Как космос превратился из клуба для великих держав в игровую площадку для энтузиастов

В прошлом ноябре ракета, сделанная из списанной американской МБР, взлетела с виргинского космодрома Уоллопс, неся вместо ядерной боеголовки для удара по Советскому Союзу 29 маленьких спутников для земной орбиты. Среди них был и спутник TJ3Sat, созданный учениками специализированной школы с научно-техническим уклоном имени Томаса Джефферсона, которая находится в соседнем округе Фэрфакс.

Это сравнительно простой — по космическим стандартам — аппарат. Он немногим больше банки супа и весит всего пару фунтов. Его главная задача — получать текстовые сообщения школьников, преобразовывать их в голосовые и передавать на частотах любительской радиосвязи. В сущности, это демонстрационный проект — как и советский «Спутник-1» с его «бипами». 

Школа имени Джефферсона — учебное заведение со строгим отбором даже по крайне высоким меркам своего округа. Спутниковый проект в большой мере финансировали известные космические компании, заодно поделившиеся с его участниками технической информацией. Другими словами, если кто-то из школьников и мог бы запустить свой спутник, то это — ребята из «Джефферсона», и в любом случае сделали они это с чужой помощью. Однако, как бы то ни было, они все-таки это сделали. Между тем 30 лет назад для такого нужно было быть либо крупной страной, либо очень крупной компанией.

До недавнего времени орбитальное пространство было клубом для избранных. Советский Союз, а затем Россия, Соединенные Штаты, некоторые европейские страны, Япония и Китай были единственными, кто создавал большие спутники, и только у них имелись ракеты, способные доставить на орбиту серьезный груз. Каждый, кто хотел, отправить что-нибудь (или кого-нибудь) крутиться вокруг планеты, должен был договариваться с ними.

Однако сейчас этот клуб расширяется. За последние годы свои первые спутники на орбиту вывели Боливия, Венгрия, Белоруссия и Литва — страны, не славящиеся ни передовыми технологиями, ни космическим опытом. Кроме того свои спутники есть у десятков малоизвестных университетов, исследовательских институтов и фирм. Теперь TJ3Sat стал первым — но явно не последним — школьным спутником. 

Космический полет — штука крайне дорогая, и дороже всего в работе со спутником вывод его на орбиту. Разработка, строительство и испытания ракеты обходятся в миллиарды — а иногда и в десятки миллиардов - долларов. International Launch Services — американская дочерняя компания российского предприятия, строящего ракеты «Протон», — взимает, по данным отраслевой консалтинговой фирмы Seradata, примерно по 100 миллионов долларов за запуск каждого большого спутника. Крайне надежные ракеты Ariane-5, французская компания Arianespace продает и запускает из Французской Гвианы по цене около 210 миллионов долларов за пуск. В целом, самые дешевые варианты доставки на орбиту обходятся приблизительно в 5 тысяч долларов за фунт груза. 

В отрасли принято считать, что, когда цены спустятся ниже тысячи долларов за фунт, рынок начнет расти по экспоненте и это приведет к орбитальной революции. Еще 20 лет назад этот порог выглядел недостижимым, но одна компания намерена достичь его уже в этом году. Результатом может стать демократизация доступа в космос на радость школьникам, студентам, ученым, бизнесу — и правительствам, которые строят на «последний рубеж» большие планы. 

* * *

Сильнее всего орбитальной революции способствует тот факт, что спутники уменьшаются и дешевеют, а их возможности увеличиваются. Миниатюризация электроники создает новые рынки маленьких спутников с большими возможностями. Их называют микроспутниками или наноспутниками «Мы наблюдаем активный рост в сегменте до 10 килограммов, — отмечает старший аналитик консалтинговой компании Futron Джефф Фауст (Jeff Foust). — Многие университетские разработки весят не больше килограмма. При этом еще несколько лет назад большая часть микроспутников весила 100 килограммов». 

Отчасти дело в том, что революция в электронике, наконец, добралась до космических технологий. Так как создавать и запускать спутники стоит очень дорого, их приходится крайне тщательно тестировать, проверяя, выдержат ли они полет, вакуум, космическую радиацию и смогут ли работать в условиях, в которых исправлять неполадки почти невозможно. Никто не хочет объяснять, почему сорвался проект стоимостью в миллионы долларов. Поэтому прогресс на Земле достигает небес далеко не сразу. Однако теперь свою устойчивость к космическим условиям доказало множество технологий. Фактически, несколько спутников были сделаны из комплектующих для смартфонов. Это дает возможность использовать готовые компоненты маленького размера. В результате спутники стало дешевле создавать и дешевле запускать. 

