Что не так с ракетной программой Маска
Поклонники технического гения и инноватора Илона Маска рассказывают нам, как ловко частный бизнес натянул государственные структуры в деле освоения космоса, и как прекрасны ракеты SpaceX на фоне керосиновых бидонов от Роскосмоса.
Однако правда состоит в том, что пока что Маск не сделал ничего сверх достижений СССР еще 60-х годов — то есть он лишь повторяет то, что было сделано 50-60 лет назад довольно отсталым технически СССР. И его ракеты, между прочим, летают на том же самом керосине и кислороде, что и гагаринская Р-7. Скажу больше — двигатели «Мерлин», используемые Маском, технически не более продвинуты, чем древние РД-107 с королёвской «семерки», это всё те же примитивные моторы с открытым циклом и довольно низким давлением в камере сгорания (около 90 атм). Для сравнения — в СССР уже в древних НК-33 использовалось давление 147 атм и закрытый цикл, соответственно эти моторы имели бОльший удельный импульс.
НК-33 отработал без съёма со стенда 16 пусков, наработал 15 тысяч секунд (4 часа 10 минут). Двигатель НК-33 имеет чрезвычайно высокую надежность — 999,4. И это, еще раз повторю — старьё 1960-х годов. Сейчас русские дошли уже до давлений в 270 атм на той же кислородно-керосиновой топливной паре. А что же Илон? А у Илона технологии 60-х годов, только с прикрученными сбоку китайскими компьютерами.
Хуже того — двигатель «Мерлин» основан на конструкции, разработанной НАСА во времена программы «Аполлон». Это в чистом виде мотор 60-х годов, причем даже для того времени он был отнюдь не передовым. Маск просто украл эту старую конструкцию и немного адаптировал ее к современным материалам.
ЕДИНСТВЕННОЕ собственное техническое достижение Илона Маска в ракетной технике — это посадка первой ступени ракеты на баржу. Достижение довольно сомнительное, прямо скажем.
Идеи с многоразовыми ракетными ступенями совсем не новость, они были опробованы в том же СССР (да и в США) опять же в 60-е годы, и от них быстро отказались ввиду экономической бессмысленности, стоимость переборки и повторных испытаний моторов, в которые заложен ресурс для многоразовости — получается сопоставима со стоимостью одноразовых серийных моторов. Хуже того — многоразовые моторы становятся кратно дороже одноразовых уже именно потому, что выпускаются кратно меньшими сериями.
Не поняли? ОК, я поясню. Специфика производства ракетных двигателей — в том, что основная доля их себестоимости приходится не на материалы, а на амортизацию оборудования, используемого для их производства, и на затраты на разработку и доводку. Оборудование очень специфично, и как правило непригодно для выпуска чего-либо другого, кроме ракетных двигателей, при этом его мощность при современных объемах запусков ракет избыточна в десятки раз.
В общем, картина выглядит так — если выпускать в год 10 двигателей, они будут стоить, скажем, по 10 миллионов баксов за штуку, а если выпускать 100 двигателей — они будут стоить по 1.5 миллиона за штуку. Если выпускать тысячу двигателей — их себестоимость легко может оказаться ниже 1 миллиона, и сильно ниже — скажем, около 500 тыщ за штуку.
Другими словами — делая ракетный двигатель многоразовым, при нынешней частоте полетов вы почти не выигрываете в его цене, разнесенной на число полетов (ведь число полетов остается тем же самым, а моторов надо меньше — и они окажутся пропорционально дороже). Но далеким от производства реактивных моторов и вообще техники лохам кажется, что всё наоборот — полеты станут дешевле, ведь стоимость мотора размажется на много запусков. Именно на этом заблуждении Илон Маск и паразитирует.
Ну а многоразовые корпуса ракет со всеми магистралями и модулями — это вообще идея, граничащая с бредом. Конструкции ступеней испытывают экстремальные напряжения при полете, при этом их делают предельно облегченными. Если закладывать ресурс на несколько полетов — это утяжеляет ступень, и очень заметно, а там каждый килограмм на счету. После полета ступень надо разбирать и проводить инспекцию всего — иначе надежность будет хреновая. Ракета — это не автомобиль и даже не самолет.
Практически никто из обывателей никогда не задумывался, отчего торпеда на несколько порядков дешевле подводной лодки, а плавает глубже и быстрее?
Да-да, она дешевле вот именно благодаря одноразовости.
