Di pertengahan abad ke-20, umat manusia terpesona oleh ruang angkasa. Peluncuran satelit pertama, penerbangan Gagarin, perjalanan ruang angkasa, pendaratan di bulan - tampaknya sedikit lebih - dan kami akan terbang ke bintang-bintang, terutama karena proyek pesawat ruang angkasa antarplanet yang ambisius memang ada. Dan sebagai pangkalan di bulan, penerbangan ke Mars - itu adalah sesuatu yang diterima begitu saja.
Tapi prioritas telah berubah. Teknologi abad terakhir, meskipun memungkinkan untuk menerapkan semua hal di atas, sangat mahal. Ekspansi ke luar angkasa berdasarkan teknologi abad terakhir akan membutuhkan reorientasi semua ekonomi negara-negara terkemuka di dunia untuk mengatasi masalah ini.
Eksplorasi ruang angkasa yang intensif membutuhkan solusi dari dua tugas dasar: yang pertama adalah memastikan kemungkinan peluncuran kargo besar-besaran ke orbit, dan yang kedua adalah mengurangi biaya peluncuran ke orbit per satu kilogram muatan (PN).
Jika umat manusia mengatasi tugas pertama dengan relatif baik, maka dengan yang kedua - semuanya menjadi jauh lebih rumit.
Perjalanan panjang ke luar angkasa (dan sangat mahal)
Sejak awal, kendaraan peluncuran (LV) adalah sekali pakai. Teknologi abad ke-20 tidak memungkinkan penciptaan kendaraan peluncuran yang dapat digunakan kembali. Tampaknya luar biasa ketika ratusan juta atau miliaran rubel / dolar terbakar di atmosfer atau jatuh di permukaan.
Mari kita bayangkan kapal-kapal itu akan dibangun hanya untuk satu pintu keluar ke laut, dan setelah itu akan langsung dibakar. Dalam hal ini, apakah era penemuan geografis yang hebat akan datang? Akankah benua Amerika Utara dijajah?
Tidak sepertinya. Kemungkinan besar, umat manusia akan hidup sebagai pusat peradaban yang terisolasi.
Kemungkinan meluncurkan kargo besar dan super berat ke orbit referensi rendah (LEO) diterapkan di kendaraan peluncuran super-berat raksasa Amerika Saturn-5. Roket inilah, yang mampu membawa 141 ton PN ke LEO, yang memungkinkan Amerika Serikat menjadi pemimpin dalam perlombaan luar angkasa saat itu, mengantarkan astronot Amerika ke bulan.
Uni Soviet kalah dalam perlombaan untuk mendapatkan bulan karena tidak dapat membuat kendaraan peluncur super berat yang sebanding dengan Saturn-5.
Dan Uni Soviet tidak dapat membuat kendaraan peluncuran super berat karena kurangnya mesin roket yang kuat. Karena itu, 30 mesin NK-33 dipasang pada tahap pertama LV N-1 lima tahap super berat Soviet. Mempertimbangkan tidak adanya kemungkinan diagnosa komputer dan sinkronisasi operasi mesin pada waktu itu, serta fakta bahwa, karena kurangnya waktu dan dana, pengujian ground dynamic dan fire bench dari seluruh LV atau perakitan tahap pertama dilakukan tidak dilakukan, semua uji peluncuran LV N-1 berakhir dengan kegagalan pada tahap tahap pertama.
Upaya untuk secara radikal mengurangi biaya peluncuran pesawat ruang angkasa ke orbit adalah program Pesawat Luar Angkasa Amerika.
Di pesawat ruang angkasa transportasi yang dapat digunakan kembali (MTKK), dua dari tiga komponen dikembalikan - penguat bahan bakar padat dengan parasut tercebur ke laut dan, setelah memeriksa dan mengisi bahan bakar, dapat digunakan kembali, dan pesawat ruang angkasa - sebuah pesawat ulang-alik, mendarat di landasan pacu sesuai dengan skema pesawat. Di atmosfer, hanya tangki hidrogen cair dan oksigen yang terbakar, bahan bakar yang digunakan oleh mesin pesawat ulang-alik.
