Au milieu du 20e siècle, l'homme était fasciné par l'espace. Le lancement du premier satellite, le vol de Gagarine, la sortie dans l'espace, l'atterrissage sur la lune - il nous a semblé un peu plus - et nous nous envolerons vers les étoiles, d'autant plus que d'ambitieux projets d'engins spatiaux interplanétaires existaient. Et en tant que bases sur la lune, les vols vers Mars - c'était quelque chose qui allait de soi.
Mais les priorités ont changé. Les technologies du siècle dernier, bien qu'elles aient permis de mettre en œuvre tout ce qui précède, étaient extrêmement coûteuses. L'expansion dans l'espace basée sur les technologies du siècle dernier nécessiterait une réorientation de toutes les économies des principaux pays du monde pour résoudre ce problème.
L'exploration spatiale intensive nécessite la solution de deux tâches de base: la première est d'assurer la possibilité de lancer des cargaisons massives encombrantes en orbite, et la seconde est de réduire le coût de lancement en orbite par kilogramme de charge utile (PN).
Si l'humanité s'est relativement bien acquittée de la première tâche, alors avec la seconde, tout s'est avéré beaucoup plus compliqué.
Long voyage dans l'espace (et très cher)
Dès le début, les lanceurs (LV) étaient jetables. La technologie du 20e siècle n'a pas permis la création d'un lanceur réutilisable. Cela semble incroyable quand des centaines de millions ou des milliards de roubles / dollars brûlent dans l'atmosphère ou s'écrasent à la surface.
Imaginons que les navires ne seraient construits que pour une seule sortie à la mer, et après cela ils seraient immédiatement brûlés. Dans ce cas, viendrait-elle l'ère des grandes découvertes géographiques ? Le continent nord-américain serait-il colonisé ?
Improbable. Très probablement, l'humanité aurait vécu comme des centres de civilisation isolés.
La possibilité de lancer des cargaisons volumineuses et super-lourdes en orbite basse de référence (LEO) a été mise en œuvre dans le monstrueux lanceur super-lourd américain Saturn-5. C'est cette fusée, capable de transporter 141 tonnes de PN vers LEO, qui a permis aux États-Unis de devenir les leaders de la course à l'espace à l'époque, en livrant des astronautes américains sur la Lune.
L'Union soviétique a perdu la course à la lune parce qu'elle ne pouvait pas créer un lanceur super-lourd comparable à Saturn-5.
Et l'URSS n'a pas pu créer un lanceur super-lourd en raison du manque de moteurs de fusée puissants. Pour cette raison, 30 moteurs NK-33 ont été installés au premier étage du LV N-1 soviétique super-lourd à cinq étages. Considérant l'absence de possibilité de diagnostic informatique et de synchronisation du fonctionnement du moteur à cette époque, ainsi que du fait que, faute de temps et de moyens financiers, des essais de dynamique au sol et au banc d'incendie de l'ensemble du LV ou du premier étage ont été pas effectué, tous les lancements d'essai du LV N-1 se sont soldés par un échec au stade du premier étage.
Une tentative de réduire radicalement le coût de lancement d'un vaisseau spatial en orbite a été le programme de la navette spatiale américaine.
Dans le vaisseau spatial de transport réutilisable (MTKK) de la navette spatiale, deux des trois composants ont été retournés - des propulseurs à combustible solide par parachute éclaboussés dans l'océan et, après vérification et ravitaillement, pourraient être réutilisés, et l'avion spatial - une navette, a atterri sur la piste selon le schéma de l'avion. Dans l'atmosphère, seul un réservoir d'hydrogène et d'oxygène liquides brûlait, dont le carburant était utilisé par les moteurs de la navette.
Le système de la navette spatiale ne peut pas être classé comme un lanceur super-lourd - le poids maximum de la charge utile qu'il a mis en orbite de référence basse (LEO) était inférieur à 30 tonnes, ce qui est comparable aux performances de la charge utile du lanceur russe Proton.
L'Union soviétique a répondu avec le programme Energy-Buran.
Malgré la similitude externe de la navette spatiale et du système Energia-Buran, ils présentaient des différences clés. Si dans la navette spatiale, le lancement en orbite a été effectué par deux propulseurs à propergol solide réutilisables et le vaisseau spatial lui-même, alors dans le projet soviétique Bourane était une charge passive du lanceur Energia. Le lanceur Energia lui-même peut à juste titre être attribué au "superlourd" - il était capable de mettre 100 tonnes sur une orbite de référence basse, seulement 40 tonnes de moins que Saturn-5.