Когда торпеду делают многоразовой (в США это практикуется даже для тепловых топред Mk48) — у них, во-первых, серьезно снижают режимы (то есть многоразовая практическая торпеда, даже лишенная полезной нагрузки напрочь — идет медленнее боевой и на меньшую дальность), а во-вторых, каждое такое изделие после каждого использования разбирают, и проводят такой объем работ по обслуживанию и переборке, что его ценник сопоставим с ценником новой серийной торпеды. Экономия от 10-разового использования Mk48 получается совсем невеликой даже при чудовищном американском ценнике торпеды, при этом надежность изделия на повторных пусках падает драматически (но для обучения это считается приемлимым).
В России никто не сошел с ума настолько, чтобы делать многоразовыми тепловые торпеды. Но электрические торпеды — да, есть многоразовые. В них даже серебряные батареи заменены на обычные свинцово-кислотные аккумуляторы, и мощность мотора урезана двое и даже втрое от боевого режима.
Так вот — то, что пытается делать Маск, напоминает идею сначала сделать многоразовую торпеду, а потом на ней катать пассажиров, вместо подводной лодки. Это техническая дурость и кончится это трупами — но биржевым спекулянтам пофигу. Пипл же хавает, акции растут.
Проблема тут именно в многоразовости, ну и в требуемой надежности при сохранении многоразовости и приемлимом объеме обслуживания, которое неизбежно из-за требований надежности.
В СССР во время войны качество изготовления торпед было такое хреновое, что около трети их подыхали при первом же пуске, не дойдя до цели — какая уж там многоразовость. Но даже такой процент отказов в 30-35% для одноразового изделия никого в общем-то не напрягал.
А теперь прикинь, товарищ, что было бы, если бы при каждом выходе в море треть подлодок тонула? Ощущаешь, как меняются требования к надежности агрегатов, к запасу прочности и так далее?
Так вот — современная ракета она как торпеда, одноразовая — и именно одноразовость делает ее эффективной и при этом достаточно надежной даже для запуска в космос человеков. При этом хитрые совки всё равно подстраховали человеков аварийной системой спасения — которая реально работает и уже спасала людей. В том числе и сравнительно недавно.
А что же у Илона? А у Илона текущий унитаз на потолке и кривая система спасения в Драгоне, которая ни разу никого не спасла, и многоразовые ракеты, которые весело взрываются уже при подготовке к старту (привет спутнику Цукерберга).
Уровень технических решений — убогий. Причем проблема именно в непонимании комплексности систем — каждое отдельное техническое решение в ракетах Маска, благодаря современным материалам и технологиям, кажется хорошим, но всё вместе выглядит сделанным на коленке в гараже, наворочена куча без понимания того, как оно вместе будет действовать.
В том, что делает Маск со своей SpaceX — нет никакого настоящего технического прогресса. Это косплей того, что было сделано 60 лет назад — только с громким пиаром и с пафосными заявлениями, рассчитанными на дилетантов.
Нормальные ракеты летают вот так:
https://youtu.be/F-A2ShK6Cmc
Это недавний (5 февраля) пуск Союза-2.1а из Плесецка. В интересах военных.
А в это время в США запуск РН «Астра» был отменен за семь секунд до старта. Уже двигатели зажгли — и тут бац, авария, срочное гашение. Чудом удалось избежать взрыва ракеты.
Запуск первоначально предполагалось провести еще субботу. Однако в связи с неполадками в работе наземного радара на стартовом комплексе он дважды переносился на сутки.
Свой первый и единственный успешный запуск компания совершила в октябре прошлого года. Тогда ракета-носитель Rocket 3.2 стартовала на орбиту с экспериментальным аппаратом в интересах Космических сил США с Тихоокеанского космического комплекса на острове Кадьяк (штат Аляска). До этого американский космический стартап Astra Space, начавший испытание своих легких носителей в 2018 году, не совершил ни одного успешного запуска. Все они были неудачными.
Вот вам и частный бизнес.

Весьма убедительно! Для меня, по крайней мере, без высшего инженерного.Спасибо.
Убогость ракет Муска еще в ее гаражной конструкции, сваренных латиносами из листового люминиевого сплава и обычных уголков. Оно может и дешево, но легкости и прочности вафельных панелей как у Ангары не заменяет. И по моему РД-107 более продвинутый движок благодаря многокамерности, но Муск видимо вдохновился Н-1, где управление вектором задается тягой отдельного двигателя. И то он подсмотрел скорее, ранние ракеты имели другое расположение в квадрат, а не круг. В сумме у Ололона получилась чудовищно-неэффективная ракета с мутной грузоподъемностью. В принципе простить можно как пилотному проекту. И тут начинается самое интересное с закрытым циклом. Движок явно очень сырой, с ним постоянно возникают какие-то траблы. Почему то его не вписали в национальную космическую программу по замене РД-180, поставив на еще более гнилой двигатель Безоса. Хотя по бодрым рапортам дела идут успешно, а всякие совестливые престарелые фаната в свое время стращали о конце клятого Роскосмоса. Мол вот глядите как надо.
