Этой статьей мы начинаем цикл публикаций, посвященных анализу перспектив и возможных направлений развития космической отрасли. Авторы материала — сотрудники Госкорпорации «Роскосмос» и Организации «Агат»: Дмитрий Петрович Смирнов, блок ТЭО средств выведения и наземной космической инфраструктуры, АО «Организация „Агат“»; Сергей Викторович Трощенков — к.ф.-м.н., Департамент реализации программ создания КРК СТК Госкорпорации «Роскосмос»; Игорь Викторович Пшеничников, Департамент перспективных программ и проекта «Сфера» Госкорпорации «Роскосмос».

С началом освоения космического пространства основная борьба в развернувшейся гонке велась между СССР и США. При этом в лучшие годы мировой объем пусков доходил до 140 стартов в год. Начиная со второй половины 1980-х годов происходит снижение их общего количества, во многом связанное с увеличением срока активного существования космических аппаратов, расширением их функциональных возможностей, а также зашедшими в тупик усилиями по снижению себестоимости запусков. Нужно отметить и фактор достижения основных поставленных на тот период целей в космосе.

Четкий нисходящий тренд, усиленный распадом СССР и сокращением объемов финансирования отечественной космической отрасли, продолжался все 1990-е годы.

На новом этапе

Следующая волна интереса к освоению космоса пришла вместе с бурным расцветом информационных технологий. Стремительное развитие навигации, связи, интернета, спутникового телевидения повлекло за собой создание целых группировок космических аппаратов нового типа. На эти группировки сразу же были «завязаны» стратегические и тактические боевые наземные системы. Ведь только тот, кто обладает технологиями такого уровня, способен обеспечить военный паритет, а значит и собственную безопасность.

Все это заставило многие европейские страны, Китай, Индию, Японию и, само собой разу­меется, Россию и США с новой силой включиться в космическую гонку и усиленно развивать собственные космические транспортные системы и группировки спутников различного назначения.

Определяя приоритеты

К настоящему моменту в мире насчитывается около 20 компаний — разработчиков ракет и около 30 эксплуатируемых носителей (не считая модификаций). Каждая страна, обладающая средствами выведения полезной нагрузки на орбиту, выполняет и будет выполнять национальные пуски своими собственными системами, вне зависимости от их стоимости. Логику проследить несложно. Поддерживать свою космическую промышленность — это дело государственной важности, где экономика является весомым, но далеко не всегда исчерпывающим фактором.

В этой части ракетно-космическая отрасль похожа на автомобильную и авиационную. Страна, отстаивающая суверенитет и независимость, просто обязана иметь развитую транспортную инфраструктуру — как наземную, так и воздушную, а уже следствием государственных интересов является коммерческий рынок.

После того, как военные удовлетворили свои потребности в космических аппаратах с современной электронной начинкой и технологии пошли в гражданский сектор, в космос потянулись коммерсанты (телевидение, интернет, связь и т. д.). Нужно учитывать, что не все пуски можно причислять к коммерческим. Фактически к таковым (точнее сказать, к коммерчески доступным) запускам можно относить лишь те, заказчиками которых являются страны, не имеющие собственных ракет, а значит их доля невелика (рис. 2).

Очевидно, что, например, аппараты Starlink не будут отправлены на орбиту никакими другими средствами выведения, кроме как ракетами материнской компании SpaceX.

Слишком дорогой билет

За все время развития космических транспортных систем экономика этих проектов чаще всего не отвечала им взаимностью. Когда космические ракеты перешагнули рубеж в 10 тонн выводимой полезной нагрузки на низкую орбиту, правительства стран стали ощущать легкий дискомфорт от стоимости пуска. Но вот покорилась планка в 20 тонн на ту же высоту — и цена пуска начала не просто тревожить, а вводить в грусть, печаль и тоску.

Самый настоящий шок произошел, когда посчитали, во сколько обойдется серийная доставка 100 тонн на низкую околоземную орбиту, например, ракетой SLS. Вздрогнуло даже правительство США, из-за чего уже который президент пересматривает национальную лунную программу в попытке хоть как-то снизить расходы.

При этом на этапе разработки ракет все производители громко декларируют необходимость оптимальной стоимости пуска и внедряют мысль, что точно будут самыми экономичными. Правда, не очень-то получается.

Немудрено, что прослеживается сильный перекос в соотношении стоимости услуг перевозчика и общей оценки миссии. В среднем цена пуска составляет от 50 до 100 % от стоимости запускаемой полезной нагрузки*. В традиционных отраслях (автомобильной, железнодорожной, авиационной) это значение находится в пределах 10 % от стоимости перевозимого груза с учетом хранения, административных расходов и т. д.

Роста пусков не предвидится

Если создание ряда спутниковых группировок (например, навигации) в целом завершено, то другие орбитальные созвездия продолжают формироваться. Есть и проекты завтрашнего дня, в частности российская программа «Сфера». Если оценивать в мировом масштабе, можно сделать ряд прогнозов.

Спрос на полеты на высокие орбиты (например, ГСО) стабилен из-за необходимости обновлять парк аппаратов, а возможности будут сильно ограничены наличием мест на орбите.

Повышение интереса к запускам на низкие орбиты еще можно будет наблюдать. Но выведение на такие орбиты экономически целесообразно сразу целыми кластерами (в том числе из-за низкой зоны охвата одного аппарата), в связи с чем и этот рынок в ближайшее время перейдет к насыщению.

