Тихата революция в космонавтиката

SpaceX

Космосът е отново гореща тема за дискусия през лятото на 2019-та година. През този месец юли отбелязваме половин век от първото стъпване на човешки крак на Луната и това е чудесен повод, за да направим равносметка на постигнатото и да се опитаме да прогнозираме бъдещето. Анализите за по-нататъшното развитие на космонавтиката обикновено се фокусират върху завръщането на Луната, пилотираните експедиции до Марс и евентуално върху комерсиализацията на Международната космическа станция, за да не се налага държавните агенции да наливат пари в нея, а бюджетът им да бъде освободен за по-смислени проекти.

 

 

На фона на тези събития на 10-ти юли тази година частната компания Върджин Орбит проведе важно изпитание на новата си ракета „Лончър Уан“, по време на което тя бе освободена от борда на модифициран Боинг 747.  За съжаление тестът не беше отразен широко в средствата за масово осведомяване у нас. Казвам „за съжаление“, защото общественият фокус продължава да е насочен върху базите на Луната и мисиите до Марс, които могат и да се сбъднат, но могат и да не се сбъднат. Междувременно „тихата революция“ настъпва незабелязано в космонавтиката и тя е свързана с разработката на малки спътници и техните ракети-носители. Именно в тази област работи и основаната от Ричард Брансън фирма Върджин Орбит. Извън всякакво съмнение е, че миниатюрните космически апарати ще заемат все по-важна част от космическите дейности през следващите месеци и години. Именно затова реших да напиша тази статия, за да обясня подробно какво точно се случва и защо се случва по този начин, а не иначе.

Всичко започва през 1999-та година, когато двама професори, Джорди Пуиг-Суари от Калифорнийския политехнически държавен университет и Боб Туигс от Станфордския университет, създават стандарта за малки спътници CubeSat.

Целта на изследователите изобщо не е да започнат революция – това се случва спонтанно през следващите години. Те искат да решат фундаментален проблем в космическото обучение на младите студенти: създаването на един изкуствен спътник отнема дълги години на дизайн, конструкция и изпитания, докато обучаващите се трябва да усвоят нужните умения в рамките на един семестър. CubeSat-ите са предвидени да са лесни за изработка, те използват структурни и електронни компоненти, които са вече налични на пазара. Всеки един микроспътник от този тип притежава базисна единица, обозначавана като 1U, която е с размер 10 на 10 на 11.35 сантиметра и тежи не повече от 1.33 килограма.

Дебютното изстрелване на първите шест CubeSat спътника е проведено през 2003-та година от космодрума Плесецк с руска ракета „Рокот“, като тогавашната цена за полет възлиза на около $40 000 за един сателит. Това е малка фракция от милионите долари, които космическите агенции дават за изстрелванията на собствените им космически апарати. През първото десетилетие от своето съществуване CubeSat сателитите се изстрелват най-вече в рамките на университетски инициативи, но евтината цена се оказва твърде примамлива и за частния сектор. Изведнъж космическата технология става достъпна не само за милиардери, но и за по-малки фирми. Все по-често започват да политат комерсиални микроспътници, като повратната точка настъпва през 2013-та година. Дотогава CubeSat-ите са основно научноизследователски, но след 2013-та повече от половината са фирмени. Две от най-успешните компании, които разполагат с десетки спътници в орбита и предоставят техните услуги на широката общественост, са Планет Лабс и Спайър Глоубъл.

 

 

Днес всеки човек би могъл да си направи приличен CubeSat спътник за около $100 000 и за още толкова да го изстреля. Но това не е единственият стандарт, който е разработен през последните две десетилетия. PocketQube притежава размер, който е половината на този на CubeSat – т.е. 5 на 5 на 5 сантиметра, съответно сателитът струва приблизително половината от цената на CubeSat. Друг стандарт, предложен от компанията Интерорбитал Систъмс, носи названието TubeSat, като един спътник струва около $8 000. Най-евтиният вариант е ChipSat, като един такъв спътник вече възлиза на стотици, даже десетки долари – при него всички компоненти (слънчеви батерии, жироскопи, радиокомуникационни системи, датчици) се побират на една платка с размер малко по-голям от този на пощенска марка. Точно такъв спътник съм си заявил в рамките на Кикстартер инициативата AmbaSat, като съм запазил и място за изстрелване на борда на ракета „Нептун“ на Интерорбитал Систъмс.

