Развитие земного предшественника космической индустрии, как способ движения к космической эре.

На современном этапе, человечество стоит у порога начала колонизации космоса и перехода на космический уровень развития, но долго не может перешагнуть через этот порог. За полвека истории космонавтики, деятельность людей в солнечной системе почти не продвинулось дальше стадии разовых исследовательских полетов, то есть остается на стадии экспериментов. Современная ракетно космическая индустрия с самого начала была создана для выполнения научно пропагандистских задач, и на колонизацию внеземного пространства она не рассчитана.

В последнее десятилетие начали появляться частные космические программы, рассчитанные на освоение космических ресурсов. И проекты развития качественно новых, более дешевых и массовых, космических транспортных систем.  

Они могут дать начало развитию нового этапа освоения космоса, рассчитанного на практическую индустриализацию внеземного пространства, который в перспективе может привести к переходу мировой промышленности в пространство солнечной системы. Открывая период экономики космических колоний, быстрого и ничем не ограниченного экономического роста. Но постепенное развитие частных космических программ, может затянуться на десятилетия. Не давая шансов на быстрый переход в космическую эру,  доступный в обозримой перспективе, для людей современного поколения. 

Для колонизации космоса не достаточно отдельных космических программ, нужно перевести в космическое русло всю мировую индустрию. Только тогда человечество перейдет в стадию космической цивилизации. Отдельные программы по освоению астероидных ресурсов или производству топлива на луне, это только промежуточные этапы. Космическая индустрия в отличие от современной промышленности будет основана на качественно новых производственных технологиях, относящихся к новому промышленному укладу, таких как 3D печать, позволяющих упростить производственную инфраструктуру до нескольких, легких, универсальных станков. Несколько станков нового уклада, размещенных в легком «Микро цехе», весящим как спутник, или модуль МКС, смогут заменить полную цепь производства от сырья до конечного изделия. Космические «Микро цеха», будут достаточно легкими для доставки их в космос без гигантских затрат. А, кроме того, космические микро цеха, будут способны создавать свои копии и увеличивать свою численность в геометрической прогрессии. Такая, производственная инфраструктура, позволит вести индустриализацию космоса быстро, дешево и с высокой прибылью.

Сейчас в основном ожидается, что космическая индустрия будет развиваться через частные космические программы. Но зачем ждать реализации крупномасштабных космических проектов, если можно начать развитие индустрии космической эры на земле, в сфере малого бизнеса, в ближайшей перспективе? Необходимые для этого технологии, нового индустриального уклада уже есть на рынке, многие из них доступны и не дороги. Если использовать сетевую форму организации, информационные коммуникации, а так же, области бизнеса с низкими затратами и высокой рентабельностью, можно создать глобальную сетевую структуру, совмещающую функции общественного движения и бизнес сообщества. Через такую сеть «Сторонников космической экспансии», можно запустить процесс развития «Индустриальной среды космической эры», способной на быстрый рост и высокую производительность, на земле, в ближайшей перспективе. А со временем, когда индустриальная система сети накопит достаточные ресурсы, и мощности, она продолжит свой рост за пределами земли.  

Сетевая структура, построенная на принципах космической индустрии будущего, способна запустить процесс формирования индустриальной среды и общества, соответствующих критериям космической эры. Эффективно функционирующих на земле, и способных распространяться в пространстве солнечной системы. И таким образом послужить функциональным прообразом космической промышленности, давая возможность через нее начать активное движение к цивилизации космического уровня в ближайшем будущем.

Первые этапы развития космонавтики.   

Развитие современной космонавтики началось в конце пятидесятых годов прошлого века. В то время появились первые, межконтинентальные баллистические ракеты, способные нести достаточно большую нагрузку, от нескольких сотен килограмм, до трех тонн. Первые ракеты носители, способные выводить полезную нагрузку на орбиту, были сделаны на базе баллистических ракет. Баллистические ракеты большой дальности, рассчитаны на выведение груза на баллистическую траекторию, со скоростью около 7 километров в секунду, на которой, груз делает дугу вокруг земного шара, с расчетом на то, чтобы груз, боеголовка, упал на другом конце земли. Если немного увеличить скорость полезной нагрузки, баллистической ракеты, до 8 километров в секунду, то груз выйдет на круговую орбиту, и не будет падать на землю, продолжая постоянно вращаться вокруг земного шара.    

