Как спасти российскую космонавтику
«Роскосмосу» было бы целесообразно перейти на новую индустриальную модель, избавившись от гигантской кооперации и использования непомерно дорогих комплектующих. Это позволит вернуть те рыночные позиции, которые мы имели в начале десятилетия. А чтобы претендовать на лидерство, России необходимо форсировать создание ядерных ракетных двигателей и развивать технологии, связанные с биологией человека в космосе.
То, о чем вы говорите: создание сверхтяжелой ракеты, окололунной базы и даже посадочного модуля - это всё инерционные технологии. Но они не могут обеспечить нам технологический прорыв. Нет сомнений, что мировая космонавтика стоит на пороге второго технологического скачка, связанного с освоением сначала Луны, а потом и Марса. И для этого этапа необходимы группы технологий, связанные, во-первых, с биологией человека в космосе, который пока не приспособлен для полноценной и здоровой жизни вне Земли, а во-вторых, с использованием там ядерной энергетики. Прежде всего для транспортных космических систем, систем жизнеобеспечения, а в перспективе и для промышленного производства. И те страны, которые не освоят эти технологии первыми, останутся вне списка новых космических лидеров.
То, что наша космическая индустрия уже прошла так называемую точку невозврата, вроде бы не вызывает никаких сомнений. Еще десять лет назад Россия контролировала почти половину мирового рынка запусков, а теперь ее доля не превышает и 14%. Но это лишь полбеды. Наши новые легкие ракеты «Ангара 1.2» оказались в полтора раза дороже, чем средние «Союзы», при почти вдвое меньшей грузоподъемности. Из-за этого «Роскосмос» даже вынужден был отменить заказ на их производство. Тяжелый носитель «Ангара А5», который должен стартовать с космодрома Восточный в августе 2023 года, как оказалось, не соответствует техническому заданию Минобороны, и когда его доведут до требуемого уровня, неизвестно. Не лучше обстоят дела у нас и с новой сверхтяжелой ракетой и новым пилотируемым кораблем: «Роскосмос» постоянно меняет их названия, но эта техника так и не переросла стадию аванпроекта и опытно-конструкторских работ. Наконец, сама наша космическая госкорпорация все последние годы пребывает в глубочайшем кризисе. По итогам прошлого года консолидированная выручка всех предприятий «Роскосмоса» недотянула и до 4,8 млрд долларов. Это не намного больше, чем у американской SpaceX. Но если в компании Илона Маска трудится порядка восьми тысяч сотрудников, то во всех структурах «Роскосмоса» - четверть миллиона человек.
Но является ли эта ситуация необратимой? И что нам надо сделать для того, чтобы наша космическая индустрия навсегда не осталась в аутсайдерах? Об этом в интервью «Эксперту» рассказал член-корреспондент Российской академии космонавтики и главный аналитик ассоциации «Цифровой транспорт и логистика» Андрей Ионин.
Член-корреспондент Российской академии космонавтики Андрей Ионин считает, что наша страна может вернуться на международный рынок космических запусков только изменив производственную парадигму создания ракет.
- За последние пять лет доля нашей страны на мировом рынке космических запусков сократилась втрое, до 14 процентов в прошлом году. А по итогам нынешнего года она если и вырастет, то не сильно - максимум до 20 процентов. Но это все равно почти вдвое меньше, чем у нас было в начале десятилетия. Мы можем вернуться к прежним показателям в обозримой перспективе? Или этот шанс упущен навсегда?
- Мы видим три тенденции, которые наложились друг на друга. Первая - разрастание системного кризиса в нашей космической отрасли, из-за которого резко снизилась технологическая и производственная дисциплина. Наиболее наглядно это выражается в авариях при эксплуатации спутников и запусках ракет. Последние просто невозможно скрыть - они у всех на виду. Естественно, падение надежности неминуемо ведет к потере интереса к нашим ракетам, в первую очередь к «Протонам».