По кораблю говорить тоже можно долго, но факт передранной у Союза спускаемой капсулы характеризует. Правда непонятно для чего двигатели сунули на нее, ибо спасательную систему выгоднее отстрелить, а остановить перед посадкой лучше с помощью парашютно-реактивной системы. Все отработано десятилетиями, реально работало и показало преимущества. Так же мне интересно отсутствие деления на отсеки. Не для того чтобы комфортно производить акты дефекации, а для безопасности в первую очередь. Зато набить народ как кильку в бочку не забыли.
Это всё так. Вот иллюстрация — это бак УРМ ракеты Ангара. Эти вот «клеточки» — отфрезерованы из цельного листа дюраля, они одновременно выполняют роль рёбер жесткости и успокаивают болтанку топлива внутри бака.
Конструкция дорогая, но обеспечивает высокие характеристики.
А вот бак ракеты УР-100:
Тут всё гораздо дешевле. Вафельки на стенках получены штамповкой, затем стенки с вафельками сварены точечной сваркой с гладким листом внешней обшивки. Для демпфирования волн топлива используются простые рифленые перегородки.
В баке ракеты Р-7 даже вафелек нету — просто гладкие стенки со шпангоутами, и легкие продольные перегородки:
В том числе и поэтому ракета Р-7 до сих пор летает и стоит так дешево.
А вот так выглядит бак ракеты Falcon-9:
Собственно, это упрощенная конструкция, содранная с одноразового бака системы Шаттл. Только там бак был сильно больше размером.
Смешно сказать — но шпангоуты собираются из гнутых кусков на болтах. Да-да — болты внутри баков, причем я не вижу, чтобы их чем-либо контрили. Ололон такой Ололон. Что будет, когда болт открутится и попадет в турбину насоса двигателя — Ололон не задумывается.
Какого насоса?
Ё-насоса! Щютка. Турбонасосного агрегата ракетного двигателя. Возможно что-то типа фильтра стоит, но сопротивление тот начинает создавать немалое с мелкими ячейками, ибо качает энта штука по очень много литров в сек. А шоб не сложилась в лепешку из-за образующегося вакуума подкачивают хазы в баки. Все вроде просто, но и нет.
Видишь, Ванёк — даже Кугель знает, что любой порядочный жидкостный реактивный двигатель имеет насосы — для топлива и окислителя. В некоторых ракетах эти насосы электрические, но в основном это трубонасосы — их крутит газовая турбина. Причем мощность этой турбины нехилая, потому что жижа в двигатель качается тоннами.
По этой причине ставить фильтры и сетки в магистрали не представляется возможным — двигатели Фалкона-9 жрут в районе тонны горючего В СЕКУНДУ. Прикинь, какой это поток. Скорость жижи в трубах — огромная, а колесо насоса вращается со скоростью, скажем, 90.000 оборотов в минуту. Соответственно болтик, попавший в турбинное колесо насоса, разнесет там всё в клочья.
Русские инженеры это знают, и поэтому в баках ракеты нет никаких болтов. Только сварка или, в крайнем случае, заклепки. На фото с баком Ангары чуваки как раз варят шпангоуты внутри бака.
Всё-таки ракета Astra прямо противоположна Falcon-у Маска. Принципиальная одноразовость, предельная простота и дешевизна. Но зато пускается из контейнера (чуть ли не с колёс — в идеале, конечно). Стоимость: 2.5 М$ за 150 кг — для кого-то может быть интересна.
Если надёжность подтянут. А вот с этим — собственно, как и всегда — проблемы…
PS. Достижение Маска не в сверхсовременной ракете, а в организации серийного производства дешёвых (по американским меркам) РН.
А вот с дешевизной-то ты не угадал. Один пуск Фалкона-9 обходится примерно в 60 мегабаксов. А для правительства, когда ракету собирают из надежных комплектующих и тестируют — как бы не вдвое дороже.
Пуски ракеты Союз-2.1 продают по 38 мегабаксов. Надежность практически абсолютная.
Так я про Астру — у неё обещают 2.5 М$ за пуск. Правда, выводит она всего 150 кг (что в пересчёте на тонны Союза-2.1 сверхдорого). Но если надо срочно запустить 1 спутник, то почему бы и нет?