Сколько стоит дом построить... на Луне
Недавно Андрей Ионин, член-корреспондент Российской академии космонавтики имени Циолковского и главный аналитик ассоциации “Цифровой транспорт и логистика” (я намеренно привожу слова не западного, а именно российского эксперта) заявил, что конкурентам Илона Маска стоит брать пример с того, как он достиг низкой стоимости ракет. Причем добавил, что секретом этого является не только их многоразовость. А еще и то, что Маску удается делать свои ракеты дешевыми за счет очень эффективных, но, по космическим меркам, невероятно дешевых двигателей, так как цена оных обычно составляет от трети до половины стоимости ракеты. А от того, насколько ДЕШЕВО удастся доставлять в космос полезную массу, напрямую зависит и стоимость "дома на Луне".
Насколько же они дешевы? Для этого понадобиться провести сравнение всех когда-либо существовавших, существующих сегодня и двигателей ближайшей перспективы. Картина получится следующей:
В свое время на ресурсе Everyday Astronaut вышел чрезвычайно полезный, содержательный и ОЧЕНЬ БОЛЬШОЙ обзор современных и находящихся в разработке ракетных двигателей. Я приведу только выдержки из него.
Итак:
- Merlin (SpaceX, США) — используется в ракетах семейства Falcon: 1 шт. на первой ступени Falcon 1, 9 шт. на первой ступени и 1 шт. на второй ступени Falcon 9, 27 шт. на первой ступени (по 9 шт. на каждом из трех ускорителей) и 1 шт. на второй ступени Falcon Heavy
- Raptor (SpaceX, США) — проходит испытания, предназначен для сверхтяжелой ракеты BFR (31 шт. на первой ступени и 7 шт. на второй ступени)
- BE-4 (Blue Origin, США) — проходит испытания, предназначен в частности для тяжелой ракеты New Glenn
- РД-180 (НПО Энергомаш, РФ) — двухкомпонентный двигатель, используется в первых ступенях американских ракет Atlas III и Atlas V (1 шт.)
- RS-25 (Aerojet Rocketdyne, США) — использовался в многоразовом орбитальном ракетоплане космического челнока Space Shuttle (3 шт.), также планируется к использованию в первой ступени (4 шт.) сверхтяжелой ракеты SLS
- F-1 (Aerojet Rocketdyne, США) — использовался в первой ступени (5 шт.) свертяжелой (на сегодня — самой тяжелой из когда-либо созданных) ракеты Saturn V, на которой 50 лет назад был выполнен первый в истории пилотируемый полет с посадкой на Луну.
| Merlin | Raptor | BE-4 | РД-180 | RS-25 | ||
| Производитель | SpaceX (США) | SpaceX (США) | Blue Origin (США) | НПО Энергомаш (РФ) | Aerojet Rocketdyne (США) | F-1 Aerojet Rocketdyne (США) |
| Ракета-носитель | Falcon 9 (9 + 1) Falcon Heavy (27 + 1) |
BFR (31 + 7) | New Glenn (7) | Atlas III (1) Atlas V (1) |
ракетоплан Space Shuttle (3) SLS (4) |
Saturn V (5) |
| Первый рабочий полет | 2010 | 2021 | 2021-2022 | 2000 2002 |
1982 2020 |
1968 |
| Цикл | Открытый | Закрытый (полная газификация) | Закрытый (частичная газификация) | Закрытый (частичная газификация) | Закрытый (частичная газификация) | Открытый |
| Топливо | Керосин | Метан | Метан | Керосин | Водород | Керосин |
| Давление в камере | 97 бар | 270 бар | 135 бар | 257 бар | 206 бар | 70 бар |
| Тяга | 0.84 мН | 2.00 мН | 2.40 мН | 3.83 мН | 1.86 мН | 6.77 мН |
| Тяговооруженность | 198:1 | 107:1 | 80:1 | 78:1 | 73:1 | 94:1 |
| Удельная тяга | 282 сек 311 сек |
330 сек 350 сек |
310 сек 340 сек |
311 сек 338 сек |
366 сек 452 сек |
263 сек 304 се |
Здесь следует сразу оговорить, что приведенные в таблице характеристики не являются рекордными — например, у 4-камерного советского двигателя РД-170, разработанного для ракеты-носителя «Энергия», тяга была на несколько процентов больше, чем у F-1 — при том, что последний был крупнее и расходовал больше топлива.
Что касается эффективности, то её обычно оценивают по тяговооруженности (отношению тяги двигателя к его весу) и, в большей степени, удельной тяге. Напомню, что она показывает сколько секунд двигатель сможет создавать тягу в 1 Ньютон, истратив при этом 1 кг топлива. В таблице удельная тяга приводится в двух значениях, на уровне моря и в вакууме. В нашей таблице по тяговооруженности с большим отрывом от всех остальных двигателей лидирует Merlin, а по удельной тяге — RS-25.
Но пожалуй главный интерес представляет цена вопроса — сколько же стоят все эти двигатели? Картина складывается такая:
| Merlin | Raptor | BE-4 | РД-180 | RS-25 | F-1 | |
| Цена одного двигателя | < $1 млн | ~$2 млн | ~$2 млн | $25 млн | > $50 млн | $30 млн |
| Ракета-носитель | Falcon Heavy | BFR | New Glenn | Atlas V | SLS | Saturn V |
| Кол-во двигателей у первой ступени | 27 | 31 | 7 | 1 | 4 | 5 |
| Полная стоимость | $27 млн | $62 млн | $14 млн | $25 млн | $200 млн | $150 млн |
| Цена на 1 кН (единицу тяги) | $1,170 | $1,000 | $3,333 | $6,527 | $26,881 | $4,431 |
| Ресурс (кол-во запусков) | 10 | 50 | 25 | 1 | 19 | 1 |
| Полная стоимость на один полет | $2.7 млн | $1.24 млн | $0.56 млн | $25 млн | $10.5 млн | $150 млн |
| Полезная нагрузка (НОО) | 30 т (1) | 100 т | 45 т | 20 т | 95 т | 140 т |
| Полная стоимость на 1 т | $90 тыс | $12.4 тыс | $12.4 тыс | $1.25 млн | $110.5 тыс | $1.07 млн |
А теперь считаем. Nолько у будущего Starship многоразовыми являются обе ступени. И вдобавок заявленный ресурс составляет 50 запусков. Если сделать допущение, что и у него на ракетные двигатели приходится около 1/3 цены, то полная стоимость этой сверхтяжелой ракеты составит (31+7)×2×3=$228 млн. С учетом дополнительных сложностей её изготовления округлим эту сумму до $250 млн. Соответственно каждый из 50 запусков будет стоить $5 млн, а стоимость доставки груза на НОО составит $50 тыс за тонну. Или $50 за 1 кг!!!
И вот это на рынке орбитальных запусков действительно станет революцией — разумеется, когда Старшип начнет летать и доставлять грузы в том числе и на Луну.
И в качестве бонуса -
Сравнение размеров обтекателей нынешних и проектируемых тяжёлых и сверхтяжёлых ракет американских космических компаний
И еще одна огригинальная сравнительная визуализация полезного объема кораблей - в переводе на кубометры воды.
Как говорится - почувствуйте разницу!
________________________________________
via
via
via