Sur la base du lanceur Energia, il était prévu de créer un lanceur Vulcan avec un nombre de blocs latéraux augmenté à 8 pièces, capable de livrer 175-200 tonnes de charge utile à LEO, ce qui permettrait d'effectuer des vols vers la Lune et Mars.
Cependant, le développement le plus intéressant peut être appelé le projet "Energy II" - "Hurricane", dans lequel tous les éléments devaient être réutilisables, y compris l'avion spatial orbital, le bloc central du deuxième étage et les blocs latéraux du premier étage. L'effondrement de l'URSS n'a pas permis, sans doute, de réaliser ce projet intéressant.
Malgré tout son caractère épique, les deux programmes ont été réduits: l'un - en raison de l'effondrement de l'URSS, et le second - en raison du taux élevé d'accidents de "navettes" qui ont tué une douzaine d'astronautes américains. De plus, le programme de la navette spatiale n'a pas répondu aux attentes en termes de réduction radicale du coût de lancement d'une charge utile en orbite.
Après l'achèvement du programme Energia-Buran, l'humanité n'a plus de lanceurs super-lourds. La Russie n'avait pas le temps pour cela et les États-Unis avaient considérablement perdu leurs ambitions spatiales. Pour résoudre les tâches urgentes actuelles, les lanceurs disponibles pour les deux pays étaient tout à fait suffisants (à l'exception du manque temporaire de la capacité des États-Unis à lancer indépendamment des astronautes en orbite).
L'agence aérospatiale américaine NASA a progressivement réalisé la conception d'un lanceur super-lourd pour résoudre des tâches ambitieuses: comme un vol vers Mars ou la construction d'une base sur la Lune. Dans le cadre du programme Constellation, le lanceur super-lourd Ares V a été développé. Il était supposé que "Ares-5" serait capable d'apporter 188 tonnes de charge utile à LEO et de livrer 71 tonnes de PN à la Lune.
En 2010, le programme Constellation a été clôturé. Les développements sur "Ares-5" ont été utilisés dans un nouveau programme de création d'un LV super-lourd - SLS (Space Launch System). Le lanceur SLS super-lourd dans la version de base devrait être capable de livrer 95 tonnes de charge utile à LEO, et dans la version avec une charge utile accrue - jusqu'à 130 tonnes de charge utile. La conception SLS LV utilise des moteurs et des propulseurs à propergol solide créés dans le cadre du programme de la navette spatiale.
En fait, ce sera une sorte de réincarnation moderne de "Saturne-5", similaire à la fois en termes de caractéristiques et de coût. Malgré le fait que le programme SLS, très probablement, sera encore achevé, il ne révolutionnera ni l'astronautique américaine ni mondiale.
Il s'agit d'un projet délibérément sans issue.
Le même sort attend le projet russe du lanceur super-lourd Ienisseï/Don, s'il est construit sur la base de solutions « traditionnelles » utilisées dans la technologie spatiale.
De manière générale, jusqu'à un certain point, la situation aux États-Unis et en Russie était relativement similaire: ni de la NASA, ni de Roskosmos, nous n'aurions guère vu de solutions de rupture en termes de mise en orbite de la charge utile. Rien de nouveau n'a été vu dans d'autres pays non plus. L'industrie spatiale est devenue très conservatrice.
Les entreprises privées ont tout changé, et c'est tout naturellement que cela s'est produit aux États-Unis, où les conditions les plus confortables pour les affaires ont été créées.
Espace privé
Bien sûr, nous parlons tout d'abord de la société SpaceX Elon Musk. Dès qu'il n'a pas été appelé - un escroc, "manager à succès", "Ostap Petrikovich Mask" et ainsi de suite. L'auteur a lu sur l'une des ressources un article pseudo-scientifique expliquant pourquoi le lanceur Falcon-9 ne volera pas: son corps n'est pas le même, trop fin, et les moteurs ne sont pas les mêmes, en général, il y a un millions de raisons pour lesquelles "non". Soit dit en passant, ces évaluations ont été exprimées non seulement par des analystes indépendants, mais également par des responsables, des chefs de structures d'État et d'entreprises russes.
Musk a été accusé du fait qu'il n'a rien développé lui-même (et qu'il a dû faire toute la documentation de conception lui-même, puis assembler le lanceur lui-même ?), et que SpaceX a reçu beaucoup d'informations et de matériaux sur d'autres projets de la NASA (et SpaceX a dû tout faire à partir de zéro, comme si les programmes spatiaux n'existaient pas aux États-Unis avant lui ?).