Sistem Space Shuttle tidak dapat diklasifikasikan sebagai kendaraan peluncuran super berat - berat maksimum muatan yang dimasukkan ke orbit referensi rendah (LEO) kurang dari 30 ton, yang sebanding dengan kinerja muatan kendaraan peluncuran Proton Rusia.
Uni Soviet menanggapi dengan program Energi-Buran.
Terlepas dari kesamaan eksternal dari Space Shuttle dan sistem Energia-Buran, mereka memiliki perbedaan utama. Jika di Pesawat Ulang-alik, peluncuran ke orbit dilakukan oleh dua pendorong propelan padat yang dapat digunakan kembali dan pesawat ruang angkasa itu sendiri, maka dalam proyek Soviet Buran adalah muatan pasif dari kendaraan peluncuran Energia. Kendaraan peluncuran Energia itu sendiri dapat dikaitkan dengan "superheavy" - ia mampu menempatkan 100 ton ke orbit referensi rendah, hanya 40 ton lebih kecil dari Saturn-5.
Berdasarkan kendaraan peluncuran Energia, direncanakan untuk membuat kendaraan peluncuran Vulcan dengan peningkatan jumlah blok samping menjadi 8 buah, yang mampu mengirimkan 175-200 ton muatan ke LEO, yang memungkinkan untuk melakukan penerbangan ke Bulan dan Mars.
Namun, perkembangan yang paling menarik dapat disebut proyek "Energi II" - "Badai", di mana semua elemen dapat digunakan kembali, termasuk bidang orbit orbit, blok pusat tahap kedua dan blok samping tahap pertama. Runtuhnya Uni Soviet tidak memungkinkan terwujudnya proyek yang menarik ini.
Untuk semua karakter epiknya, kedua program dibatasi: satu - karena runtuhnya Uni Soviet, dan yang kedua - karena tingginya tingkat kecelakaan "pesawat ulang-alik" yang menewaskan selusin astronot Amerika. Selain itu, program Pesawat Ulang-alik tidak memenuhi harapan dalam hal pengurangan radikal dalam biaya peluncuran muatan ke orbit.
Setelah selesainya program Energia-Buran, umat manusia tidak memiliki kendaraan peluncur super berat yang tersisa. Rusia tidak punya waktu untuk ini, dan Amerika Serikat telah kehilangan ambisi luar angkasanya secara signifikan. Untuk menyelesaikan tugas-tugas mendesak saat ini, kendaraan peluncuran yang tersedia untuk kedua negara sudah cukup (kecuali untuk sementara kurangnya kemampuan Amerika Serikat untuk secara mandiri meluncurkan astronot ke orbit).
Badan kedirgantaraan Amerika NASA secara bertahap melakukan desain kendaraan peluncuran super berat untuk menyelesaikan tugas-tugas ambisius: seperti penerbangan ke Mars atau pembangunan pangkalan di Bulan. Sebagai bagian dari program Constellation, kendaraan peluncuran super berat Ares V dikembangkan. Diasumsikan bahwa "Ares-5" akan mampu membawa 188 ton muatan ke LEO, dan mengirimkan 71 ton PN ke Bulan.
Pada 2010, program Constellation ditutup. Perkembangan pada "Ares-5" digunakan dalam program baru untuk membuat LV - SLS (Space Launch System) yang sangat berat. Kendaraan peluncuran SLS super berat dalam versi dasar harus mampu mengirimkan 95 ton muatan ke LEO, dan dalam versi dengan muatan yang ditingkatkan - hingga 130 ton muatan. Desain SLS LV menggunakan mesin dan booster propelan padat yang dibuat sebagai bagian dari program Pesawat Ulang-alik.
Faktanya, itu akan menjadi semacam reinkarnasi modern dari "Saturnus-5", mirip dengan itu baik dalam karakteristik maupun biaya. Terlepas dari kenyataan bahwa program SLS, kemungkinan besar, masih akan selesai, itu tidak akan merevolusi baik astronot Amerika atau dunia.
Ini adalah proyek buntu yang disengaja.
Nasib yang sama menunggu proyek Rusia dari kendaraan peluncuran super berat Yenisei / Don, jika dibangun berdasarkan solusi "tradisional" yang digunakan dalam teknologi luar angkasa.
