Почему волнуется Илон Маск?
Все профильные и многие непрофильные сми, блоггеры и твиттерчане уже несколько дней обсуждают внутрикорпоративное письмо Илона по поводу проблем с производством двигателей Raptor и гипотетическое банкротство компании SpaceX.
https://spaceexplored.com/2021/11/29/spacex-raptor-crisis/
Обсуждаются деньги, стоимость акций, но не обсуждают собственно заводской аспект.
Давайте на пальцах попробуем прикинуть масштаб проблемы которую пытается решить компания.
1. Для начала оценим какова текущая интенсивность производства на заводе SpaceX основного двигателя Merlin.
Мы точно не знаем, сколько двигателей сожгли на тестах на этапе начальной разработки и многочисленных испытаниях. Судя по мемуарам и тому как сейчас идет работа над Раптором, это были не единичные экземпляры, а многие десятки. Но зато можно точно посчитать летные экземпляры по количеству произведенных ракет. Двигатель для ракеты производится на полгода-год раньше запуска, но все равно интересно посмотреть динамику по годам запуска. Для упрощения будем считать, что Merlin первой ступени эквивалентен Merlin Vac второй ступени.
Вот график запусков Falcon9 и Falcon Heavy. У F9 один многоразовый блок первой ступени с 9-ю двигателями плюс один всегда расходный Merlin Vac второй ступени, у FH - три блока и одна вторая ступень.
Видим, что по мере развития многоразовости количество вводимых новых блоков замедляется, и несмотря на серьезный рост количества запусков, количество произведенных двигателей Merlin не растет. Для 2021 года я взял оценку в 30 запусков, хотя год еще не закончился и в этом году пока ввели только один новых блок.
На 2022 в бэклоге стоит 38 заказанных запусков (без учета запуска Старлинков) и есть данные по семи уже изготовленным новым блокам, которые видимо будут введены в 2022 году, большая часть из которых для Falcon Heavy.
Интенсивность производства двигателей Merlin в "лучшие времена" достигала в среднем 100-120 в год, а в последние четыре года очень стабильно держится на уровне 75 штук в год.
Это то, что SpaсeX хорошо умеют делать.
2. Давайте поймем реальные количеcтвенные потребности SpaceX в запусках Starship ближайшие годы.
Зайдем опять со стороны Falcon. В бэклоге на 2022-2023 стоит примерно 60 сторонних запусков. Кроме того, для завершения полного развертывания сети Stalink первой фазы необходимо еще вывести примерно 2800 спутников, и с учетом, что спутники версии 1.5 потяжелели это потребует примерно 55 запусков F9. И критически важно закончить эту фазу за пару лет, для обеспечения полного покрытия Земного шара. Итого 115 запусков за два года.
Каковы текущие возможности SpaceX по запускам? В первом полугодии 2021 компания выдала стахановскую серию из 20 запусков с двух площадок. Если экстраполировать на три площадки - то можно делать 60 запусков в год. Но мне кажется, что это предельные цифры. Реальность будет ниже - где-то в районе 45-50 запусков, с учетом необходимости запусков Falcon Heavy, которые требуют переконфигурирования стартового стола и кроме того часто занимают сразу две платформы для посадки.
Выглядит так, что ближайшие два-три года будут предельно занятыми для F9 и всей инфраструктуры. При предельной сосредоточенности пусковых и производственных команд F9 SpaceX физически имеет возможность выполнить текущие заказы и довести развертывание первой фазы Starlink.
Но есть еще вторая фаза Starlink, где заявлены 7500 спутников, и что важно, регулятором FCC четко обозначен дедлайн развертывания половины этого числа спутников к ноябрю 2024.
То есть, за три года, дополнительно надо вывести еще 3750 спутников. Это еще дополнительно 70 запусков Falcon 9, если считать, что аппараты будут иметь массу по 300 кг. Причем, судя по наклонению, все запуски с восточного побережья, где только две площадки. Такую программу уже точно не потянуть на существующей инфраструктуре.
7500 спутников потребуют примерно 25 запусков Starship, это если оценивать грузоподъемности в 100т и массу спутника в 300кг. Но Илон намекает, что старлинки v2.0 будут еще больше.
Кроме того, SpaceX участвует в лунном проекте НАСА по программе HLS, в котором необходимо до 2025 года дважды! (сначала тестовый вариант, затем с людьми) осуществить посадку на Луну. Недоброжелатели утверждают, что каждая такая попытка будет требовать 16 запусков Starship. Илон Маск утверждает, что гораздо меньше. Но давайте пока возьмем "плохой" вариант для оценки. Итого 32 запуска Starship.
Итак, гипотетический план запусков Старшипов примерно такой: 2022 - 5 испытательных, затем в 2023, 2024, 2025 годах по примерно 20 запусков в год - очень похоже на интенсивность полетов F9 предыдущих лет. И это без учета марсианских планов! Кстати, эта цифра хорошо соотносится с масковскими требованиями полета раз в две недели.
За 5 лет развития многоразовости F9 средий налет на бустер составил 3 полета (с ростом от 1 до 10). Это означает, что в ближайшие три года необходимо произвести примрено 20 полноценных систем Старшип-Суперхэви, которые будут использовать по 39 двигателей Raptor. Следовательно, необходимо выйти на среднее производство 260 двигателей в год для 6-7 систем в год.
Судя по происходящему на площадках Starbase уже сейчас мощности обеспечивают объем производства корпусов Старшипа и Суперхэви для реализации такой программы. За пять месяцев, с декабря 2020 по май 2021 мы были свитетелями 5 запусков полноразмерного Старшипа, с практически полным комплектом авионики. За 2021 год, SpaceX произвел 3 бустера Суперхеви, кроме того наварил кучу баков старшиповского формфактора для криогенной стартовой инфраструктуры. Есть вопросы по теплозащитному покрытию корабля Старшипа, но пока основным бутылочным горлышком программы видится именно производство двигателей Раптор.
Что мы можем сказать о нынешней скорости производства Raptor? В 2019-м году появился первый полноразмерный двигатель, к концу того года Илон хвастался экземпляром номер 17. Зимой-весной 2021, во время полетов на 10км светились двигатели с номерами больше 50. К концу 2021-го года номера двигателей перевалили уже за сто.
Но пока мы можем говорить о достигнутой скорости производства (и испытания) примерно 40-50 штук в год. А надо в 6 раз больше произвести уже в 2022 году!
Двигатель Raptor сложнее и больше Merlin. Можно оценить трудозатраты по-масковски, по массе высокотехнологичного металла: 1500кг Raptor против 470кг Мерлин - разница в три раза!
Подводим итог:
SpaceX для сохранения динамики развития и выполнения своих ближайших планов нужно за полгода-год выйти на уровень производства и испытания летных двигателей Raptor порядка 260 штук в год, что в более чем в три раза больше по количеству, чем текущее производство Мерлинов. Именно поэтому в МакГрегоре построили аж три испытательных стенда для Рапторов и изучают возможности организации стендов в районе Бока Чика.
Ну а по сложности и затраченным усилиям программа производства Раптор уже в ближайшее время должна быть в 10 раз масштабнее мерлиновской!
Сложная задача. Именно поэтому Илон так давит.