     Ракета «Р – 7», на стартовой площадке.

Первой космической ракетой, стала модификация советской баллистической ракеты – «Р – 7». Сейчас эта ракета находится в эксплуатации под названием - «РН – Союз». После успешных испытаний Р – 7, разработчик ракеты «Сергей Павлович Королев» убедил Хрущева, сделать космическую модификацию Р - 7, и запустить с ее помощью несколько спутников, для демонстрационного эффекта. Первый спутник был запущен 4 октября 1957 года. Первые космические полеты вызвали ажиотажную реакцию и сильно подняли рейтинг коммунистической партии в глазах мирового сообщества. Почувствовав пропагандистский эффект коммунистическая партия начала финансировать и активно развивать новые космические программы. 12 апреля 1961 года, был выведен на орбиту первый пилотируемый корабль  - «Восток», с космонавтом «Ю. А. Гагариным на борту». Дата этого полета, позже вошла в историю под названием  - «День космонавтики».   

Успехи советских космических программ на начальном этапе, вызвали нервную реакцию в США. Что спровоцировало Американское правительство создать национальное аэрокосмическое агентство  - «NASA – НАСА», и начать активное развитие своих национальных космических программ, вершиной которых стала серия пилотируемых полетов на Луну, по программе  - «Аполлон».  

     Одна из высадок на Луну по программе  - «Аполлон».

Первая высадка на Луну состоялась 20 июля – 1969 года, последняя в  - 1972 году. Программа Аполлон, и последовавшая за ней программа Американской пилотируемой станции – «Скайлеб», 1974 – 1979 годы, восстановили международный престиж США. После чего активное противостояние в космосе между СССР и США ослабло, но дальнейшее развитие мировой космонавтики продолжилось в русле – «Космической гонки» за национальным престижем.

Первые космические программы создали ракетно-космическую отрасль и сформировали космонавтику в том виде, в котором она осталась сейчас. В качественном отношении современная космонавтика почти не отличается от периода 70 – х годов. Прогресс и рост возможностей космонавтики идет в основном за счет развития приборной и электронной начинки космических аппаратов. 

Принятая стратегия освоения космоса, гонка за научно демонстрационными достижениями.

Основные преимущества «Гонки за рекордами», в качестве ведущей цели развития космонавтики, я вижу в том, что они позволили мобилизовать значительные ресурсы на развитие космической отрасли в начальный период. Без расчета на практическую отдачу, которая тогда была невозможна, и это обеспечило быстрое развитие космической отрасли в 60 – е, 70 – е, годы.  А в некоторой перспективе, социальный запрос на новые достижения в космосе, так же может направить дополнительные ресурсы в лунные и марсианские программы. В общем, гонка за демонстрационными достижениями, может служить эффективным мобилизующим фактором без оглядки на практическую целесообразность, давая ресурсы для мобилизационных рывков.  

Плюс мобилизационных подходов, в том, что они могут быть эффективны для запуска качественно новых направлений деятельности, на стартовых этапах. В том числе, могут способствовать созданию новых областей космической деятельности направленных на колонизацию космоса, но для этого нужен активный социальный заказ.

Основные недостатки, стратегии гонки за рекордами, на мой взгляд, в том, что она не позволяет космической отрасли эффективно развиваться в качественном и масштабном отношении. А так же не позволяет сделать переход от исследования космоса к его промышленной колонизации. Гонка за рекордами создала космическую отрасль с ноля в рекордные сроки, но с тех пор качественное развитие космонавтики замерло на месте. У космических администраций было множество возможностей качественной модернизации космической техники, таких как, разработка многоразовых ракет недорогих в эксплуатации, аналогичных тем, что сейчас разрабатывает Илон Маск. Переход на экономичные «Электрореактивные» двигатели в космическом пространстве. Или освоения качественно новых видов деятельности, таких как ремонт и обслуживание спутников на орбите, создание орбитальных производственных центров, переход к освоению инопланетных сырьевых ресурсов. Но все эти возможности остались без внимания, хотя с технологической и финансовой точки зрения они были доступны. Космические администрации раз за разом повторяли очередные научно пропагандистские проекты, соревнуясь друг с другом в количестве научных данных получаемых за счет исследовательских зондов или пилотируемых станций. Мышление ведомственных аналитиков не рассчитано на достижение практических задач, так же как и общецивилизационных целей, таких как движение, к космической эре, оно мотивировано только на выполнение политического заказа. А политический заказ, в свою очередь только на укрепление престижа власти и государства. 

