активно используются высокоскоростные поезда, создается пилотный проект вакуумного поезда. Но, в первую очередь, к массовому транспорту будет применяться одно требование – безопасность. Примером может послужить история разработки Virgin Galactic (Ричарда Брэнсона), когда трагический случай с гибелью пилота в 2014г. привел к значительному увеличению финансовых затрат и времени разработки. Второе, с точки зрения бережного отношения к климату и экологии: нужно будет находить баланс в новой технологии, так, чтобы минимизировать ее дополнительное негативное влияние на климатические изменения. И эта повестка будет становиться все более доминирующей. Речь идет о действительно серьезных вещах, таких как подтопление значительного количества территорий из-за повышения уровня океана, когда миллионы людей, живущие вдоль берегов, вынуждены будут куда-то переселяться. Поэтому все будущие разработки будут проходить серьезную проверку на эти два фактора, в первую очередь.
Center-Game: Что касается социальной стороны вопроса развития транспорта. Разные государства, разные мировые сообщества, ООН, как они влияют на развитие транспортных систем, на то, что становится востребованным, на то, куда может развиваться транспортная отрасль?
Роман Жиц: Итак, о социальном. Общества будут развиваться по собственным цивилизационным линиям. Будет происходит дальнейшая фрагментация, которая во многом закономерна. Каждая страна планирует свою стратегию развития. Например, Китай имеет свои глобальные, не всегда нам понятные цели, также, как и они, возможно, не все понимают, что делают страны, так скажем, с европейским культурным кодом. Будет настоящая конкуренция, сначала в ближнем космосе, потом вокруг Луны и затем — Марса. И это вполне нормальное развитие ситуации, так как, в принципе, повторяет историю земных континентов. Влияние международных организаций, ООН, будет ограничено. Они могут принимать законы, постараться влиять на ситуацию исходя из интересов всех жителей Земли, но распоряжаться ресурсами будут в так называемых центрах силы – в США, Китае, России, Евросоюзе. Именно здесь будут решать куда и на какие космические программы направлять усилия.
Center-Game: Давайте поговорим о производстве транспорта — какие изменения могут происходить или происходят уже сейчас с точки зрения создания высокотехнологичных компонентов, топлива, сборки корпусов. Что есть новое в этом направлении, какие новые технологии?
Роман Жиц: Сейчас все обсуждают, что в ближайшее десятилетие человек высадится на Луну. Россия, США, Китай строят планы в этом направлении. Но это все уже было 50 лет назад – люди летали на Луну, шесть раз. Слетали и вернулись, хотя инженерные расчеты тогда проводились, в основном, с логарифмической линейкой, без всяких «цифровых двойников». А сейчас не могут повторить. Возможно, сегодня технически это будет сделано на более высоком уровне, но не значительно. Потому как такова природа космической техники, что практически все максимальные с технологической точки зрения показатели уже были достигнуты ранее. Например, те двигатели, которые имели американские шаттлы и советская система Энергия-Буран, уже тогда были совершеннее, чем то, что сейчас SpaceХ использует на своей основной коммерческой ракете Фалкон-9. С другой стороны, SpaceХ не говорили, что будут делать двигатели предельных параметров, их цель — делать системы в разы дешевле. И именно это более важная работа – сделать космос доступнее. Поэтому существенных технологических подвижек в сторону увеличения предельных параметров таких систем в ближайшее время наблюдать не будем. Изменения будут идти не в сторону улучшения параметров, а в сторону большей доступности, и будет это происходить эволюционно.
Вершина совершенства в ракетно-космической технике уже была достигнута, постепенно будут происходить небольшие усовершенствования, возможно, будут локальные прорывы, например, для межпланетного транспорта, такого как Земля — Марс. Здесь, безусловно, нельзя обойти стороной вопрос обсуждающегося сейчас проекта колонизации Марса, что, опять же, вряд ли будет возможно реализовать на практике по чисто физиологическим причинам: люди не могут постоянно жить, вынашивать и рожать детей в среде, где гравитация составляет 0,4 от земной. Да, на Марсе будет построена база – это точно и обязательно. Потому как, если будет строиться транспортная космическая инфраструктура, то ее необходимо обслуживать, и это будет ограниченный коллектив, может быть десятки человек, профессионально подготовленных для этого. Транспортные потоки в сторону Марса будут не миллионы тонн в год, а сотни/тысячи. В сторону Луны, возможно, грузопоток будет на порядок больше. С точки зрения технологических решений, на межпланетных транспортных системах, вероятнее всего, будут использоваться электроракетные двигатели малой тяги, которые были апробированы американцами и нами еще в 60-70-ые годы прошлого столетия. Сейчас, на новом технологическом витке, тяга этих двигателей значительно повысится и их эффективность вырастет больше.