D'une manière ou d'une autre, mais le lanceur Falcon-9 a eu lieu, il vole dans l'espace avec une régularité enviable, les premiers étages élaborés atterrissent avec la même régularité, dont l'un a déjà volé 10 (!) Fois. Roskosmos a perdu la majeure partie du marché du lancement de charges utiles en orbite, et après la création de SpaceX du vaisseau spatial habité réutilisable Crew Dragon (Dragon V2) et le marché de la mise en orbite d'astronautes américains.
Mais SpaceX dispose également d'une fusée Falcon Heavy capable de livrer plus de 63 tonnes à LEO. C'est actuellement le lanceur le plus lourd et le plus chargé au monde. Son premier étage et ses boosters latéraux sont également réutilisables.
Un autre milliardaire américain, Jeff Bezos, souffle dans la tête de SpaceX. Certes, ses succès sont certes bien plus modestes, mais il y a quand même des acquis. Il s'agit tout d'abord de la création d'un nouveau moteur méthane-oxygène BE-4, qui sera utilisé dans le lanceur New Glenn et dans le lanceur Vulcan (qui doit remplacer le lanceur Atlas-5). Étant donné qu'Atlas-5 vole désormais sur des moteurs russes RD-180, après l'apparition du BE-4, Roskosmos perdra un autre marché de vente.
Aux États-Unis et dans d'autres pays, il existe des centaines de start-ups pour créer des lanceurs et d'autres types d'avions pour lancer des charges utiles en orbite, des start-ups pour créer des satellites et des engins spatiaux à des fins diverses, des technologies industrielles pour l'espace, le tourisme orbital, et ainsi de suite.
Où tout cela mènera-t-il ?
Au fait que le marché spatial va se développer rapidement, et que la concurrence sur le marché de la mise en orbite d'une charge utile conduira à une réduction significative du coût de sa suppression du calcul pour un kilogramme.
Le coût du lancement de 1 kg de charge utile vers LEO par le système de la navette spatiale ou par la fusée Delta-4 est d'environ 20 000 $. Les lanceurs russes Proton sont capables de livrer des charges utiles à LEO pour moins de 3 000 dollars le kilogramme, mais ces missiles fonctionnent à la diméthylhydrazine asymétrique hautement toxique et sont actuellement hors production. Bon marché, développés en URSS, les Zenits russo-ukrainiens appartiennent aussi au passé.
Le lanceur Falcon-9, à condition que le premier étage de retour soit utilisé, peut lancer une charge utile sur une orbite de référence basse à un coût inférieur à 2 000 $ le kilogramme. Selon Elon Musk, le Falcon-9 peut potentiellement réduire le coût de lancement d'une charge utile à 500-1100 $ le kilogramme.
On pourrait se demander pourquoi est-il maintenant beaucoup plus cher pour les clients de retirer des charges utiles ?
Premièrement, le coût est déterminé non seulement par le coût de lancement, mais également par les conditions du marché - les prix des concurrents. Quel capitaliste renoncerait à un profit supplémentaire ? Il est rentable d'être légèrement inférieur aux concurrents, de conquérir progressivement le marché, plutôt que de dumping sans rien gagner, d'autant plus que dans une industrie aussi critique que le marché des lancements spatiaux, les structures de contrôle soutiendront de toute façon plusieurs fournisseurs, même si l'un a prix plusieurs fois plus élevés que le concurrent.
On peut supposer que la baisse de prix de SpaceX ne sera motivée que par l'émergence de concurrents face à Blue Origin avec son lanceur New Glenn ou d'autres sociétés et pays qui créeront des moyens de lancer des charges utiles à faible coût de lancement.
Cependant, la plupart des start-up et des projets prometteurs sont liés au lancement en orbite d'une charge utile pesant des centaines, au plus un millier de kilogrammes. Cela ne révolutionnera pas l'espace - la construction de quelque chose de grand nécessitera des lanceurs réutilisables lourds et super-lourds avec un faible coût de lancement d'une charge utile en orbite. Et ici, comme on l'a déjà vu plus haut, tout est triste.
Tout sauf le projet le plus important de SpaceX, un vaisseau spatial Starship entièrement réutilisable avec un premier étage Super Heavy entièrement réutilisable
Super lourd réutilisable
La différence entre Starship (ci-après dénommé Starship en tant que combinaison de Starship + Super Heavy) de tous les autres lanceurs est que les deux étages sont réutilisables. Dans le même temps, la charge utile du vaisseau spatial sur une orbite de référence basse devrait être de 100 tonnes, c'est-à-dire qu'il s'agit d'une fusée super lourde à part entière. Pour Starship, SpaceX a développé de nouveaux moteurs Raptor méthane-oxygène à cycle fermé uniques avec gazéification complète des composants.