Планы и проекты космонавтики прошлого. 

Быстрое развитие ракетно космической индустрии и ажиотажный интерес к космосу на начальных этапах, в шестидесятые, семидесятые годы, вызвали ожидания скорого развития более масштабных космических программ, таких как создание постоянных баз на луне и промышленных орбитальных станций. А далее развития массовой индустриализации космоса и его колонизации. Но эти ожидания не оправдались.   

В семидесятые, двухтысячные годы, были масштабные перспективные проекты, связанные с практическим освоением космоса. Такие как, строительство орбитальных солнечных электростанций. Строительство сырьевых лунных баз, служащих, в том числе источником материалов для орбитальных электростанций, а так же источником сырья для производства различных изделий и топлива. Создание производственных пилотируемых станций на околоземной орбите. Эти проекты были взаимосвязаны между собой и вместе могли бы составить околоземный, космический, индустриальный комплекс, на базе которого могла развиваться дальнейшая индустриализация внеземного пространства.

Так же были проекты создания качественно новых космических транспортных систем, таких как многоразовые космические корабли, аэрокосмические самолеты, воздушные старты со сверхзвуковых самолетов «Разгонщиков», многоразовые орбитальные буксиры с экономичными «Электрореактивными» двигателями. 

Из перспективных проектов того поколения получил реальное развитие только проект многоразового корабля «Спейс шаттл». Другие проекты не были доведены до реализации. Как принято считать из-за своей дороговизны и низкой экономической эффективности, больших сроков окупаемости около 10 – 30 лет. Или из-за отсутствия инициативы со стороны администрации аэрокосмических агентств. Что выглядит более вероятным, так как, если бы было твердое намерение делать новые шаги в освоении космоса, в их направлении, по крайней мере, велись бы опытные работы. Или проекты прорабатывались бы в виде относительно дешевых, маломасштабных, опытных, «Прототипов».   

Программа Спейс шаттл, на практике оказалась не рентабельной, из-за высоких затрат на эксплуатацию этих машин. Шаттлы проектировались для строительства и обслуживания тяжелых орбитальных платформ, в основном военных. Но так же была возможность строительства с их помощью крупных орбитальных объектов, научного или коммерческого назначения. Шаттлы проектировались из расчета выведения не менее 20 тонн полезной нагрузки, это вес стандартного модуля космических станций. Такая грузоподъемность была нужна для строительства тяжелых орбитальных платформ, но для снабжения МКС, или рядовых исследовательских миссий она была избыточной. Машина получилась тяжелая, сложная и дорогая. Содержание инфраструктуры обслуживающей шаттлы требовало больших затрат. Поэтому, выйти на безубыточность шаттлы могли только при высокой частоте пусков, как минимум  - 8, оптимально, около - 50 в год. Но на такое количество пусков для обслуживания орбитальных станций и выведения некоторых космических аппаратов не было спроса. А, кроме того, из-за сложности шаттлов время межполетного обслуживания не позволяло достигать высокой частоты пусков. И на шаттлах были частые мелкие аварии, из-за чего их пуски постоянно откладывались. Две катастрофы, шаттлов – «Челленджер», в  - 1986 году, и  - «Колумбия», в  - 2003 году, подорвали их репутацию комфортного и безопасного транспортного средства. Программа спейс шаттл была закрыта в 2011 году. 