Secara umum, sampai titik tertentu, situasi di Amerika Serikat dan Rusia relatif sama: baik dari NASA, maupun dari Roskosmos, kita hampir tidak akan melihat solusi terobosan apa pun dalam hal menempatkan muatan ke orbit. Tidak ada hal baru yang terlihat di negara lain juga. Industri luar angkasa menjadi sangat konservatif.
Perusahaan swasta telah mengubah segalanya, dan sangat wajar jika ini terjadi di Amerika Serikat, di mana kondisi bisnis yang paling nyaman telah diciptakan.
Ruang pribadi
Tentu saja, pertama-tama kita berbicara tentang perusahaan SpaceX, Elon Musk. Begitu dia tidak dipanggil - penipu, "manajer yang sukses", "Topeng Ostap Petrikovich" dan seterusnya dan seterusnya. Penulis telah membaca di salah satu sumber artikel ilmiah semu tentang mengapa kendaraan peluncuran Falcon-9 tidak akan terbang: tubuhnya tidak sama, terlalu tipis, dan mesinnya tidak sama, secara umum, ada sejuta alasan mengapa "tidak". Omong-omong, penilaian semacam itu diungkapkan tidak hanya oleh analis independen, tetapi juga oleh pejabat, kepala struktur dan perusahaan negara Rusia.
Musk dituduh bahwa dia sendiri tidak mengembangkan apa pun (dan dia harus membuat semua dokumentasi desain sendiri, dan kemudian merakit kendaraan peluncurannya sendiri?), Dan bahwa SpaceX menerima banyak informasi dan materi tentang proyek lain dari NASA (dan SpaceX harus melakukan semuanya dari awal, seolah-olah program luar angkasa tidak ada di Amerika Serikat sebelumnya?).
Dengan satu atau lain cara, tetapi kendaraan peluncuran Falcon-9 telah terjadi, ia terbang ke luar angkasa dengan keteraturan yang patut ditiru, tahap pertama yang berhasil mendarat dengan keteraturan yang sama, salah satunya telah terbang 10 (!) Kali. Roskosmos telah kehilangan sebagian besar pasar untuk meluncurkan muatan ke orbit, dan setelah penciptaan SpaceX dari pesawat ruang angkasa berawak yang dapat digunakan kembali Crew Dragon (Dragon V2) dan pasar untuk mengantarkan astronot Amerika ke orbit.
Tetapi SpaceX juga memiliki roket Falcon Heavy yang mampu mengirimkan lebih dari 63 ton ke LEO. Saat ini merupakan kendaraan peluncuran muatan terberat dan paling banyak di dunia. Tahap pertama dan penguat sampingnya juga dapat digunakan kembali.
Miliarder Amerika lainnya, Jeff Bezos, bernafas di belakang kepala SpaceX. Tentu saja, sementara keberhasilannya jauh lebih sederhana, tetapi masih ada prestasi. Pertama-tama, ini adalah pembuatan mesin metana-oksigen baru BE-4, yang akan digunakan di kendaraan peluncuran New Glenn dan di kendaraan peluncuran Vulcan (yang akan menggantikan kendaraan peluncuran Atlas-5). Menimbang bahwa Atlas-5 sekarang terbang dengan mesin RD-180 Rusia, setelah kemunculan BE-4, Roskosmos akan kehilangan pasar penjualan lainnya.
Di Amerika Serikat dan di negara lain, ada ratusan perusahaan rintisan untuk membuat kendaraan peluncuran dan jenis pesawat lain untuk meluncurkan muatan ke orbit, perusahaan rintisan untuk membuat satelit dan pesawat ruang angkasa untuk berbagai keperluan, teknologi industri untuk ruang angkasa, pariwisata orbital, dan seterusnya dan seterusnya.
Ke mana semua ini akan mengarah?
Fakta bahwa pasar luar angkasa akan berkembang pesat, dan persaingan di pasar untuk menempatkan muatan ke orbit akan menyebabkan pengurangan yang signifikan dalam biaya pemindahannya dari perhitungan untuk satu kilogram.
