«Космопланы, или многоразовые космические корабли горизонтального взлета и посадки, появятся через 50–60 лет» —
Российский космонавт Сергей Валерьевич Прокопьев (2024)
Прошло уже более двадцати лет, как я посмотрел аниме-сериал “Planetes” (фильм «2001 год: Космическая одиссея» я посмотрел позже, так бывает). Время стерло из памяти почти весь сюжет, кроме первой минуты первой серии. Там пассажирский космоплан сталкивается с космическим мусором. И поразила меня не сама авария, а идея того, что можно на «самолете», без всякой ракеты, достичь космоса.
Все мы знаем такие космопланы, как советский «Буран» или американские шаттлы. Следим за деятельностью действующего X-37B и пытаемся собрать крупицы информации о его китайском аналоге Shenlong. Ну и, конечно, ожидаем первого полета космоплана Dream Chaser (уже долго ожидаем). Но все эти «космические самолеты» запускались, запускаются или будут запускаться при помощи обычных ракет космического назначения. Некоторые сейчас вспомнят еще VSS Unity компании Virgin Galactic — это «воздушный старт», но его я за полноценный космоплан не считаю по той причине, что максимальная высота, которой он достиг, равна 89,9 км. И мне в данном случае всё равно, что там считают в USAF и FAA. Не достигли линии Кармана (100 км) — в космосе не были!
Но возникает вопрос: может ли космоплан подняться в космос сам, со взлетной полосы на Земле? Теоретически да.
«Гибриды — это дорога в ад.
Честно говоря, я считаю это пустой тратой времени» — Э. Палмер (2024)
Первой в истории действующей авиакосмической системой, способной выполнять суборбитальные пилотируемые полеты, стал американский ракетоплан North American X-15, созданный в 1960-х годах. В ходе той программы было совершено 13 полетов на высоту свыше 80 км, а два из них превысили границу в 100 км, официально считаясь космическими. Летчики этих миссий были признаны астронавтами.
Идея предварительного охлаждения воздуха в реактивных двигателях появилась еще в 1955 году благодаря Роберту П. Кармайклу. Позже эта концепция была развита в виде двигателя с жидкостным воздушным циклом (LACE), над которым в 1960-х годах работала компания General Dynamics по заказу ВВС США. Суть LACE заключалась в том, чтобы за сверхзвуковым воздухозаборником сжимать воздух, резко охлаждать его с помощью жидкого водорода и выделять из воздуха жидкий кислород для дальнейшего сгорания. Однако из-за избытка нагретого водорода его приходилось сбрасывать, что снижало эффективность двигателя.
Позднее, в рамках британского проекта HOTOL, появился более эффективный вариант двигателя на основе этой концепции — RB545, также известный как Swallow. Когда в 1989 году проект лишился финансирования, один из его участников, Алан Бонд, вместе с коллегами основал компанию Reaction Engines Limited, чтобы продолжить работу. RB545 оказался проблемным из-за хрупкости теплообменника, большого расхода водорода и ограничений, связанных с патентами и государственной тайной. Поэтому Бонд разработал новый двигатель под названием SABRE.
В 2001 году компанией Reaction Engines Limited началась также разработка концепции космоплана Skylon, способного самостоятельно достигать космоса. SABRE — гибридный воздушно-ракетный двигатель, который на малых высотах использует атмосферный воздух, а на больших переходит на жидкий кислород. Главная особенность — сверхэффективный теплообменник, который за доли секунды охлаждает входящий горячий воздух, чья температура может достигать 1000 °C, до –150 °C, чтобы он стал пригоден для сгорания с водородом. Это позволяет создавать мощную тягу без перегрева.
Охлаждение осуществляется через замкнутый гелиевый контур, который также питает компрессоры и насосы. На низких скоростях воздух проходит через компрессор, где сжимается и сгорает с водородом. На высоких — часть воздуха обходит компрессор и сжигается отдельно в кольцевых форсунках, как в прямоточном двигателе.