Вторая тенденция - санкции США, которые фактически запрещают запуск на российских носителях не только американских спутников, но и вообще любых космических аппаратов, имеющих в своем составе американские комплектующие (это правило начнет действовать с 2023 года. - «Эксперт»). А это практически все коммерческие спутники, которые существуют в мире. Наша рыночная позиция и так выглядела ущербной, потому что мы предлагали только ракету, а спутник делал кто-то другой. Если мы посмотрим на наших конкурентов из ЕС или США, то они почти всегда предлагают клиентам комплексное решение. То есть не только саму ракету, но и спутник, услугу по запуску, да еще и долгосрочный кредит. Мы такой пакет предложить не могли. А после того, как ввели санкции, все западные клиенты от нас окончательно отвернулись.
И наконец, третья тенденция - это радикальное изменение самой модели производства ракет, или, если хотите, утверждение новой производственной парадигмы, преимущества которой продемонстрировал Илон Маск. Многие этого еще не осознали, но мы имеем дело с настоящей революцией. Поймите, мы можем повысить надежность ракет и даже как-то преодолеть системный кризис в отрасли. Наверняка и санкции рано или поздно отменят или, во всяком случае, ослабят. Но мы никогда не сможем конкурировать с Маском, оставаясь в рамках старой производственной модели. А раз так, то и говорить о возвращении наших позиций на рынке запусков просто бессмысленно. Помните, Остап Бендер говорил, что железный конь идет на смену крестьянской лошадке? Только, к сожалению, это не про нас.
Космический конвейер Илона Маска: двигатели - подешевле, кооперация - поменьше
- А что такого революционного сделал Илон Маск? Создал многоразовую ракету и разрушил монополию ULA (United Launch Alliance - совместное предприятие Boeing и Lockheed Martin) на американском рынке запусков…
- Это всё последствия. Главное здесь то, что он в корне поменял сам технологический процесс.
- Как именно?
- Еще в пятидесятые годы ракетно-космические технологии были настолько сложны, уникальны и дороги, что их созданием могли заниматься только самые мощные государства. Тем не менее естественное развитие промышленности и технологий привело к тому, что через несколько десятилетий они стали доступны частным компаниям. Это произошло в конце девяностых годов. Именно тогда в Англии на базе университетской лаборатории была создана фирма Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL), которая в инициативном порядке разработала технологии производства микроспутников. А до этого созданием таких технологий занимались только корпорации типа Boeing, Lockheed Martin, EADS или наши и китайские госпредприятия. Но ребята из Суррея доказали, что спутники можно делать силами университетской команды при относительно скромных инвестициях в несколько миллионов долларов. И сегодня в основе практически всех микроспутников, которые создаются в мире, лежит та самая технология, разработанная SSTL.
То же самое сделал Илон Маск. Он показал, что технологии ракетостроения может освоить небольшая по мировым меркам частная компания. Перед тем как выйти на этот рынок, он прекрасно понимал, что занять свое место можно только в том случае, если предложить клиентам дешевую надежную ракету. Но как это сделать? И почему у конкурентов ракеты дорогие, их стоимость неизменна уже десятки лет?
На самом деле здесь всего два главных фактора. Во-первых, потому, что все используют дорогие двигатели. А на силовые установки приходится порядка половины себестоимости ракеты. И во-вторых, потому, что у всех конкурентов в процессе производства ракетной техники задействована очень большая кооперация предприятий, каждое из которых делает свой технологически уникальный элемент, причем делает штучно.
Следующий вопрос: почему двигатель так дорого стоит? Эта проблема уходит корнями в пятидесятые годы, когда считалось, что для хорошей ракеты нужно сделать мощную силовую установку. А все потому, что мощностей существующих двигателей все время не хватало и этот тезис закрепился настолько, что стал аксиомой, которую никто не оспаривал. Объяснение здесь довольно простое. Дело в том, что много не очень мощных двигателей на ракету поставить было нельзя, так как в этом случае увеличивался ее диаметр. Более того, возникала проблема синхронизации их работы. Нужно было не допустить колебаний, попадания в резонанс. Это сложнейшая проблема, из-за которой в свое время пришлось закрыть проект советской ракеты сверхтяжелого класса Н-1 - на ней было установлено 30 двигателей. И все запуски Н-1 закончились неудачно.