SpaceX prévoit de remplacer tous ses lanceurs par le Starship, y compris le très réussi Falcon 9. Habituellement, le lancement d'une fusée super lourde coûte extrêmement cher - de l'ordre d'un milliard de dollars. Pour maintenir le coût de lancement bas, SpaceX prévoit d'utiliser les deux étages plusieurs fois - 100 lancements chacun, et peut-être plus. Dans ce cas, le coût baissera de près de deux ordres de grandeur - jusqu'à dix millions de dollars par lancement. Compte tenu de la charge maximale de 100 tonnes, nous obtiendrons le coût d'amener la charge utile à LEO à hauteur d'environ 100 (!) Dollars par kilogramme.
Bien sûr, les étages retournés nécessiteront une maintenance, des remplacements de moteurs après 50 démarrages, un ravitaillement en carburant, des services au sol devront être payés, mais Starship lui-même coûtera très probablement moins d'un milliard de dollars, et ses technologies de production et de maintenance seront continuellement améliorées au fur et à mesure que l'expérience est acquise par SpaceX.
En fait, Elon Musk déclare que Starship peut potentiellement atteindre un coût de lancement de charge utile d'environ 10 $ par kilogramme avec un coût de lancement total de 1,5 million de dollars, et le coût de livraison de la cargaison vers la Lune sera d'environ 20-30 $ par kilogramme. mais cela nécessite que le vaisseau spatial soit lancé sur une base hebdomadaire.
Où se procurer de tels volumes ?
Même l'armée n'a tout simplement pas une telle quantité de charge utile, qu'il y a déjà un espace civil - le développement du marché prendra des décennies.
Colonisation de Mars ?
Il n'est guère possible d'en parler sérieusement.
Colonisation de la Lune ?
Plus près, Starship pourrait bien couler le SLS et envoyer une seconde fois les Américains sur la Lune. Mais ce sont des dizaines de lancements, pas des centaines ou des milliers.
Cependant, SpaceX a un plan d'affaires bien plus réel que d'envoyer des colons sur Mars – en utilisant Starship pour transporter des passagers d'un continent à l'autre. Lors d'un vol de New York à Tokyo via l'orbite terrestre, le temps de vol sera d'environ 90 minutes. Dans le même temps, SpaceX prévoit d'assurer la fiabilité opérationnelle au niveau des gros avions de ligne modernes, et le coût du vol - au niveau du coût d'un vol transcontinental en classe affaires.
Les cargaisons peuvent être livrées de la même manière. Par exemple, l'armée américaine s'est déjà intéressée à cette opportunité. Il est prévu de livrer 80 tonnes de fret en un seul vol, ce qui est comparable aux capacités de l'avion de transport C-17 Globemaster III.
Dans l'ensemble: le transport de passagers et de marchandises, la livraison d'astronautes américains sur la lune, et éventuellement vers des objets plus éloignés du système solaire, le retrait des engins spatiaux commerciaux, le tourisme spatial, etc., etc. - SpaceX pourrait bien offrir une réduction du coût de retrait de la charge utile, bien qu'il soit jusqu'à 100 $ le kilogramme.
Dans ce cas, Starship inaugurera une nouvelle ère dans l'exploration spatiale et au-delà.
Perspectives et implications
Starship est considéré avec une certaine méfiance pour le moment. Il semble que tout soit beau sur le papier, et l'expérience de SpaceX parle d'elle-même, mais d'une manière ou d'une autre, tout est trop rose ?
Parfois, on a le sentiment que le potentiel de ce système ne correspond tout simplement pas à l'esprit des dirigeants des forces armées américaines, de la direction de la NASA, des propriétaires et des dirigeants d'entreprises dans une grande variété d'industries. Pendant trop longtemps, le lancement même d'une petite charge utile dans l'espace a entraîné des coûts de plusieurs millions de dollars.
La question est, que se passe-t-il lorsque 100 $ par kilogramme devient réalité ?
Lorsque des personnes instruites du département américain de la Défense comprendront que lancer un char conventionnel en orbite est plus rapide et moins cher que de le transporter par un avion de transport militaire du continent américain vers l'Europe, à quelles conclusions parviendront-ils ?
