Можно ли запускать ракеты в космос легко и просто по сравнению с тем, как это делается в настоящее время? Звучит заманчиво. Но именно таким, возможно, и станет запуск космических ракет в будущем. 

Начинается обратный отсчёт: пять, четыре, три, два, один… Из сопла ракеты вырывается раскалённое как лава пламя. Поднимаются клубы дыма, раздаётся ужасный грохот и многотонная ракета, наконец, медленно поднимается в небо. Так сейчас выглядят запуски ракет в космос. Это дорого и чрезвычайно энергозатратно. 

Если стартап американской компании Spinlaunch окажется успешным, то вскоре появится совершенно другая возможность для запуска ракет в космос. Без грохота и без дыма. Для этого предлагается использовать центрифугу, похожую на гигантский свисток, которая должна разогнать ракету до скорости 8000 км/ч и запустить её в космос. Хлопок при старте и спустя считанные секунды ракету едва ли можно будет различить в небе. Когда ракета достигнет стратосферы, включится дополнительный ракетный двигатель, верхняя ступень, которая выведет её на околоземную орбиту. C помощью этого стартапа компания планирует совершить революцию в космической отрасли и многократно использовать свою центрифугу для запуска ракет.   

Для разгона ракеты основатель стартапа Джонатан Яни   предполагает использовать экологически чистую энергию. По сравнению с обычными запусками ракет это дало бы экономию до 70 процентов топлива. Кроме того, надежные ракеты-носители, которые после вывода спутников на орбиту спускаются на землю с помощью парашюта, можно использовать повторно. 

Как уверяет компания, все это бережет окружающую среду и заметно снижает затраты на запуск ракет — около 500000 долларов за пуск. Для сравнения:  Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства НАСА оценивает миссию программы Artemis 1 («Артемида-1») примерно в 4,1 миллиарда долларов за пуск. Запуск ракеты-носителя Falcon 9 принес частной космической компании SpaceX почти 51 миллион долларов.

Правда, вряд ли это конечная сумма, которую она заработала. Здесь нужно учитывать еще и стоимость доставки в космос полезной нагрузки. В прошлом августе компания SpaceX, запустив ракета-носитель Falcon 9, доставила на орбиту 16,25 тонн полезного груза, примерно 4100 долларов за килограмм. НАСА утверждает, что заплатила за доставку примерно 5000 долларов за килограмм. Компания Spinlaunch планирует снизить расходы на доставку до 2500 долларов. 

Использование центрифуги дало бы не только экономию на доставке, но и решило бы проблему с запуском ракет в космос. Большую часть своего топлива обычные ракеты расходуют на транспортировку собственного топлива, которое составляет около 90 процентов от общей массы. За счет того, что ракете уже на старте придается максимально возможная скорость, компания экономит не только на топливе, но и расходах на транспортировку дополнительных комбинированных ракетных двигателей, которые нельзя использовать повторно. 

Экспериментальная площадка для суборбитальных космических полетов, то есть полетов без вывода ракеты на орбиту, уже построена в пустыне штата Нью-Мексико. В центре нее находится центрифуга весом 1000 тонн и диаметром 33 метра. Отсюда уже были успешно осуществлены 10 запусков космических ракет. Внутри центрифуги вращается манипулятор, изготовленный из углеродного волокна. Двигатель в центре камеры, где находится центрифуга, постоянно наращивает скорость манипулятора до сверхзвуковой и выше, которая достигает 7,5 оборотов в секунду. Затем ракета и противовес открепляются одновременно. Ракета, на которую больше не действует удерживающая её центростремительная сила вылетает прямо через направляющую трубу и начинает постепенно приближаться к орбите. Противовес из стекловолокна в тот же момент отстреливается в контейнер, наполненный песком. Из-за огромной ударной силы он мгновенно испаряется, и оставляет после себя лишь воронку.

Насосная система обеспечивает почти идеальный вакуум в центрифуге. Без этого корпус ракеты перегрелся бы из-за трения о воздух наружной поверхности и сгорел бы еще до старта. Поэтому, сначала винтовые насосы снижают давление с одного бара примерно до одного миллибара. Затем высоковакуумные насосы удаляют из центрифуги почти все оставшиеся молекулы воздуха. Однако этот вакуум рассеивается всякий раз, когда ракета при запуске прорывает защитную пластиковую мембрану на конце направляющей трубы. По этой причине представляется невозможным запуск десяти ракет в день, который компания планирует осуществлять начиная с 2025 года.