Но чтобы нарастить мощность двигателя, требовалось все время повышать давление в камере сгорания, усложнять конструкцию. Если говорить непосредственно про технологии, то двигатели семейства РД-170/180/190, которые использовались на «Зените», на первой ступени «Энергии», а сейчас на «Ангаре», можно без преувеличения назвать вершиной инженерного дела. Но именно по этой причине их стоимость чрезвычайно высока. Какое решение в этой ситуации принял Маск? А очень простое: он взял у NASA технологии производства двигателя Merlin, разработанного полвека назад, усовершенствовал их и получил в итоге очень дешевые силовые установки, которые поставил на ракету Falcon 9. Безусловно, инженерный уровень Merlin не идет ни в какое сравнение с нашим РД-180. Но для рынка технологическое совершенство не имеет никакого значения, самое важное здесь - цена.
- И насколько низкой она получилось?
- Эксперты считают, что себестоимость Falcon 9 составляет порядка 30-35 миллионов долларов. Если эти оценки верны, то можно предположить, что все двигатели на этой ракете вместе стоят 15-17 млн долларов. А их там в общей сложности десять, из которых девять на первой ступени и один на второй. То есть простой подсчет показывает, что один Merlin стоит где-то порядка полутора миллионов долларов. А РД-180 мы продаем американским конкурентам Маска примерно за 10 миллионов долларов. Правда, наш агрегат двухкамерный, а значит, эту цифру надо поделить надвое. Тем не менее разница очевидна: Маск тратит на двигатели в два-три раза меньше, чем все остальные производители ракет аналогичного класса. И при этом его компания SpaceX производит их самостоятельно, а не закупает где-то на стороне.
- А как ему удалось решить проблему синхронизации работы двигателей? Допустим, на Falcon 9 сделать это относительно просто, но в случае с ракетой сверхтяжелого класса Falcon Heavy, где одновременно работают сразу 27 двигателей Merlin, задача кратно сложнее. Да и сам Маск при каждом запуске Falcon Heavy не устает повторять, что «там много чего может пойти не так»…
- Это уже не представляет такой проблемы, как полвека назад. Тогда системы управления двигателями, как и датчики, передающие информацию, были аналоговыми, а теперь все они цифровые. Иными словами, сейчас скорость управления двигателями даже не на порядки, а в миллионы раз выше, чем в семидесятые годы, когда, собственно, и проходили испытания ракеты Н-1. То есть сейчас задачи синхронизации решать несравнимо проще.
- Использование в ракете множества устаревших, но дешевых двигателей вместо двух-трех мощных и дорогих, конечно, обеспечило экономический выигрыш, но вряд ли это можно считать прорывной инновацией или, тем более, новой производственной парадигмой…
- Это только один из факторов. Второй - отказ от большой производственной кооперации, от многочисленных предприятий-смежников, поставщиков комплектующих и прочего. Исторически она сложилась в пятидесятые годы и с тех пор практически не менялась.
Когда Советский Союз и Соединенные Штаты создавали свои первые ракеты, им нужно было сделать это в кратчайшие сроки. Более того, эти страны решали абсолютно новые задачи, которыми до них никто не занимался. При таком раскладе оптимальный управленческий путь - развивать кооперацию, удлинять производственную цепочку. То есть каждую новую задачу поручать какой-то новой компании. Но прошли десятки лет, все задачи успешно решены, а производственный процесс не поменялся. И когда Маск занялся в двухтысячных годах ракетостроением, то увидел, что многие технические решения, которые в то время были уникальными, сейчас доступны для обычного бизнеса. Поэтому он сказал: «Ребята, большую часть ракеты я буду делать сам, мне почти никто здесь не нужен». И пожалуйста: SpaceX своими силами создает около 90 процентов себестоимости ракеты. Единственный значимый компонент Falcon 9, который закупается на стороне, - головной обтекатель. То есть Маск убрал все транзакционные издержки и теперь практически полностью контролирует себестоимость производства своей ракеты. Это означает, что он знает, сколько она будет стоить через пять лет, через десять лет и так далее.
- А почему этого не делают конкуренты SpaceX?