Non, nous ne verrons pas l'Abrams sur la Lune, mais le char n'est pas la cible, c'est juste un moyen de livrer le projectile à l'ennemi. Et s'il était plus facile d'obtenir ce projectile directement depuis l'orbite ? À quelle vitesse les États-Unis se retireront-ils du Traité de paix sur l'espace extra-atmosphérique s'ils y gagnent un avantage stratégique (dans l'espace) ? À quelle vitesse l'armée américaine commencera-t-elle à migrer en orbite ?
De plus, même les capacités existantes de mise en orbite de charges utiles sous la forme de Falcon-9 et Falcon Heavy, combinées à des technologies de construction massive de satellites, suffiront à brouiller LEO avec des satellites de reconnaissance, de commandement et de communication, ce qui que les États-Unis surveilleront la surface de la planète 24/365. Oubliez les grandes forces de surface, les groupements militaires, les systèmes de missiles terrestres mobiles - tout cela ne sera que des cibles pour les armes à longue portée avec correction de trajectoire de vol.
Le succès de Starship ajoutera un échelon de frappe spatiale à cet ensemble, où la cible sera touchée depuis l'espace quelques dizaines de minutes après avoir reçu une demande. Aucun leader politique au monde ne peut être sûr de savoir qu'une inévitable pluie de tungstène pourrait tomber de l'espace à tout instant.
Au prix de 100 dollars le kilogramme, tous ceux qui ne sont pas trop paresseux - sociétés pharmaceutiques, métallurgiques, sociétés minières - monteront dans l'espace. Nous reparlerons plus tard de l'économie spatiale. Si possible, en lançant et en retirant à moindre coût des cargaisons de l'orbite, l'espace deviendra le nouveau Klondike. Que peut-on dire à propos de 10 dollars le kilogramme…
Il est fort possible que nous assistions en ce moment à un événement historique qui pourrait devenir un tournant dans le développement de l'humanité
Ce processus peut-il s'arrêter ?
Peut-être que l'histoire est imprévisible. La cupidité humaine, la stupidité ou simplement un accident - une chaîne d'échecs peut enterrer n'importe quelle entreprise, la plus réussie. Quelques accidents majeurs de vaisseau spatial avec la mort de centaines de personnes suffisent, et le processus d'exploration spatiale peut à nouveau être fortement ralenti, comme il l'était déjà au XXe siècle.
En cas d'obtention d'un avantage unilatéral dans l'espace, les États-Unis commenceront à mener une politique beaucoup plus agressive qu'aujourd'hui. En l'absence d'opportunité d'assurer la parité dans l'espace, nous pourrions bien glisser au niveau de la Corée du Nord, assis sur une "valise nucléaire" et menaçant de nous miner nous-mêmes, nos voisins et tout le monde en cas de n'importe quoi (ce qui, apparemment, pour des raisons étranges, voire séduit certains).
À cet égard, il est nécessaire d'accorder une attention accrue à l'industrie spatiale, dont l'état pour le moment ne suscite aucun optimisme.
Prenez, par exemple, le projet du lanceur super-lourd "Yenisei" / "Don" - il suffit de regarder toutes les déclarations mutuellement exclusives de divers dirigeants et départements sur ce projet, et il devient clair que personne, en principe, sait pourquoi il est créé, ni ce qu'il est. S'il s'agit du prochain "Angara", le projet peut être fermé maintenant - il ne sert à rien de dépenser l'argent des gens pour cela.
Dans le même temps, la Chine ne reste pas les bras croisés.
En plus de développer des lanceurs traditionnels, ils étudient et adoptent activement l'expérience américaine, n'hésitant pas à copier directement. Tout est juste en matière de sécurité nationale.
Lors de la Journée nationale de l'espace, l'Institut chinois de recherche sur les fusées a évoqué le projet d'un système de fusée suborbitale, qui devrait transporter des passagers d'un point de la planète à un autre en moins d'une heure.
On peut dire que jusqu'à présent ce ne sont que des dessins, mais la Chine a récemment prouvé à plusieurs reprises sa capacité à rattraper les leaders dans diverses branches de la science et de l'industrie.
Il est également temps pour la Russie de mettre de côté la confusion et les hésitations dans l'industrie spatiale, de formuler clairement des objectifs et d'assurer leur mise en œuvre par tous les moyens.
Si la Chine et la Russie peuvent rivaliser avec les États-Unis dans l'espace à un nouveau niveau technologique, alors les orbites basses ne seront qu'un début, et l'humanité entrera en effet dans une nouvelle ère, qui n'existe jusqu'à présent que dans les pages des romans de science-fiction.