Кардинальных прорывов в других отраслях экономики, требующих большого числа полетов в космос, пока не просматривается. Поэтому, вероятно, в ближайшее время мировая космическая промышленность в основном сосредоточится на поддержании имеющихся группировок и проведении экспериментов по удешевлению спутниковых услуг связи и интернета для потребителей.

Серьезного роста пусков в наступившем десятилетии не предвидится (рис. 3), если не возникнут технологические прорывы в смежных областях и/или не ускорится гонка вооружений.

Мировая отрасль транспортных космических систем представлена большой номенклатурой ракет, что будет «давить» на стоимость пусков (особенно коммерческих), постепенно ее снижая.

Все страны, обладающие собственными ракетами, будут агрессивно отстаивать свои внутренние рынки (запускать свои национальные и свои «коммерческие» спутники своими ракетами, вводить санкции и т. д.).

Фактически эти прогнозы свидетельствуют о приближении космической промышленности к пределу совершенствования применяемых технологий. В аналогичной ситуации в свое время оказывались практически все мировые отрасли, обеспечивающие перевозки: авиационная, автомобильная, железнодорожная и др. Прежде чем совершить рывок, они тоже достигали технологического предела (или, скорее, предела конструкционных принципов).

Почти всегда скачок в развитии был вызван резким спросом на услуги отрасли (зачастую со стороны военных). А в период затишья и стагнации шло неспешное развитие путем «впитывания» технологий из смежных, наукоемких областей (электроника, химия, материаловедение и т. д.).

В этом плане мировая космическая отрасль не отличается от других. В части развития транспортных систем она находится в общем тренде: «неспешно впитывает» технологии из других областей. И встает закономерный вопрос: а что дальше? Где искать точки роста?

Оглядываясь по сторонам

Если присмотреться к тенденциям в мировой экономике, можно выделить несколько отраслей, самостоятельно формирующих спрос и не требующих сильного стимулирования извне. Под эти критерии явно подходят IT-сфера и фармацевтика/­биотехнологии. Их особенностями являются:

• Огромное влияние на многие отрасли экономики;
• низкий барьер входа на рынок, существенные вложения в НИОКР (для информационных технологий);
• огромные целенаправленные вложения в НИОКР (15–25 % от выручки), в особенности в фармацевтике/биотехнологиях.

На основе этих утверждений можно сформулировать необходимые шаги, способствующие развитию космических транспортных систем:

«Привлекать» в космос как можно больше отраслей экономики, снижая цену за «входной билет» (стоимость выхода в космос). Это, в свою очередь, приведет к удешевлению создания, эксплуатации и поддержания космической орбитальной инфраструктуры и запустит новые волны интереса к деятельности в космосе, что опять же вызовет рост потока желающих и увеличение финансовых оборотов.

Предоставление, в зависимости от потребностей заказчиков, специализированных транспортных и сервисных услуг.

Подходя к многоразовости

Для снижения барьера первое, что напрашивается, — это переход на многоразовые транспортные системы. Человечество всегда создавало сложные и дорогостоящие «вещи» именно в многоразовом исполнении, а одноразовыми становились весьма простые и заурядные изделия. Многоразовость заложена в самой человеческой природе.

Если посмотреть на наиболее отработанные модели ракет тяжелого класса — Atlas V, Space Shuttle, Ariane 5, Delta IV, — созданные в 1980–2000-е годы, то стоимость их пуска превышает планку в 150 млн долл., а запуски Space Shuttle и вовсе начинались с 400 млн долл.

Пуск ракеты-носителя SLS сейчас оценивается примерно в 1 млрд долл. Для сравнения: стоимость нового Airbus A320 равна около 110 млн долл., а дальнемагистрального Airbus A380 — 450 млн долл. Современные новинки, анонсированные в данной весовой категории, — Vulcan, Centaur, Ariane 6 — также смело перешагивают планку в 100 млн долл. за пуск.

Если посмотреть на российские ракеты, то только один запуск ракеты «Протон» сопоставим со стоимостью нового Ил-76, что, с учетом паритета покупательской способности, близко к иностранным аналогам.

По сложности конструкции и производства (например, если оценивать количество деталей и сборочных единиц) современный коммерческий авиалайнер сопоставим с ракетой космического назначения. В то же время они не поддаются сравнению по времени эксплуатации. Авиалайнеры служат по 30–40 лет с налетом по 50-80 тыс. часов за все время работы, а ракеты стартуют один раз со сроком «жизни» около 10 минут красочного полета.

Понятно, что конструкторские решения определяются текущим уровнем развития науки и промышленности. Однако еще в большей степени они зависят от конкретной поставленной задачи. Космическая отрасль появилась, в первую очередь, для достижения военных целей по доставке «одноразовых изделий» на территорию противника. Проще говоря, в то время задача формулировалась так: доставить как можно больший полезный груз. А сколько это будет стоить? Неважно, экономика не самый главный фактор.

Из-за этого конструкторы вынуждены были создавать одноразовые ракеты с отделяющимися частями. Целые инженерные школы выросли, решая задачу именно в такой постановке, сформировав вектор развития космических транспортных систем на десятилетия вперед и заложив этот подход в ментальность современных конструкторов.

Так может пришло время изменить задачу? В новой формулировке она могла бы звучать так: доставить на орбиту груз как можно дешевле. А сколько тонн при этом доставим? Пока неважно, грузоподъемность не самый главный фактор.

Учитывая широкий диапазон коммерческих нагрузок, найдут свою нишу и своих заказчиков любые многоразовые ракеты. А в будущем, возможно, такие ракеты полностью подвинут с пьедестала своих одноразовых «собратьев».