Их последнее поколение стало таким дешевым — по оценке Фауста, компоненты для такого аппарата стоят от 30 тысяч долларов, что появились возможности финансировать создание спутника из необычных источников. Сейчас атмосферные условия уже отслеживают несколько спутников, которые были запущены благодаря сбору средств. На подходе спутник, который должен будет отслеживать астероиды. И хотя эти дешевые спутники не столь прочны, как их большие предшественники, и работают не так долго, их намного проще заменять. «Маленькие спутники дешевле и могут больше, — считает вице-президент компании Sierra Nevada Corp., занимающейся строительством космических аппаратов, Марк Сиранджело (Mark Sirangelo). — Когда снизится стоимость запуска, станет проще постоянно менять их, чем запускать большой спутник, который будет работать 20 лет без модернизации и постепенно устаревать технологически». 

Стоимость запуска по-прежнему остается камнем преткновения, однако и здесь намечаются перемены к лучшему. 

На рынке пусков — как в Соединенных Штатах, так и за их пределами, — возникает конкуренция. В 2006 году НАСА, десятилетиями строившее ракеты для государства по государственным стандартам, организовало частно-государственное партнерство под названием Commercial Orbital Transportation Services. Правительству нужно было чем-то заменить шаттлы, которые оно собиралось списать в 2011 году и без которых США лишались возможности самостоятельно доставлять космонавтов и грузы на Международную космическую станцию (МКС). Однако вместо того, чтобы разработать точные спецификации для каждого компонента и потом заключать контракты с компаниями, агентство позволило бизнесу предлагать собственные проекты и платило ему, когда эти проекты проходили определенные вехи. «Мы решили провести эксперимент, — объясняет профессор Университета Джорджа Вашингтона Скотт Пэйс (Scott Pace), бывший в то время заместителем главы НАСА. — Для космической отрасли такой подход был абсолютно новым, но для таких отраслей, как железные дороги или авиация, он — совсем не новость. Правительство, фактически, говорит, что оно готово подержать развитие потенциала, а потом выступить в качестве заказчика». 

В результате частные фирмы при поддержке государственных и частных фондов сумели создать две новые ракеты-носителя. Компания SpaceX создала Falcon-9, а компания Orbital Sciences — Antares. Оба аппарата успешно вывели на орбиту космические корабли для доставки грузов на МКС. Новые ракеты в принципе появляются редко, а такой механизм их разработки никогда раньше не использовался. Правительство США уже заключило контракт с обеими компаниями на 20 полетов к МКС и, скорее всего, на этом не остановится. Аналогичный подход используется для создания многоразового корабля, который будет доставлять на станцию и со станции американских космонавтов. Сейчас за этот контракт конкурируют SpaceX, Boeing, и Sierra Nevada. А пока космонавтам приходится использовать корабли «Союз». За доставку каждого американца на станцию российское правительство получает по 50 миллионов долларов.

У этих новых ракет-носителей есть одна необычная черта — они могут коммерчески окупаться независимо от госконтрактов. Цена коммерческого пуска Falcon-9 — 56 миллионов долларов. Это намного дешевле, чем у конкурентов. К настоящему моменту было осуществлено уже восемь таких пусков и заказано примерно 35, причем изрядную часть спроса обеспечивают телекоммуникационные компании. Уже в этом или в следующем году SpaceX планирует запустить ракету Falcon Heavy, способную нести 53 тонны груза. Это будет самая мощная ракета из доступных на рынке. За ее запуск SpaceX планирует взимать 135 миллионов долларов, что близко к переломному для отрасли порогу в тысячу долларов за фунт. Особенно впечатляет, что компания хочет создать давнюю мечту космонавтов — полностью многоразовую ракету-носитель, которая позволит дополнительно уменьшить стоимость полета, так как ее двигательная система не будет уничтожаться по дороге на орбиту. 

Кроме того издержки могут уменьшаться благодаря новаторскому использованию уже имеющихся возможностей. Создавать новые ракеты и спутники трудно, но когда в дело вступает эффект масштаба, дополнительные издержки сокращаются. Самая мощная на настоящий момент ракета — Delta IV Heavy, которую использует United Launch Alliance — это, в сущности, три обычные ракеты Delta IV, соединенные вместе. Правительство США начало закупать разгонные блоки сразу оптом. Falcon-9 стоит так дешево частично именно потому, что на первой ступени она использует девять маленьких двигателей вместо одного большого. Falcon Heavy будет использовать целых три блока. Это, в общей сложности, 27 двигателей. 