Независимо от това колко лесно е станало всеки от нас да си направи свой собствен спътник, тъй като пазарът е залят от всякаква електроника, основният проблем си остава не конструкцията, а доставката в космоса.

Казано иначе, проблемът е свързан с това как вече готовият наш спътник ще се отправи към космодрума, където ще бъде качен на ракета и изстрелян в орбита. През последните няколко години се оформиха два основни варианта, ако желаете спътникът ви да полети: единият е да намерите някое свободно място на ракета, назначена да изстреля голям спътник. Всяка ракета притежава максимална товароподемност, а големият спътник има определено тегло, което обикновено е по-малко от въпросния максимум. В такъв случай вашето спътниче може да бъде качено на ракетата като вторичен полезен товар. Вторият вариант е да си намерите място на товарните кораби, които летят до Международната космическа станция и спътникът ви да бъде пуснат оттам. При тези два варианта вие сте втора цигулка – понеже сте малък клиент, трябва да се съобразявате с множеството изисквания, възложени от големите ракетни компании (най-вече свързани с това да докажете, че малкото ви спътниче е безопасно и няма да застраши по никакъв начин хода на основната мисия). Нямате и голям контрол върху орбитата – тя се определя от изискванията на големия спътник, с който делите място, или пък от позицията на МКС, ако сателитът ви ще бъде пуснат оттам.

 

 

Комбинацията от множество спътници, които събират прах и чакат с години да бъдат изстреляни, както и напливът от желаещи да определят сами правилата, съвсем естествено създават пазарно търсене. Щом има търсене, неизменно се появяват фирмите, които ще се стремят да задоволят това търсене посредством предлагане на услуги по изстрелвания. Най-известните от тези компании са Рокет Лаб (която от 2018-та година извежда микроспътници с ракетата си „Електрон“) и Върджин Орбит (за която стана въпрос в началото на статията). И това са само две фирми, при това в САЩ. В Китай вече са се нароили стартъпи като ЛинкСпейс, ЛандСпейс, УанСпейс, ЕксПейс, даже има и ай-Спейс. Оценките за изминалата 2018-та година показват, че в световен мащаб има цели 101 действащи компании, които разработват космически ракети за малки спътници.

Сами виждате, че в сферата на космонавтиката се е оформил огромен пазар, който е фокусиран върху малките спътници и техните ракети. Много прогностици останаха с пръст в устата – те гадаеха, че основната космическа дейност на 21-ви век ще се върти около пилотираните космически кораби, частните орбитални станции и космическия туризъм. През 2019-та година фактите са следните: последният космически турист летя преди около десетилетие, при това на руски космически кораб, а засега е създаден успешно само един частен американски пилотиран кораб – „СпейсШипТу“ на Върджин Галактик. Пресилено е да твърдим, че положението е безнадеждно – вероятно до няколко години ще се оформят минимум три частни компании, способни да извеждат хора в космоса. Но пилотираните полети вече не се считат за основна стъпка в развитието на комерсиалната космонавтика. Микроспътниците са най-печелившият бранш, те са тези, които ще тласкат отрасъла напред.

Нещо повече – малките апарати не са ограничени само до приложната космонавтика. Те започват да намират приложение и в междупланетните полети.

През 2018-та година китайският микроспътник „Лонгчян 2“ влезе в орбита около Луната, а американските CubeSat-и „МарКО А“ и „МарКО Б“ прелетяха край Марс и заснеха снимки на планетата. Даже се смята, че  микроспътниците от типа ChipSat биха могли да са първите човешки апарати, които ще достигнат далечните звезди, тъй като много по-лесно ще бъдат ускорени до почти светлинна скорост в сравнение с тежките автоматични и пилотирани станции.

Не ми се ще да ви занимавам със спекулации какво би могло да се случи, а да се върнем към настоящето – още повече, че малките спътници и техните ракети са налични тук и сега. Тяхното съществуване не е в бъдещето, разговорите за тях, за разлика от тези за пилотираните мисии до Луната и Марс, не са съпътствани безкрайно от частицата „ще“. И все пак това, че говорим за съществуващо явление, не променя факта, че пазарът на малките спътници и техните ракети е твърде млад. Има някои въпроси, които чакат своя отговор. Наближаваме ли точката на насищане на пазара? Сериозна заплаха ли са малките ракети за традиционния сектор на големи ракети и спътници? Колко ракети може да има на пазара, така че той да остане устойчив? Тъй като ситуацията е изключително динамична, надали могат да бъдат дадени ясни отговори на всички тези въпроси.