Biaya peluncuran 1 kg muatan ke LEO oleh sistem Space Shuttle atau roket Delta-4 adalah sekitar $20.000. Kendaraan peluncuran Proton Rusia mampu mengirimkan muatan ke LEO dengan harga kurang dari $ 3.000 per kilogram, tetapi rudal ini menggunakan dimethylhydrazine asimetris yang sangat beracun dan saat ini sudah tidak diproduksi lagi. Murah, dikembangkan di Uni Soviet, Zenit Rusia-Ukraina juga ketinggalan zaman.
Kendaraan peluncuran Falcon-9, asalkan tahap pertama kembali digunakan, dapat meluncurkan muatan ke orbit referensi rendah dengan biaya kurang dari $ 2.000 per kilogram. Menurut Elon Musk, Falcon-9 berpotensi menekan biaya peluncuran muatan hingga $500-1100 per kilogram.
Orang mungkin bertanya, mengapa sekarang jauh lebih mahal bagi pelanggan untuk mengambil muatan?
Pertama, biaya ditentukan tidak hanya oleh biaya peluncuran, tetapi juga oleh kondisi pasar - harga pesaing. Kapitalis mana yang akan memberikan keuntungan ekstra? Adalah menguntungkan untuk menjadi sedikit lebih rendah daripada pesaing, secara bertahap menangkap pasar, daripada membuang tanpa menghasilkan apa-apa, terutama karena dalam industri kritis tertentu seperti pasar peluncuran luar angkasa, struktur pengendalian bagaimanapun akan mendukung beberapa pemasok, bahkan jika ada yang memiliki harga beberapa kali lebih tinggi dari pesaing.
Dapat diasumsikan bahwa penurunan harga SpaceX hanya akan didorong oleh munculnya pesaing di hadapan Blue Origin dengan kendaraan peluncuran New Glenn-nya atau perusahaan dan negara lain yang akan menciptakan sarana untuk meluncurkan muatan dengan biaya peluncuran rendah.
Namun, sebagian besar proyek rintisan dan menjanjikan terkait dengan peluncuran muatan dengan berat ratusan, paling banyak seribu kilogram, ke orbit. Ini tidak akan merevolusi ruang angkasa - membangun sesuatu yang besar akan membutuhkan kendaraan peluncuran yang dapat digunakan kembali yang berat dan super berat dengan biaya rendah untuk meluncurkan muatan ke orbit. Dan di sini, seperti yang telah kita lihat di atas, semuanya menyedihkan.
Semuanya kecuali untuk proyek terpenting SpaceX, pesawat luar angkasa Starship yang sepenuhnya dapat digunakan kembali dengan tahap pertama Super Heavy yang sepenuhnya dapat digunakan kembali
Dapat digunakan kembali super berat
Perbedaan antara Starship (selanjutnya disebut Starship sebagai kombinasi Starship + Super Heavy) dari semua kendaraan peluncuran lainnya adalah bahwa kedua tahap dapat digunakan kembali. Pada saat yang sama, muatan Starship ke orbit referensi rendah harus 100 ton, yaitu roket super berat yang lengkap. Untuk Starship, SpaceX telah mengembangkan mesin metana-oksigen Raptor siklus tertutup baru yang unik dengan gasifikasi komponen penuh.
SpaceX berencana untuk mengganti semua kendaraan peluncurannya dengan Starship, termasuk Falcon 9. Biasanya meluncurkan roket super-berat sangat mahal - di urutan satu miliar dolar. Untuk menjaga agar biaya peluncuran tetap rendah, SpaceX berencana untuk menggunakan kedua tahap tersebut berkali-kali - masing-masing 100 peluncuran, dan mungkin lebih. Dalam hal ini, biaya akan turun hampir dua kali lipat - hingga sepuluh juta dolar per peluncuran. Dengan memperhitungkan beban maksimum 100 ton, kita akan mendapatkan biaya membawa muatan ke LEO pada level sekitar 100 (!) Dolar per kilogram.
Tentu saja, tahap yang dikembalikan akan membutuhkan perawatan, penggantian mesin setelah 50 kali start, pengisian bahan bakar, layanan darat perlu dibayar, tetapi Starship sendiri kemungkinan besar akan menelan biaya kurang dari satu miliar dolar, dan teknologi produksi dan pemeliharaannya akan terus ditingkatkan seiring pengalaman diperoleh oleh SpaceX.