За пределами Соединенных Штатов конкуренция тоже нарастает. В Европе и в Японии появились новые средние ракеты-носители (Vega и Epsilon, соответственно). Индия намерена развить коммерческий успех своей ракеты PSLV, уже доставившей на орбиту несколько спутников для европейских правительств и компаний, и выставить на рынок свою новую тяжелую ракету GSLV. Китай, обладающий крайне масштабной и амбициозной космической программой, продолжает предлагать отрасли новые варианты своих ракет «Великий поход». Франция вскоре собирается представить клиентам новую версию Ariane-5 и ее будущую замену — Ariane-6. Россия намерена заменить «Протон» более мощной «Ангарой». Бразилия и Индонезия также всерьез задумались о новых ракетах и космодромах, что может означать скорое появление на этом рынке новых игроков. 

* * * 

В современном мире спутники используются повсеместно. На них держится многое — от GPS до радио (да-да, радио тоже: если вы сегодня слушали NPR, очень вероятно, что сигнал в местный филиал радиостанции передавался через спутник). В результате мы получили отрасль объемом в 300 миллиардов долларов, три четверти которой составляет частный бизнес (хотя граница между ним и государством здесь часто бывает размытой в связи со стратегическим значением таких вещей, как глобальное позиционирование). По данным Союза обеспокоенных ученых, сейчас на орбите присутствуют почти 1100 действующих спутников. Судя по количеству проектов, о которых уже объявлено, к 2022 году их число, должно удвоиться, утверждает отраслевая консалтинговая фирма Euroconsult. При этом постоянно возникают новые проекты, так что на этом отрасль явно не остановится.

Бум в секторе малых спутников демократизирует доступ к космосу, позволяя все большему числу образовательных и научных учреждений пользоваться возможностями орбиты. Только в 2013 году были запущены, в частности, канадский телескоп для обнаружения околоземных объектов (например, астероидов), перуанский датчик для сбора информации о земной атмосфере для радиоастрономов и российский датчик для сбора геомагнитных данных. Всего несколько лет назад эти эксперименты просто были бы невозможны из-за чересчур высокой стоимости. 

Правительства также всерьез интересуются новыми спутниками: Россия, Китай, Индия и Европа создают и укрепляют собственные навигационные спутниковые созвездия, чтобы не полагаться на GPS, контролируемую американскими военными. Несколько стран создали свои спутниковые системы автоматического опознавания, чтобы отслеживать корабли — как из соображений национальной безопасности, так и для обеспечения безопасного судоходства. ВМС Индии запустили в 2013 году спутник, обеспечивающий им защищенную связь с высокой пропускной способностью на больших чем раньше дистанциях. Даже американские Национальное управление военно-космической разведки и Министерство обороны с их огромными спутниками, обошедшимися стране в миллиарды долларов, пользуются плодами космической революции. Их аппетиты в области сбора и передачи данных превосходят даже имеющиеся у них возможности, поэтому им приходится запускать десятки малых спутников, чтобы проверять и улучшать связь, системы раннего предупреждения и спутниковую съемку.

Дешевая информация из космоса может также породить новую категорию потребителей. Сельскохозяйственные предприятия (и даже отдельные фермеры), решающие, что им сеять, смогут заказывать измерения влажности почвы. Мелкие грузоперевозчики смогут регулярно пользоваться надежными и свежими данными о дорожном движении и перекрытии дорог, которые сейчас трудно получать за пределами крупных городов. Дешевые микроспутники могут полностью изменить положение дел с мониторингом происходящего в реальном времени. Это особенно важно, когда речь идет, например, о лесном пожаре или о землетрясении. Правозащитные организации с помощью таких инициатив, как Satellite Sentinel Project, смогут постоянно отслеживать насилие в Судане. Журналисты смогут сразу же увидеть разлив нефти в отдаленном регионе и не полагаться больше в таких вопросах на государственные и корпоративные источники. 

Многие возможности мы пока просто не можем себе представить. В конце концов, персональные компьютеры и дешевые сотовые телефоны не только привели к открытию новых рынков, но и создали потребность в абсолютно новых продуктах. «Это может оказаться хобби или чем-то подобным и почти ни к чему не привести, а может стать шагом к чему-то совсем новому, — полагает Фауст. — Если эта технология распространится и станет доступнее, возникнет множество разных вещей. Большая часть из них просто заглохнет, однако что-то может породить новый Google или Instagram».

Как бы многого мы ни добились в космосе, до сих пор одним из главных факторов космических проектов было стремление избежать рисков. Космос — крайне требовательная среда, которая не прощает ошибок. Любые проекты, связанные с ним, обходились так дорого, а последствия неудачи были так велики, что лишь у немногих были желание и возможность им заниматься. Сейчас ситуация, по-видимому, должна измениться.