Когда атмосфера становится слишком разреженной, SABRE переключается на внутренние запасы жидкого кислорода и работает как обычный ракетный двигатель. Для работы на разных высотах используется подвижное сопло, меняющее форму в зависимости от давления.
Таким образом, SABRE объединяет достоинства реактивного и ракетного двигателя, позволяя запускать летательные аппараты в космос без многоступенчатых ракет.
Невзирая на поддержку правительства Великобритании (60 млн фунтов стерлингов), инвестиции от BAE Systems (£20,6 млн), Boeing, Rolls-Royce, Baillie Gifford, Woodford (от этой четверки — £26,5 млн), SDF (£40 млн) и Европейского космического агентства (20 млн евро), компания Reaction Engines Limited, не сумев собрать еще £20 млн в октябре 2024 года объявила себя банкротом, все 208 сотрудников компании были уволены, а активы и интеллектуальная собственность компании были выставлены на продажу.
За 35 лет существования, потратив свыше £150 млн, компания не смогла предоставить инвесторам рабочий вариант гибридного воздушно-ракетного двигателя. Теоретические решения проблем с хрупкостью теплообменника и избеганием оледенения при сверхбыстром охлаждении воздуха до –150 °C на практике оказались малореализуемыми. И даже катализируемые испытания показали, что тестовое оборудование — входящие трубы, герметизация — требует постоянной доработки из-за экстремальных условий (температура до 1000 °C, высокое давление).
К сожалению, и в этот раз скрестить ежа и ужа не получилось.
«Повторение — мать учения» — пословица
Официальных упоминаний я не обнаружил, но, похоже, покупатель на интеллектуальную собственность Reaction Engines Limited всё же нашелся.
16 июля 2025 года Европейское космическое агентство (ESA) и британская компания Frazer-Nash запустили исследовательскую программу INVICTUS, направленную на разработку гиперзвуковых технологий для перспективных многоразовых аппаратов с горизонтальным стартом.
Проект INVICTUS финансируется в рамках программ ESA GSTP (Общая программа технологической поддержки) и TDE (Элемент развития технологий) и предполагает создание полностью многоразового экспериментального аэрокосмического аппарата, способного развивать скорость до 5 Маха.
В заявлении от Европейского космического агентства говорится, что программа INVICTUS опирается на ранее разработанные технологии под управлением… Европейского космического агентства. Действительно, а чего мы ожидали, все-таки они в свое время 20 млн евро выделили! Хотя нужно отдать им должное, Reaction Engines они там вскользь всё же упомянули.
Напоследок: было заявлено, что в течение следующих 12 месяцев консорциум INVICTUS под руководством Frazer-Nash, а также при участии Spirit AeroSystems и Университета Крэнфилда подготовит предварительный проект всей летной системы. Ждем.
«Мы не можем гарантировать успех, но мы можем его заслужить» —
Ф. Онгаро (2003)
Немного ближе к «самолетным» полетам в космос продвинулась новозеландская компания Dawn Aerospace, основанная в 2017 году и сумевшая привлечь всего около 25–27 млн долл. (там часть в евро и новозеландских долларах, сложно точно подсчитать). Уже в ноябре 2024 года ее прототип космоплана Dawn Mk-II Aurora преодолел звуковой барьер, достигнув скорости 1,12 Маха и высоты 25,15 км. Этот полет установил рекорд самого быстрого подъема на высоту 20 км, превзойдя достижение модифицированного F-15 Streak Eagle, установленное в 1975 году.
Что любопытно: помимо разработки космоплана Dawn Aerospace наладила производство своих двигателей для малых аппаратов CubeDrive и SatDrive, а также производство собственной смеси топлива для работы микроспутников.
В мае 2025 года компания заявила, что начинает принимать заказы на полностью многоразовый космоплан Aurora, предназначенный для регулярных полетов к границе космоса. Dawn Aerospace заявляет, что космоплан предназначен для полетов за линию Кармана и сможет поднимать полезные нагрузки до 10 кг. Бизнес-план компании отличается от принятого в космической отрасли. Они планируют продавать не услугу запуска, а сам аппарат — по 30 млн долл. за штуку, при этом их глава Стефан Пауэлл уточнил, что «компания будет адаптировать цены к каждому клиенту». Начало поставок обещают в 2027 году.