Faktanya, Elon Musk menyatakan bahwa Starship berpotensi mencapai biaya peluncuran muatan sekitar $ 10 per kilogram dengan total biaya peluncuran $ 1,5 juta, dan biaya pengiriman kargo ke Bulan akan menjadi sekitar $ 20-30 per kilogram. tapi ini membutuhkan Starship untuk diluncurkan setiap minggu.
Di mana mendapatkan volume seperti itu?
Bahkan militer tidak memiliki muatan sebanyak itu, sehingga sudah ada ruang sipil - pengembangan pasar akan memakan waktu beberapa dekade.
Kolonisasi Mars?
Hampir tidak mungkin membicarakan hal ini dengan serius.
Kolonisasi Bulan?
Lebih dekat, Starship mungkin menenggelamkan SLS dan mengirim Amerika ke bulan untuk kedua kalinya. Tapi ini lusinan peluncuran, bukan ratusan atau ribuan.
Namun, SpaceX memiliki rencana bisnis yang jauh lebih nyata daripada mengirim kolonis ke Mars - menggunakan Starship untuk mengangkut penumpang antarbenua. Saat terbang dari New York ke Tokyo melalui orbit Bumi, waktu penerbangan akan menjadi sekitar 90 menit. Pada saat yang sama, SpaceX berencana untuk memastikan keandalan operasional di tingkat pesawat besar modern, dan biaya penerbangan - pada tingkat biaya penerbangan lintas benua di kelas bisnis.
Kargo dapat dikirim dengan cara yang sama. Misalnya, militer AS sudah tertarik dengan peluang ini. Direncanakan untuk mengirimkan 80 ton kargo dalam satu penerbangan, yang sebanding dengan kemampuan pesawat angkut C-17 Globemaster III.
Secara keseluruhan: transportasi penumpang dan kargo, pengiriman astronot Amerika ke bulan, dan mungkin ke objek yang lebih jauh dari tata surya, penarikan pesawat ruang angkasa komersial, pariwisata ruang angkasa, dan sebagainya dan sebagainya, dan sejenisnya - SpaceX mungkin memberikan pengurangan biaya penarikan muatan, meskipun akan mencapai level $ 100 per kilogram.
Dalam hal ini, Starship akan mengantarkan era baru dalam eksplorasi ruang angkasa dan seterusnya.
Prospek dan implikasi
Starship dilihat dengan kecurigaan saat ini. Tampaknya semuanya indah di atas kertas, dan pengalaman SpaceX berbicara sendiri, tetapi entah bagaimana semuanya terlalu cerah?
Terkadang ada perasaan bahwa potensi sistem ini tidak sesuai dengan pikiran para pemimpin angkatan bersenjata AS, manajemen NASA, pemilik dan manajer perusahaan di berbagai industri. Terlalu lama, meluncurkan bahkan muatan kecil ke luar angkasa berarti biaya jutaan dolar.
Pertanyaannya, apa yang terjadi bila $100 per kilogram menjadi kenyataan?
Ketika orang-orang berpendidikan di Departemen Pertahanan AS memahami bahwa melemparkan tank konvensional ke orbit lebih cepat dan lebih murah daripada mengangkutnya dengan pesawat angkut militer dari benua Amerika ke Eropa, kesimpulan apa yang akan mereka dapatkan?
Tidak, kita tidak akan melihat Abrams di Bulan, tetapi tank bukanlah target, itu hanya cara mengirimkan proyektil ke musuh. Bagaimana jika lebih mudah untuk mendapatkan proyektil ini langsung dari orbit? Seberapa cepat Amerika Serikat akan menarik diri dari Peaceful Outer Space Treaty jika mendapatkan keuntungan strategis di dalamnya (di luar angkasa)? Seberapa cepat militer AS akan mulai bermigrasi ke orbit?
Selain itu, bahkan kemampuan yang ada untuk menempatkan muatan ke orbit dalam bentuk Falcon-9 dan Falcon Heavy, dikombinasikan dengan teknologi untuk konstruksi satelit massal, akan cukup bagi LEO untuk dijejali dengan satelit pengintai, komando dan komunikasi, yang mengarah pada fakta bahwa Amerika Serikat akan memantau permukaan planet 24/365. Lupakan kekuatan permukaan yang besar, pengelompokan militer, sistem rudal darat bergerak - semua ini hanya akan menjadi target untuk senjata jarak jauh dengan koreksi lintasan penerbangan.