Наработки по программе шаттл, двигатели и научно производственные мощности, планируется использовать в программе сверхтяжелого носителя «СЛС», «Спейс лауч сисемс», «SLS - Space Launch System». SLS проектируется для пилотируемых экспедиций на Луну или Марс. Грузоподъемность этой ракеты может доходить до 129 тонн, полезной нагрузки на околоземной орбите, что немногим меньше грузоподъемности лунного носителя «Сатурн  - 5» доставившего на Луну первых астронавтов, 140 тонн на околоземной орбите. 

До двухтысячных годов, в космонавтике практически не было новых тенденций, космическая деятельность развивалась в русле исследования солнечной системы автоматическими зондами, и программ научных, околоземных, пилотируемых станций. 

Главное достижение предшествующего периода развития космонавтики, с точки зрения массовой, практической индустриализации космоса, это создание глобальной спутниковой группировки. И мирового рынка, предоставляемых спутниками, космических, информационных услуг. Спутниковая индустрия, это пока единственная область практической индустриализации космического пространства, с глобальными масштабами деятельности и достаточно крупными оборотами, около 300 – 400 миллиардов долларов в год, по разным оценкам. Это мизерная доля от мирового ВВП, имеющего объем около 70 триллионов долларов, но услуги космической связи, наблюдения за земной поверхностью и глобального позиционирования, предоставляемые спутниковой группировкой, внесли значительный вклад в развитие общецивилизационного прогресса, развития технологий и роста экономики, за счет развития мировой информационной среды.   

Спутниковая группировка, это первый серьезный шаг на пути индустриализации космоса. К недостаткам спутниковой индустрии можно отнести ее привязанность к земле. Спутники это придаток земной информационной среды, поэтому, спутниковая группировка не может оторваться от земли и распространяться на солнечную систему. Но она может служить базисом для развития качественно новых направлений космической деятельности, так как может создавать платежеспособный спрос на них, как на области деятельности связанные с обслуживанием спутников.  

Флот орбитальных буксиров в околоземном пространстве, базы для добычи топлива на луне, производство различных конструкций, ремонт и обслуживание спутников на орбитальных станциях. Это области деятельности, связанные с обслуживанием спутников, которые способны создать инфраструктурное, транспортно индустриальное ядро, значительно облегчающее дальнейшую индустриализацию космоса. Одна из статей на эту тему опубликована в «GlobalScience»:    http://globalscience.ru/article/read/20728/       

От ведомственных аналитиков часто можно слышать, что им не хватает финансирования, для того, чтобы сделать первые шаги к колонизации космоса. Но я думаю, эти заявления не имеют под собой оснований. Денег у аэрокосмических агентств достаточно, их бюджеты измеряются миллиардами. В их распоряжении передовые государственные научно промышленные мощности. Даже, если предположить что государственные космические агентства получили бы несколько сотен миллиардов, или триллион долларов, в рамках принятой стратегии они не сделали бы ничего качественно нового. За эти деньги были бы построены парк сверхтяжелых ракет, пилотируемые базы на Луне и Марсе. Но это было бы продолжение стандартных космических исследований в больших масштабах. То есть освоение космоса продолжало бы оставаться на стадии экспериментов, но при этом стоило бы в десятки раз дороже. С другой стороны при миллиардных объемах финансирования вполне можно было бы начать опытные проекты, связанные с качественной модернизацией космического транспорта, развитием производства на орбитальных станциях, или практическому использованию космических сырьевых ресурсов, если не инопланетного грунта, то хотя бы космического мусора.

На мой взгляд, колонизация космоса, зависит не столько от количества денег, сколько от качества деятельности. От выбора функциональных направлений деятельности и схем ее организации. Для развития колонизации космоса, направления деятельности должны, включать создание инфраструктуры, позволяющей значительно снизить стоимость космических полетов, и начать развитие внеземной индустрии. Быть практичными, ориентированными на прибыль. При этом отдельные проекты, должны быть доступными по цене, быстро реализуемыми и способными достаточно быстро себя окупать.   