Интересно, что Dawn Aerospace решила не связываться с гибридным воздушно-ракетным двигателем, а установила на свой космоплан ракетный. Также у меня вызывает некоторое недоумение тот факт, что они начали собирать предзаказы на свой «космоплан» не проведя полноценных летных испытаний в космосе, за линией Кармана (по крайней мере, на момент публикации этого текста).
Есть у меня сомнения и в успешности бизнес-плана Dawn Aerospace. Дело в том, что изначальная клиентская база невелика. По сути, Aurora сможет делать то же, что делают сейчас метеорологические ракеты. Согласно исследованию в журнале PNAS, агентство NASA осуществило 57 пусков атмосферных научных ракет в период с 2013 по 2023 год — т. е. приблизительно 5–6 пусков в год. Принимая во внимание, что США обеспечивают примерно половину всех пусков мировых исследовательских ракет, можно грубо экстраполировать: в мире запускается около 10–13 таких ракет в год. То есть одна Aurora сможет удовлетворить все мировые потребности даже с запасом.
Ну, может, военные себе несколько штук зачем-нибудь прикупят? Или какие-нибудь богатеи — просто потому что могут…
Есть еще кое-что, что меня смущает. Тот же Стефан Пауэлл заявил, что «по оценкам компании, основанным на маркетинговых исследованиях, цена за полет в 100 тыс. долл. абсолютно разумна, и цена может быть выше для миссий с более индивидуальными требованиями к полетам», — это он про цену, которую смогут выставлять клиентам владельцы космолетов, или всё же про цену, в которую обойдется полет самому владельцу? В любом случае при стоимости пуска метеорологических ракет в 5–15 тыс. долл. в зависимости от страны и самой ракеты (не считая таких «монстров», как Black Brant IX и Black Brant Х, летающих на 700–900 км), экономическая целесообразность покупки такой дорогой «игрушки» мне неочевидна.
«Люди будут летать в космос по профсоюзным путевкам» —
Сергей Павлович Королёв (1965)
Подводя итоги, можно сделать вывод, что Aurora даже в случае успеха Dawn Aerospace так и останется суборбитальным космопланом, в силу своих технических особенностей не способным не только на полноценный орбитальный полет, но и на сколько-нибудь продолжительный суборбитальный.
В то же время я не уверен, что программа INVICTUS способна добиться полноценного орбитального полета космоплана даже при условии, что ESA сможет решить все проблемы двигателя SABRE, обеспечит совместную работу всех его компонентов, а потом еще заставит всё это летать, причем не один раз и без капремонта…
Ну а пока мы можем наблюдать поднимающиеся с взлетной полосы космопланы лишь на рендерах и в фантастических фильмах.
Денис Альбин,
главный редактор портала «Всё о космосе»
Загрузка...
50 лет назад была популярная идея использовать самолет «разгонщик», на котором сверху устанавливался уже космический самолет. Разгонщик взлетал как обычный самолет и разгонялся до сверхзвуковой скорости, потом космический самолет от него отцеплялся и на своем ракетном двигателе выходил в космос.
Ну VSS Unity от компании Virgin Galactic так и летает, но до космоса не долетает. Сейчас они делают новое поколение космопланов «Delta», может до космоса долетит.
Пора с реактивного движения переходить на антигравитацию. Локальное изменение кривизны П-В, соответственно, безынерционность и пр. Остается понять, что такое кривизна, и как ее корректировать.
Лучше сразу на телепортацию перейти. Физики говорят, что это невозможно, но очень хочется.