- Потому, что они живут в старой производственной парадигме. Если мы возьмем Центр Хруничева или ЦСКБ «Прогресс», то эти предприятия создают всего около 10 процентов себестоимости ракеты и не контролируют свою гигантскую кооперацию - остальные 90 процентов делают какие-то другие юридические лица. А у них свои интересы и акционеры, которые, мягко говоря, не слишком-то заинтересованы в снижении себестоимости. Но вечно так продолжаться не может. Вспомните, что происходило в автомобилестроении в начале двадцатого века. Тогда все машины собирали в гаражах гениальных конструкторов, используя только ручной труд. А потом появился Генри Форд со своим конвейером, и всё сразу изменилось. Если ты хотел остаться на рынке и конкурировать с Фордом, то должен был сделать точно такой же конвейер. То же самое справедливо и для ракетно-космической индустрии. Мы должны четко поставить задачу: создать дешевую ракету. Тогда из нее вытекают все организационно-технологические решения, которые надо будет принимать. Если же мы не хотим работать на мировом рынке, а только на внутреннем, нам все равно, сколько стоит ракета. Но российский рынок запусков очень мал и не в состоянии прокормить все наши предприятия.
- А какие решения должен принять «Роскосмос»?
- Первое, с чего надо начать, - отказаться от создания еще более технологически совершенных ракетных двигателей. У нас любят говорить: «Мы сделали Царь-двигатель». Но нам не нужно царя, нам нужен крестьянин. То есть простой, дешевый и надежный агрегат. В конце концов, мы же не на выставках будем его показывать, а на ракету установим. Второе: необходимо провести кардинальную реформу предприятий, непосредственно выпускающих ракетную технику. У нас их два: Центр Хруничева и «Прогресс». И нет никаких сомнений, что каждое из них в рамках своей структуры должно производить как можно больше комплектующих для своих ракет.
- Эти идеи можно реализовать в ходе программ по созданию наших новых ракет - семейства «Ангара» и «Союз-5»?
- «Ангара» - уже готовая ракета, с ней сделать ничего нельзя. Этот носитель не может быть конкурентоспособен на рынке, он создан в старой парадигме. Что касается «Союза-5», то эта ракета создается совсем не для того, чтобы победить конкурентов. Ее первая ступень предназначена для использования в качестве составной части новой ракеты сверхтяжелого класса «Енисей». Поэтому ожидать от «Союза-5» каких-то успехов на мировом рынке запусков просто бессмысленно.
- Но тогда зачем нужен этот носитель?
- Это вопрос не ко мне. Мы видим парадоксальную ситуацию. На мировом рынке появился новый игрок, который изменил технологический и производственный уклад, выдавил всех конкурентов, включая Россию и ЕС. То есть, грубо говоря, пришел и сказал: надо делать вот так. А люди все равно продолжают делать по-другому. И это не поддается логическому объяснению.
При производстве перспективной российской ракеты «Ангара» Центр Хруничева использует максимальную кооперацию с участием десятков предприятий-смежников, и поэтому контролирует всего около 10% себестоимости производства этой ракеты.Взрывной рост на средних орбитах
- Еще один важный момент заключается в том, что Маск создал, по сути, многоразовую ракету: он возвращает не только первую ступень, но и головной обтекатель, и ряд других систем. Надо ли нам делать то же самое?
- Это дискуссионный вопрос. Изначально Маск делал ставку на захват самого емкого в денежном выражении сегмента мирового рынка - запусков на геостационарную орбиту (ГСО, порядка 36 тыс. км от Земли. - «Эксперт»). И здесь Falcon 9 стала наиболее конкурентоспособной рабочей лошадкой. Но не потому, что стоит дешево, а потому, что обеспечивает требуемые показатели надежности. Это важнейший критерий при запусках на ГСО. На такую орбиту запускают уникальные и очень дорогие спутники связи - их средняя стоимость составляет 250-300 миллионов долларов, а срок изготовления может доходить до трех лет. По сравнению с этим стоимость самой ракеты в 80-100 миллионов долларов не так важна, главное - не потерять спутник. И Маск с этим отлично справлялся (SpaceX использовала, как правило, одноразовые ракеты Falcon 9 для доставки нагрузки на ГСО. - «Эксперт»).
SpaceX производит сама все системы ракеты Falcon 9, за исключением головного обтекателя и поэтому практически полностью контролирует ее себестоимость.