Итого: Землю, Марс, колонии и астероиды в будущем, в перспективе 20-30-50 лет, будут связывать электроракетные межпланетные корабли. Технология эта уже есть, она будет постепенно совершенствоваться. Это позволит совершать системам такую же работу, которая сегодня делается с помощью жидкостно-ракетных двигателей, но при этом расходовать примерно в десять раз меньше массы, что существенно удешевит межпланетную транспортировку грузов. Но электроракетная технология не сделает межпланетные пилотируемые перелеты более быстрыми. То есть дорога только до Марса займет в лучшем случае 6-9 месяцев. Так, как нам пророчат отдельные энтузиасты, что мы будем долетать до Марса за месяц — это недостижимо, так как чем быстрее вы летите, тем больше вам нужно тормозить, это опять расход энергии, то есть в космосе сколько тратится на разгон, столько же нужно потратить, чтобы затормозить. Получить или взять с собой необходимое количество ресурсов для получения такого объема энергии, чтобы долететь до Марса за месяц, сейчас или в обозримом будущем просто будет невозможно.
Многие, во всяком случае, большинство технологий, которые считаются перспективными, уже были продемонстрированы на экспериментальном уровне ранее. Сейчас основной тренд — на оптимизацию того, что есть с точки зрения экономики, удешевить доступ в космос на порядки. Если это будет сделано, то произойдут серьёзные изменения как для развития в секторе экономики, и, что важнее – для экологии. Встает вопрос о создании космических энергетических систем, которые аккумулировали бы энергию Солнца и в том или ином виде передавали ее на Землю. Такой вариант может стать нашим экзистенциальным спасением и решением многих социальных проблем, связанных с глобальным потеплением. Все это потребует огромных транспортных потоков на околоземную орбиту, десятков тысяч тонн грузов в год. Вот как раз для таких целей, а не для колонизации Марса, система Старшип-Суперхэви идеально подойдет.
Важно также отметить, при том, что климатические изменения будут только нарастать, практическая космонавтика, околоземная, может стать если не единственным, то одним из важнейших ключей для решения земных проблем. Об этом часто говорит Безос — было бы здорово сделать такой хайвэй в космосе, чтобы большинство вредных производств вывести в космическое пространство, помочь решить энергетическую проблему. Такие задачи озвучивались еще в 70-ые года прошлого века, но были невыполнимы по причине дороговизны. Вот это — реальный вызов на ближайшее десятилетие, и, возможно, до конца века.
Center-Game: С точки зрения потенциального развития космического транспорта, есть ли какие-либо события, ключевые, которые как-то его определяли ранее, и в ближайшем будущем могут стать таким «черным лебедем», которые сильно изменят ситуацию, повлияют на его развитие?
Роман Жиц: Такое ключевое событие, которые мы с Вам наблюдаем собственными глазами – создание и «доведение до ума» полностью многоразовой транспортной космической системы Старшип Суперхэви. И в ближайшие пять лет, скорее всего, это событие состоится, вот это и будет настоящий прорыв. С введением этой системы в эксплуатацию SpaceX будут еще больше доминировать на рынке коммерческих космических запусков и, вполне возможно, данный факт поставит на грань банкротства United Launch Alliance (ULA), состоящую из «старых жирных котов», то есть заслуженных компаний (Боинг, Локхид-Мартин), которые когда-то создавали лунные и марсианские аппараты, но со временем стали чересчур бюрократизированными и перестали выдавать инновации. Коммерческий космос в ближайшие десятилетия будут делить Блю Ориджин, SpaceX, Рокет Лаб, кто-то еще, надеюсь, что когда-то и наша частная российская компания к ним присоединится.
Тем не менее, двухступенчатый Старшип Суперхэви — это тоже не самая идеальная система для космического транспорта. Все равно Вам нужно по-очереди эти ступени сажать и интегрировать перед новым запуском. Это не так затратно, как шаттл, но все равно дорого. Идеальный вариант –одноступенчатая ракета на кислороде и водороде. Принципиально давно понятно, как технологически это сделать, но необходимо вкладывать значительные средства в практическую отработку этих технологий, чтобы криогеника надежно работала, двигатели, система теплозащиты. На горизонте 25-30 лет должна появиться такая одноступенчатая ракета, которая будет буквально как самолет летать в космос. Взлетела, доставила полезную нагрузку в космос, села, прошла небольшие регламентные работы, заправилась кислородом и водородом, полетела заново. Вот это будет предельная схема, которая максимально сблизит модель операции по ближнему космосу с тем, что мы имеем на авиалиниях. И это вполне достижимо, только требует системных инвестиций и системной же работы. При активном совершенствовании такой транспортной системы за несколько десятилетий она приобретет статистически столь малую вероятность разрушения, что сравняется по своему уровню безопасности с авиатранспортом.