Для того, чтобы решить эту проблему компания Spinlaunch собирается установить два воздушных шлюза в направляющей трубе. При запуске ракеты здесь также обеспечивается вакуум: нижний шлюз направляющей трубы открыт, а верхний закрыт. Как только ракета вылетает через направляющую трубу, открывается верхний запорный механизм. В то же время воздушный шлюз под ракетой закрывается, перекрывая доступ воздуха в центрифугу. Все это происходит за считанные миллисекунды. Благодаря этому нужно обеспечивать вакуум только в направляющей трубе, а не во всей центрифуге, что очень важно для успешного применения метода центрифугирования.

Ракеты с альтернативными силовыми установками раньше уже запускали в космос. В 1960-х годах Министерства обороны США и Канады запустили на острове Барбадос в Атлантическом океане проект высотных исследований “Harp”, в рамках которого предполагается создать нечто похожее на космическую пушку, описанную Жюлем Верном в книге “С Земли на Луну». В 1966 году занимающимся этим проектом специалистам удалось запустить ракету с полезной нагрузкой с весом 180 килограмм на высоту 180 километров. Однако менее чем через год проект все же закрыли. В Германии специалисты из Бремена и Брауншвейга разработали концепцию рельсового электромагнитного ускорителя масс, который предназначался для запуска ракет в космос. Предполагаемые расходы на него составляли два миллиарда евро. Это слишком большая сумма для реализации этого проекта.

В настоящее время компания работает над более масштабным стартапом, запуск которого запланирован на 2025 год. Вместо предыдущих 33 метров диаметр центрифуги составит теперь 91 метр, и с ее помощью планируется  запускать в космос ракеты, несущие до 200 килограммов полезной нагрузки, например, метеорологические или коммуникационные спутники. Новый стартап также может быть использован для доставки, находящимся на орбитальной станции, космонавтам еды или оборудования. Петер Рикмерс, специалист по ракетным системам из Немецкого аэрокосмического центра в Бремене, считает, что новый проект, в принципе, можно реализовать, но КПД его ограничен. Он считает, что с помощью гигантской центрифуги невозможно будет запускать в космос более крупные спутники, не говоря уже об отправке туда космонавтов. К тому же, находящиеся в запускаемой таким образом ракете, спутники, должны выдерживать максимальные перегрузки (до 10 кг). Дополнительной сложностью является то, что сила тяжести действует на ракету в поперечном направлении, а не в продольном, как при обычном запуске. По мнению Рикмерса, также весьма сомнительно, что экономия топлива при взлете компенсирует расходы на строительство космодрома.

Спрос на недорогие низкоорбитальные спутники, например для сбора метеорологических данных или ретрансляции радиосигнала и обеспечения разведывательной деятельности, быстро растет.

Некоторые компании, предоставляющие услуги по запуску малых спутников уже регулярно отправляют в космос спутники массой до 1000 кг. Так например, компания Virgin Orbit использует для запуска своих ракет самолет. Он набирает высоту около одиннадцати километров и сбрасывает ракету-носитель. Компания Rocket Lab запускает небольшие обычные многоступенчатые ракеты. Множество других способов запуска ракет разрабатывается в других странах, например, с помощью катапульты или воздушного шара. По мнению Рикмерса рынок не просто заполнен, а переполнен. Начиная с 2015 года многие компании инвестировали в проекты по разработке как минимум 166 различных систем малых пусковых установок. Большинство из них так и не были доведены до конца. Рикмерс полагает, что разрабатывать и реализовывать подобные проекты могут всего лишь шесть или семь производителей.

Что касается компании Spinlaunch, то она уже сотрудничает с NASA, так что финансирование проекта также уже обеспечено. В сентябре она получила дополнительные финансовые вливания в размере 71 миллиона долларов. Таким образом, общий объем финансирования составляет более 150 миллионов долларов. Если амбициозный стартап неожиданно не застопорится, то ожидаемая революция в запуске ракет компанией Spinlaunch могла бы наконец-то свершиться.

Перевод выполнили переводчики-стажеры 406 группы в рамках проекта «Перевод в научном пространстве ВУЗа»