Но сегодня уже всем стало ясно, что появляется новый и потенциально куда более емкий рынок - запусков на средние орбиты, высотой от 700 до 1500 километров от Земли. То есть для развертывания всех этих систем космического интернета типа Starlink, OneWeb и других. И здесь уже на первый план выходит не надежность ракеты, а стоимость запуска и способность компании часто их проводить. Например, OneWeb собирается развернуть группировку из 700 спутников, а Starlink - из нескольких тысяч. Это всё будут серийные и очень недорогие космические аппараты, которые планируется выводить на орбиту целыми кластерами. Скажем, в OneWeb говорят, что они будут выпускать по одному спутнику в день, а его цена не превысит миллиона долларов. Понятно, что и потерять такие аппараты будет не жалко. Поэтому для развертывания систем планируется использовать Falcon 9 только в многоразовом варианте. Ее себестоимость наверняка окажется меньше 20 миллионов долларов. Безусловно, такие ракеты априори менее надежны, чем одноразовые, но в данном случае это и не важно, потому что главное - обеспечить высокий темп.
Что же касается России, то нам надо создавать многоразовые ракеты, если у нас появится необходимость в массовых запусках (не менее полусотни в год) дешевых серийных спутников, например для развертывания системы космического интернета. Но пока такой задачи перед нами вроде не стоит.
- А как же проект «Сфера», который предполагает запуск более 600 спутников, в том числе для создания системы космического интернета?
- Не сомневаюсь, что мы не сможем реализовать этот проект исключительно в национальном формате. Если Starlink и OneWeb имеют в своем распоряжении лучшую в мире элементную базу, микрочипы категории Space и прочее, то у нас ничего этого нет. Более того, мы крайне стеснены в средствах. А значит, нам просто необходим стратегический партнер. Теоретически таковыми могут выступить в этом проекте три страны - США, ЕС или Китай. Но это уже вопрос геополитики и национальной стратегии. Тем не менее мы должны четко понимать, что Россия должна иметь гарантированный доступ к системе космического интернета, так как это неотъемлемая часть цифровой экономики на Земле.
На Луну все вместе
- Год назад глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин представил программу покорения Луны, в соответствии с которой через пятнадцать лет на этот естественный спутник Земли должна ступить нога российского космонавта. Но у нас нет ни космического корабля, который может туда отправиться, ни сверхтяжелой ракеты. Более того, их разработка все еще находится на стадии аванпроекта. Насколько целесообразно нам развивать такую лунную программу?
- Уверен, что в одиночку нецелесообразно, это бессмысленное занятие.
- Почему?
- Потому что национальная цель такой программы сегодня неясна. Если вспомнить лунную гонку шестидесятых годов, то она была следствием глобального противостояния двух сверхдержав. Тогда у США была единственная цель - показать, что они круче Советского Союза. Больше там не было ничего. И как только эта цель была достигнута, то программу закрыли. Но это совсем не значит, что человечеству не надо осваивать Луну и дальний космос.
- А какая потребность в этом существует?
- Это философский вопрос. И здесь не может быть однозначного ответа, который будет принят всеми. На мой взгляд, оставаясь на Земле, мы подвергаем цивилизацию очень серьезному риску. То есть в случае любого глобального катаклизма, неважно, техногенного или рукотворного, человечество может быть полностью уничтожено.
Еще одна причина заключается в том, что человечество находится в определенном цивилизационном тупике - он напрямую вытекает из того общества сверхпотребления, которое появилось в последние годы: сначала материальных благ, потом информации и впечатлений. И чтобы выйти из этого тупика, нам нужны новые цели: цивилизация должна получить мощный толчок к разумному развитию. Иначе нас всех ждет Грета Тунберг со своими рецептами.
Так вот, именно таким толчком, или, если, угодно цивилизационным ускорителем, может стать освоение дальнего космоса именно людьми, а не роботами или автоматами. Это позволит решить большинство задач, в том числе связанных с ограниченностью природных ресурсов. Но осваивать дальний космос в рамках национальной программы - путь нереализуемый и контрпродуктивный. Мало того что мы потеряем много денег, так еще и ничего не достигнем. Более того, уверен, что и у американцев в национальном формате не хватит средств на освоение Луны. Надо четко понимать, что на Луне нет национальных задач! Это дело всего человечества.