Из элементов качественно новой космической транспортной инфраструктуры, в числе самых реализуемых, можно отметить: Создание парка недорогих ракет носителей. Или многоразовых. Возможно, частично многоразовых, с полностью спасаемой первой ступенью и спасаемыми двигателями на второй ступени. Или недорогих, одноразовых ракет, изготовляемых по упрощенным технологиям из дешевых материалов. А так же возможно создание специальных пушек, «Легкогазовых», или «Электромагнитных», для недорогой доставки на орбиту расходных материалов не чувствительных к ударам, таких как топливо или металлы. Для полетов на орбите, возможен переход с химических ракетных двигателей, на электрореактивные двигатели. Двигатели этого типа, слишком маломощные чтобы с их помощью стартовать с земли, но в космической невесомости их мощности достаточно. Электрореактивные двигатели, расходуют топливо в 5 – 30 раз экономнее химических, что позволяет создать с их использованием, флот многоразовых, грузовых кораблей, способных свободно передвигаться в космическом пространстве и недорогих в эксплуатации.  

В более отдаленной перспективе, возможно создание принципиально новых средств выведения, таких как: Ракеты или челноки с экономичными двигателями, с внешним подводом энергии с земли, в виде лазерного или микроволнового луча, потребляющими водород в качестве топлива – «Рабочего тела».  

Космическая транспортная система – «Орбитрон», в основе которой лежит разгон материалов до орбитальной скорости за счет прямого столкновения со специальными кораблями – «Орбитальными коллекторами», в суборбитальном подскоке, и возможно плавный разгон кораблей до орбитальной скорости за счет энергии длинных направленных потоков вещества – «Треков», сформированных на орбите.  

Так же возможно использование «Тросовых систем». «Космических лифтов». Или «Космической пращи», состоящей из двух модулей раскрученных на длинном тросе до комической скорости, модуль, движущийся против орбитального вращения в момент сближения с землей, будет иметь малую скорость относительно поверхности, что позволяет с его помощью захватывать грузы из суборбитального подскока.   

Или электромагнитных ускорителей расположенных на низкой орбите, способных захватывать грузы из суборбитального подскока, и разгонять их до орбитальной скорости за счет магнитного поля, работая как электромагнитные пушки, но в обратном направлении, и без помех со стороны атмосферы.

Переход на качественно новую космическую транспортную инфраструктуру, позволяет снизить стоимость полетов от нескольких раз до нескольких десятков раз. И дает новые возможности для развития в космосе более масштабной деятельности.

Космические программы, рассчитанные на колонизацию космоса, должны быть экономически оправданными. Бюджетного освоения нового пространства в глобальном масштабе быть не может. Индустриализация космоса, может активно развиваться, только в том случае если она будет приносить прибыль, и при этом средства, вложенные в космические проекты, будут достаточно быстро оборачиваться, увеличивая свои объемы и вовлекая в свой оборот новые инвестиции и промышленные мощности. Начать колонизацию космоса, сможет не та структура, которая первая получит триллионный бюджет, а та, которая первая принесет триллионную прибыль.  

Гигантские, сверх затратные, и долгосрочные программы, свойственные периоду семидесятых, двухтысячных годов, так же, вариант сомнительной эффективности. Так как, они не смогут эффективно вовлекать средства и мощности мировой экономики в свой оборот, и вложенные в них средства окажутся надолго запертыми, прежде чем программы себя окупят, и начнется новый виток роста. Поэтому развивать индустриализацию космоса за счет «Мегапроектов» достаточно быстрыми темпами, невозможно. По моему мнению, наиболее эффективна структура космической индустрии, состоящая из множества отдельных частных проектов, обладающих не высокой стоимостью, с небольшими по меркам крупного бизнеса сроками окупаемости, около 2 – 5 лет. И инфраструктурного ядра, состоящего из транспортных, производственных и обслуживающих систем. Такая структура организации, позволяет обеспечить быстрый рост внеземной индустрии. Элементы ее инфраструктурного ядра, могут быть дорогими и долгосрочными, но они будут прибыльными в среднесрочной перспективе за счет суммарного оборота индустрии. Не создавая угроз «Зависания», дальнейшего развития, пока инфраструктурные проекты не окупятся через десять или двадцать лет.  

Вторая часть статьи:   http://spaceexpansion.ucoz.ru/publ/1-1-0-66