Можно ли добраться до космоса без большой ракеты?

С тех пор, как люди начали выводить спутники на орбиту в 1950-х годах, мы полагаемся на большие, мощные ракеты, способные вырваться из цепких лап гравитации Земли и попасть в космос. Но у больших ракет есть большой недостаток: из-за них космические пуски обходятся дороговато. Запуск ракеты-тяжеловеса Space Launch System будет обходиться NASA в 1 миллиард долларов за каждый запуск. Куда более демократичный запуск Falcon Heavy все равно обойдется в 100-150 миллионов долларов.

Однако на протяжении десятилетий визионеры искали способ попасть в космос, не полагаясь — по крайней мере, не полностью — на ракетную мощь.
 

Один из альтернативных подходов, запуск с воздуха на орбиту, возможно, придет на смену ракету. Stratolaunch, частная космическая компания, основанная соучредителем Microsoft Полом Алленом в 2011 году, имела амбициозный план по развертыванию крупнейшего в мире самолета с размахом крыльев 117 метров. Самолет вроде даже был готов, однако компании пришлось отказаться от большинства своих проектов.

По плану, самолет должен был выходить на высоту 10 668 метров и там выступать в роли высотной пусковой платформы для небольших ракетных устройств. После высвобождения им не пришлось бы преодолевать сопротивление толстых нижних слоев атмосферы, как это делают наземные ракеты, и они попадали бы на орбиту, не сжигая слишком много топлива. В августе 2018 года компания показала четыре разных типа аппаратов, включая многоразовый космоплан, способный перевозить грузы или людей.

Virgin Orbit планировала использовать модифицированный Boeing 747-400 в качестве платформы для ракеты LauncherOne, которая выводила бы спутники на орбиту. В ноябре 2018 года состоялся первый тестовый полет ракеты.

Несколько других, еще более экзотических концепций, пока находятся на чертежной доске. Джеймс Р. Пауэлл, один из авторов концепции сверхпроводящих двигателей-маглевов для поездов середины 60-х, и его коллега по инженерным разработкам Джордж Мейз в течение многих лет выступали за применение этой технологии для запуска космических аппаратов.

Вместо стартовой площадки проект Startram полагался бы на массивную приподнятую пусковую трубу. «Представьте себе маглев в вакуумном туннеле», объясняет Пауэлл. «Поскольку нет никакого воздушного сопротивления, замедляющего аппарат, и нет необходимости перевозить огромные объемы топлива на борту (как в случае с ракетами), будет относительно легко достичь орбитальной скорости в 30 000 километров в час или даже больше. Когда устройство выходит из туннеля на большой высоте (например, на площадке большой горы), оно будет двигаться так быстро, что фактически вылетит на орбиту, и небольшая ракета поможет скруглить ее траекторию. Мы также разработали несколько механизмов, которые будут сохранять вакуум в туннеле после запуска, поэтому его можно будет быстро использовать для следующего пуска. Все важные компоненты системы Startram уже существуют и хорошо изучены».

Пауэлл впервые начал обдумывать использование сверхпроводящих маглевов для запуска космических аппаратов после предложения коллеги из NASA в 1992 году. Сперва он и Мейз разработали концепцию системы на 100 миллиардов долларов, подходящей для пилотируемых космических запусков, в которой труба будет подниматься при помощи массивных сверхпроводящих кабелей. Они также разработали уменьшенную систему грузовых труб протяженностью 100 километров, поднимающихся на высоту 4000 метров на склон высокой горы. Одна только эта система обошлась бы в 20 миллиардов долларов — однако это меньше стоимости разработки новой тяжелой ракеты NASA.

После постройки Startram смог бы перевозить 100 000 тонн грузов в космос каждый год, во много раз больше, чем сейчас несут ракеты, и выводить оборудование на низкую околоземную орбиту по цене порядка 100 долларов за килограмм. Это в разы дешевле, чем обходится доставка грузов в космос сейчас.

«Самая большая техническая проблема — это выходное окно пусковой трубы», говорит Пауэлл. «Труба должна оставаться в вакууме, поэтому, когда транспортное средство выходит из пусковой трубы во время запуска, мы должны предотвратить засасывание воздуха из атмосферы». Startram должен удерживать воздух снаружи, используя паровые форсунки для понижения давления воздуха за пределами выхода и задействуя магнитогидродинамическое окно, которое будет использовать сильное магнитное поле для непрерывного устранения воздуха.

Еще одна идея, которой уже много лет, это строительство космического лифта. Еще в 2000 году на сайте NASA появилась статья, описывающая высокую башню вблизи экватора Земли, которая будет связана кабелем со спутником на геостационарной орбите в 35 786 километрах над уровнем моря и который будет выступать в качестве противовеса. От четырех до шести лифтовых устройств на электромагнитах могли бы перемещаться вдоль башни и попадать на платформы на разных уровнях. Выход в космос можно было бы осуществить за пять часов — любуясь прекрасным видом.

Эта концепция восходит к 1895 году, когда русский ученый Константин Циолковский предложил построить «небесный замок», который будет крепиться к сооружению, напоминающему Эйфелеву башню в Париже. С тех пор поклонники идеи продолжают пропагандировать эту концепцию и даже создали организацию «Международный консорциум космического лифта», которая регулярно публикует различные технические исследования. Однако реализуемость космического лифта попала под сомнение в 2016 году, когда китайские ученые опубликовали работу, в которой сообщили, что углеродные нанотрубки — материал, на который возлагали большие надежды и который мог бы лечь в основу кабеля для космического лифта — уязвимы к дефекту, который может значительно уменьшить их прочность.