Каковы некоторые способы снижения затрат на запуск?

Запуск в космос всегда был очень дорогим. Типичная стоимость запуска составляет от 5000 до 10000 долларов за фунт полезной нагрузки. Поэтому запуск спутника весом 1000 фунтов (450 кг) может стоить более 10 миллионов долларов США. С тех пор, как мы начали запускать вещи в космос, ученые стали придумывать способы снижения затрат на запуск, чтобы открыть эту границу для большего числа компаний, правительств и частных лиц. Тем не менее, на сегодняшний день достигнут незначительный прогресс.

Одним из компонентов стоимости космического запуска является топливо. На каждый фунт полезного груза, запущенного на низкую околоземную орбиту, требуется 25-50 фунтов топлива. Типичные ракеты работают на комбинации жидкого водорода и кислорода, которые должны храниться при очень низких температурах с использованием многих тонн криогенного охлаждающего оборудования. Думайте о ракете как о очень дорогом холодильнике размером с высокое здание.

Чтобы снизить затраты на запуск, одним из подходов является создание ракеты большего размера. Благодаря экономии на масштабе, большие ракеты, как правило, стоят дешевле за фунт, чем меньшие ракеты. Тем не менее, это только так далеко. Большие ракеты могут снизить стоимость запуска на фунт в два-три раза, но не намного больше.

Наиболее многообещающие маршруты для существенного снижения стоимости запуска включают решения, в которых полезная нагрузка не должна приносить топливо вместе с ней во время подъема. Это один из самых дорогих элементов обычного запуска ракеты - ракета должна нести достаточно топлива не только для движения полезной нагрузки, но также и для оставшегося топлива на пути вверх. Нижняя часть атмосферы является самой плотной и самой дорогой с точки зрения энергии для навигации, но именно здесь ракета является самой тяжелой, что требует очень больших топливных баков.

Есть несколько предложений о запусках космического корабля без топлива или с небольшим количеством топлива. Одним из них является использование воздушно-реактивного двигателя (ПВРД) для первой ступени подъема с использованием атмосферного кислорода в качестве окислителя, а не бортового кислорода. Именно такой подход использовал SpaceShipOne, первый космический корабль, построенный частной компанией. Другой, более футуристический подход заключается в создании электромагнитного ускорителя или рельсового пистолета для запуска полезного груза так быстро, что он достигает орбиты. К сожалению, большинство полезных грузов, запущенных на орбиту из рельсового пистолета, испытали бы ускорения по крайней мере на 100 гравитаций, достаточных для убийства людей. Поэтому, если электромагнитный ускоритель построен для космических запусков, он, вероятно, будет использоваться только для отправки материалов, таких как вода или сталь, а не для космонавтов или спутников.

Еще более футуристический подход к снижению стоимости запуска будет заключаться в создании космического лифта, привязного к экватору до 36 371 км (22 600 миль) над Землей. Единственным известным материалом, достаточно прочным для использования в таком лифте без разрушения под действием силы тяжести, являются углеродные нанотрубки. В настоящее время углеродные нанотрубки стоят около 25 000 долларов США за килограмм, или 25 миллионов долларов США за тонну. Для создания даже семенного элеватора потребовалось бы около 20 тонн, что по сегодняшним ценам обойдется в 500 миллионов долларов США. Это довольно дорого, но цены на нанотрубки падают, и многие ученые считают, что строительство космического лифта может быть экономически целесообразным к 2020 году.