Смятам, че всички може да се обединим около твърдението, че от стотиците компании, разработващи малки ракети, не всички ще успеят. Това обаче не бива да се възприема като фундаментална слабост на космическия пазар, независимо от неговата младост. Естествено е, че не всички ще успеят, но и във всяка една пазарна област не всички успяват. Даже бих казал, че само неколцина ще сполучат поради спецификата на материята – дори и дадена ракета да е малка, отнема дълги години, докато бъде подготвена. Дългият период, който минава, докато разработката приключи, докато тестовата програма отчете успех, докато започнат комерсиалните полети (т.е. до момента, в който компанията започва да печели пари), може да убие всяко едно космическо начинание.

 

 

И все пак вече има фирми, които са достигнали до етапа на производство на малки ракети, започнали са да провеждат комерсиални изстрелвания (като Рокет Лаб) или най-малкото са много напред в тестовата програма (като Върджин Орбит). Опираме до цената на предлаганата услуга, която, независимо от фирмата-производител, може да достигне до около $10 милиона на изстрелване или около $10 000 на килограм полезен товар. На фона на стартовите цени на традиционните ракети, това изглежда като драстично снижение. Но тук се явява голямото предимство на старите носители – една традиционна ракета може да струва от порядъка на $60-100 милиона, но когато цялата бъде натоварена с микроспътници, цената може да падне на около $3 000 на килограм (както е случаят с ракетата на СпейсЕкс „Фолкън 9“).  Все още най-евтиният вариант за вас, ако не разполагате с голяма сума пари и искате да изпратите спътник в орбита, е да намерите услуга за споделено изстрелване на голяма ракета и да си разделите разходите с останалите десетки клиенти. Бихме могли да кажем, че традиционните доставчици се адаптират много добре в новия бизнес климат. Стари и утвърдени ракети като руската „Союз“ и индийската “PSLV” вече редовно извеждат по множество различни спътници в космоса.

Но и при малките ракети споделените полети не са изключени – например в края на 2019-та година ракетата „Рокет лаб“ ще изведе в орбита общо седем спътника от типа PocketQube чрез услуга на фирмата Алба Орбитал (на един от тях на име „Дискавъри“ ще изпратя в космоса моя книга и някои снимки). В случая с ChipSat спътниците, те излитат по 200-300 едновременно пакетирани в един по-голям майчин CubeSat сателит. Качването на един CubeSat в орбита възлиза на няколко десетки хиляди долара, но собствениците на тези 200-300 микроспътника си поделят парите, следователно цената на изстрелване на един индивидуален ChipSat вече възлиза на стотици долари.

Смятам, че днес положението в пазара на микроспътниците напомня много на този на нискобюджетните авиокомпании. Защо те предлагат евтини оферти?

Защото на самолетите няма удобства, има само една пътническа класа, седалките не се накланят и са наблъскани една до друга. Искате да имате свой собствен микроспътник, но нямате много пари? Възможно е – избирате си най-евтината услуга за споделен полет, като ще трябва да се съобразявате с останалите и те могат да ви наложат ограничения. Искате вие да определяте правилата? Насрочвате си специализиран полет и съответно си плащате за него.

Като заключение бих казал, че сме навлезли в ерата на демократизацията на космоса. Космическото пространство вече не принадлежи само на държавните космически агенции, нито дори на фирмите, а става все по-достъпно и за обикновените хора. Разбира се, това повдига и ред други въпроси. Има ли място за всички нас там, горе? Ще се опитат ли правителствата да въведат нови затормозяващи регулации? Ами какво ще кажем за орбиталния боклук? Това са сериозни въпроси и сега не мога да се спра подробно върху тях – те заслужават отделни статии. Само ще споделя, че положението не е чак толкова безнадеждно, колкото се опитват да го изкарат някои алармисти. Любителските спътници обикновено заемат ниски и самопочистващи се орбити и няма да доведат до орбитална катастрофа. Нито пък ще задръстят небето, слагайки край на любителската астрономия. Но по тези теми – по-нататък…