Гибриды, работающие на границе сред, всегда (почти) не очень эфективны, если говорить о космопланах. Система перенастройки с одного типа движителя на другой снижает кпд решения основной задачи. Я поэтому и говорю о необходимости поиска принципиально иных схем движения, нежели реактивный. Сейчас уйду в «паранауку», но, по свидетельствам очевидцев, НЛО часто движутся безынерционно и бесшумно. Сам за жизнь видел штук пять НЛО, но только 2 — близко, «по-настоящему», в течение нескольких минут. Если это испытания земных секретных ЛА, то мы уже имеем технологию бесшумных вертикальных взлета и посадки, мгновенного набора скорости, моментального изменения направления полета под любым углом. Если это не наши, то нам есть куда стремиться, надо просто это делать).
«Так что не имеет значения, если вы видели летающую тарелку. В науке, когда вы приходите в мою лабораторию и говорите: “Ты должен мне поверить, я это видел”, я отвечу: “Иди домой. Возвращайся, когда у тебя будет хоть какое-то доказательство, кроме твоих слов.”» — Нил Деграсс Тайсон, «Space Chronicles: Facing the Ultimate Frontier», 2012 год.
Доказать это сегодня трудно даже с предъявой фото-видео — все можно подделать. Но про одно мое «видение» сохранилась статья в инете, которую я обнаружил, решив вдруг в позапрошлом году погуглить «сентябрь 1990, НЛО под Куйбышевым на РЛС» — и нашел свидетельства солдат и офицеров части ПВО, куда оно приземлялось — а я в это время наблюдал из окна ночного автобуса из Тольятти в Куйбышев это самое приземление. Ну да бог с ней, все равно нужно искать иные принципы движения — более быстрого и менее затратного, чем реактивное.
Автор молодец! Всё правильно сделал, надо убирать романтические настроения и приходить к максимально реалистичной физике.
Представим, что нам нужен космолет на 1-ой космической скорости, это без малого скорость около 8 км/с будет. Я честно не знаю с какой скоростью летает самый быстрый самолет, но даже имея такую скорость, какой прок от горизонтального взлета?
Автор правильно пишет, что за линией Кармана, начинается космос, а это значит, что классическое управление с помощью крыльев, итд, теряет всякий смысл. Да и охлаждение с помощью атмосферы становится невозможным. А теперь посчитаем сколько будет весить это всё в самолете? Да просто колоссальный вес выходит. И получается мы сделаем многоразовый самолет с выводом за 100 км, грузов весом около 100 кг? Ну ладно убедили, пускай будет 1 тонна. И это всё?
Так ведь никакого смысла в этом нет, нынешнее поколение ракет с классическим стартом обходится в разы дешевле и КПД больше.
Соответственно надо развивать тему ракетных стартов, и стараться выжимать максимальный КПД. Это и многоразовость того, что действительно дорого стоит, и поиск более мощного топлива.
Но главный вопрос даже не в этом, главный вопрос зачем? Куда и ради чего нам выводить на орбиту земли тысячи тонн грузов? Орбитальную станцию гигантских размеров мы не строим, супер космический корабль для полета к другим звездам, тоже. Условную сферу Дайсона мы тоже не строим. Нет цели.
Согласен со всем, кроме последнего абзаца. Если мы хотим стать мультипланетным видом, тысячи тонн нам выводить придется.
Верно, но тут опять же слово если. Денис, а у вас будет статья о потенциально пригодных для заселения планетах солнечной системы? Где нам лучше будет: Титане, Марсе, Европе, Венере? Или ограничимся какими-то орбитальными станциями?
Это лучше к специалистам обратится — к астрономам, планетологам, биологам. Ну и некоторые астрофизики в теме. Я больше по «железу». Что касается моего мнения — лучше всего нам будет на Земле, но становиться мультипланетным видом нам жизненно необходимо.
Для вывода на орбиту ракета — безусловно лучшее решение. Пожалуй, космоплан, способный к самостоятельному выходу на орбиту, имеет смысл разве что в случае, когда нужно несколько раз входить в атмосферу и выходить за её пределы. Кому это может быть нужно — вопрос… Разве что военным или туристам.
Для быстрых межконтинентальных перелётов такие космопланы тоже гуд. Но если Маск реализует свою программу на Starship, это потеряет актуальность. Вот сейчас подумал, может небольшую заметку на тему написать…