- Иными словами, это должен быть полноценный международный проект типа МКС. Но создается впечатление, что США всё хотят сделать в одиночку. Эта страна сама строит все модули окололунной орбитальной станции LOP, создает сверхтяжелую ракету и космические корабли для полетов к ней. Более того, американцы нам прямо дали понять, что Россия может участвовать там только на вторых ролях.
- Нам вообще не надо втягиваться в этот проект. То, о чем вы говорите: создание сверхтяжелой ракеты, окололунной базы и даже посадочного модуля - это всё инерционные технологии. Но они не могут обеспечить нам технологический прорыв. Нет сомнений, что мировая космонавтика стоит на пороге второго технологического скачка, связанного с освоением сначала Луны, а потом и Марса. И для этого этапа необходимы группы технологий, связанные, во-первых, с биологией человека в космосе, который пока не приспособлен для полноценной и здоровой жизни вне Земли, а во-вторых, с использованием там ядерной энергетики. Прежде всего для транспортных космических систем, систем жизнеобеспечения, а в перспективе и для промышленного производства. И те страны, которые не освоят эти технологии первыми, останутся вне списка новых космических лидеров. Именно ими нам и надо заниматься - тогда нас с удовольствием возьмут в любой проект.
Ядерный двигатель для лунного буксира
- А как у нас обстоят дела с этими технологиями?
- Если говорить о ядерной энергетической установке для космоса, то у нас здесь есть самый большой задел. Только Советский Союз занимался этими технологиями системно на протяжении многих лет. Более того, в мире вообще осталось всего две-три компании, которые имеют не только компетенции, но и испытательную базу, а также специалистов, для того чтобы двигаться в этом направлении. Это прежде всего наш «Росатом» и французская Orano (бывшая Areva). Есть успехи и у США. Буквально полтора года назад американцы разработали и даже испытали компактную ядерную батарейку мощностью 10 киловатт, которая предназначена именно для лунной базы.
- А почему так важна ядерная энергетика для полетов в дальний космос?
- Если мы говорим об освоении Луны и Марса, то должны понимать, что основа потока туда - это не люди, а грузы. А значит, и системы транспортировки должны применяться разные. Если людей будут доставлять на ракетах, работающих на химическом топливе, за двое-трое суток, то грузы - за несколько месяцев на многоразовых ядерных буксирах. Просто потому, что это экономически на порядок более выгодно. Вот вам срочно нужно в Шанхай, и вы, конечно, возьмете билет на самолет, но перевозить контейнер авиатранспортом невыгодно - для этого существуют морские суда. Точно так же и здесь.
Безусловно, мощного ядерного двигателя для космоса у человечества пока нет. Есть возможность создать ядерный источник энергии, который обеспечит работу плазменных (ионных) двигателей. Такие двигатели уже используются у нас на спутниках (в их создании участвовало калининградское КБ «Факел» и Курчатовский институт. - «Эксперт»). Но у этих плазменных двигателей очень маленькая тяга - всего несколько граммов. И при этом очень большое энергопотребление. Их, конечно, можно ставить на космический буксир целыми блоками. Но тогда надо понимать, что вам потребуется очень мощный источник энергии - десятки, если не сотни киловатт на каждый такой блок.
- И где его взять?
- У нас уже девять лет реализуется проект ядерной электродвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса. Он финансируется государством, а главные исполнители - «Росатом» и «Роскосмос». Это полностью закрытая тема, и о результатах работы можно судить только по открытым источникам. Но какая-то информация все равно просачивается, есть косвенные признаки успехов из смежных областей. Мы же помним, как полтора года назад наш президент рассказал про перспективные системы вооружений - «Буревестник», «Посейдон». А там используются очень похожие технологии - значит, прогресс есть. Думаю, что Россия здесь как минимум на десять лет опережает все остальные страны, включая США, Францию и Китай. И если мы создадим мощные ЯЭДУ раньше других, то к Путину моментально выстроится длинная очередь, как сейчас за С-400.
https://expert.ru/2019/12/4/kak-spasti-rossijskuyu-kosmonavtiku/