Center-Game: О выборе транспорта для разных задач. Люди смотрят на безопасность как на самое важное, и, скорее всего, — еще на скорость. Какие есть еще параметры, которыми руководствуются, в том числе и при развитии того или иного вида транспорта, и те, кто его разрабатывают, и те, кто его используют?
Роман Жиц: Давайте для примера вернемся к теме суборбитальных полетов. При старте и посадке такая ракета производит колоссальное шумовое воздействие, порядка 130 децибел, что далеко за пределами безопасной переносимости для людей, находящихся в непосредственной близости. Даже если мы предположим, что будет суборбитальное транспортное средство между двумя мегаполисами на разных континентах, это будет означать, что посадочная площадка для такой ракеты должна быть на удалении порядка 20-30 км от города. То есть вы будете в любом случае затрачивать значительное время на перемещение от пункта своей посадки до центра мегаполиса, и обратно, то есть нужно будет пересаживаться на аэротакси. Помимо физиологических ограничений для людей, о которых мы говорили ранее, шумовое воздействие также будет препятствовать широкому распространению такой техники. Это я к тому, что какие-то системы будут доведены до нужного, безопасного уровня для выхода на массовый рынок, но другие факторы, в частности, связанные с окружающей средой, могут стать непреодолимыми и буду накладывать свои ограничения.
Center-Game: Создание большой транспортной сети, объединяющей ближний космос, орбиту, планету Земля лежит за пределами 21-го века, но при этом служит вызовом, маяком, к которому мы стремимся. Если бы такой проект транспортной сети был начат и люди готовы были бы вкладывать в него ресурсы, то на какие технологии он мог бы опираться из того, что у нас сейчас есть? Вы упоминали ранее одноступенчатые ракеты, есть ли еще что-то, что стало бы основной такого проекта?
Роман Жиц: Да, такой вариант развития транспорта будущего и предполагается — начинать будем с обеспечения грузопотока из ближнего космоса на Землю (материалов с удивительными свойствами, которые были изготовлены в невесомости и редких ископаемых, добытых из космических астероидов). Транспортные операции будут выполняться такими системами как Старшип Суперхэви, а позднее — одноступенчатыми ракетами на кислороде-водороде. Эти же транспортные системы, с промежуточными дозаправками в топливных депо на околоземных и окололунных орбитах, смогут обеспечить грузопоток в сотни и тысячи тонн в системе Земля-Луна, большую часть которого все-таки будут составлять грузы и оборудование, а не пассажиры, так как жить длительное время в космосе или на Луне для людей все же будет проблематично.
Будут созданы базы на Луне, так как открытые запасы замороженной воды на ее полюсах – огромны, и это позволит производить достаточное количество топлива (кислород-водород), а на окололунной орбите будут созданы топливные депо для полетов в дальний космос. Когда у Вас есть такой актив, как кислород и водород, Вы можете использовать его как для системы жизнеобеспечения, так и для дозаправки космического транспорта. Когда начнется создание орбитальных солнечных электростанций, эти возможности окажутся весьма кстати.
В заключение. Как Вы помните, и в США, и в СССР создавали так называемые ядерные тепловые ракетные двигатели (ЯТРД), которые прошли успешные испытания на земле. Эти двигатели имеют удельный импульс в два раза выше, чем у лучших кислородно-водородных ЖРД, но при этом они также имеют сравнимую с ЖРД тягу. Тогда как куда более эффективные электроракетные двигатели обладают лишь крохотной тягой, что делает их непригодными для быстрых перелетов. Работы в области ЯТРД сейчас заново начали американцы, и они планируют к 2030 г. провести на орбите демонстрацию их работы. Можно предвидеть пилотируемую транспортную систему, когда люди за 2-3 месяца, с помощью таких ядерных тепловых двигателей, смогут долетать до Марса и за такое же короткое время возвращаться обратно. И это будет качественный скачок: одно дело, что вы летите полгода, потом работаете на Марсе и возвращаетесь еще полгода, и другое – всего за несколько месяцев слетать на Марс, поработать и вернуться обратно. В России сегодня создается ядерный буксир на электроракетной тяге, но на мой взгляд, он более подходит для беспилотной доставки грузов на Луну и Марс, а также для исследовательских миссий в дальний космос. Есть также вариант межпланетного транспорта будущего на электроракетной тяге с энергоснабжением от солнечных концентраторов, разработкой которого сейчас активно занимается NASA.
Благодарим наших коллег за интересные вопросы!