Keberhasilan Starship akan menambah eselon serangan luar angkasa ke set ini, di mana target akan dipukul dari luar angkasa dalam beberapa puluh menit setelah menerima permintaan. Tidak ada pemimpin politik di dunia yang dapat merasa percaya diri mengetahui bahwa hujan tungsten yang tak terhindarkan bisa jatuh dari luar angkasa setiap saat.
Dengan harga $ 100 per kilogram, setiap orang yang tidak terlalu malas - perusahaan farmasi, metalurgi, perusahaan pertambangan - akan naik ke luar angkasa. Kita akan berbicara lebih banyak tentang ekonomi antariksa nanti. Jika memungkinkan, dengan murah meluncurkan dan mengeluarkan kargo dari orbit, ruang angkasa akan menjadi Klondike baru. Apa yang bisa kita katakan tentang 10 dolar per kilogram …
Tidak menutup kemungkinan saat ini kita sedang menyaksikan sebuah peristiwa sejarah yang bisa menjadi titik balik perkembangan umat manusia
Bisakah proses ini berhenti?
Mungkin ceritanya tidak bisa ditebak. Keserakahan manusia, kebodohan atau hanya kecelakaan - rantai kegagalan, dapat mengubur semua, usaha yang paling sukses. Beberapa kecelakaan besar Starship dengan kematian ratusan orang sudah cukup, dan proses eksplorasi ruang angkasa dapat kembali diperlambat, seperti yang sudah terjadi pada abad XX.
Dalam hal mendapatkan keuntungan sepihak di ruang angkasa, Amerika Serikat akan mulai mengejar kebijakan yang jauh lebih agresif daripada sekarang. Dengan tidak adanya kesempatan untuk memastikan kesetaraan di ruang angkasa, kita mungkin akan meluncur ke tingkat Korea Utara, duduk di atas "koper nuklir" dan mengancam akan merusak diri kita sendiri, tetangga, dan semua orang jika terjadi sesuatu (yang, tampaknya, untuk alasan yang aneh, bahkan menarik bagi beberapa orang).
Dalam hal ini, perlu untuk lebih memperhatikan industri luar angkasa, yang keadaannya saat ini tidak menimbulkan optimisme.
Ambil, misalnya, proyek kendaraan peluncuran super berat "Yenisei" / "Don" - cukup untuk melihat semua pernyataan yang saling eksklusif dari berbagai pemimpin dan departemen pada proyek ini, dan menjadi jelas bahwa tidak ada seorang pun, pada prinsipnya, tahu mengapa itu diciptakan, atau apa itu, pada akhirnya harus menjadi. Jika ini adalah "Angara" berikutnya, maka proyek dapat ditutup sekarang - tidak ada gunanya menghabiskan uang orang untuk itu.
Pada saat yang sama, China tidak tinggal diam.
Selain mengembangkan kendaraan peluncuran tradisional, mereka secara aktif mempelajari dan mengadopsi pengalaman Amerika, tidak ragu-ragu untuk meniru secara langsung. Semua adil dalam masalah keamanan nasional.
Pada Hari Luar Angkasa Nasional, Institut Penelitian Roket China berbicara tentang proyek sistem roket suborbital, yang akan mengantarkan penumpang dari satu titik planet ke titik lain dalam waktu kurang dari satu jam.
Kita dapat mengatakan bahwa sejauh ini hanya gambar, tetapi Cina baru-baru ini berulang kali membuktikan kemampuannya untuk mengejar para pemimpin di berbagai cabang ilmu pengetahuan dan industri.
Ini juga saatnya bagi Rusia untuk mengesampingkan kebingungan dan kebimbangan dalam industri luar angkasa, merumuskan tujuan dengan jelas dan memastikan implementasinya dengan cara apa pun.
Jika China dan Rusia dapat bersaing dengan Amerika Serikat di ruang angkasa pada tingkat teknologi baru, maka orbit rendah hanyalah permulaan, dan umat manusia memang akan memasuki era baru, yang sejauh ini hanya ada di halaman novel fiksi ilmiah.
