Часть 1: История людей и космоса
Часть 2: Миссия Маска
Часть 3: Страхование человечества
В жизни бывают сложные ситуации из разряда «из пункта А в пункт Б». Например, а) не могу поверить, что мой будильник разбудил меня так рано; б) теперь я уже сижу на работе. Или а) аренда истекает в следующем месяце; б) теперь я уже полностью перебрался в новые апартаменты и даже развесил все любимые вещи на стенах. И еще: а) ох, кажется я ненавижу свою жену; б) хорошо, что теперь у меня новая жена и все хорошо. Все это сложно.
Но а) думаю, я хочу доставить миллион человек на Марс; б) и вот на Марсе уже миллион человек — это движение кажется сверхъестественно сложным. У Элона Маска больше амбиций, чем у вас.
С начала этого проекта я говорил с Маском шесть раз, и все эти разы мы чаще всего говорили о том, как на самом деле будет происходить перемещение на Марс. Из того, что я слышал, ему нужно всего две вещи, и все получится:
- Желание
- Способ
Принято считать, что тяп-лям и «сказано — сделано». Или там: было бы желание, а способ найдется. Больше сорока лет назад мы слетали на Луну, за пятнадцать лет до того, как у нас появились нормальные компьютеры, поэтому кажется, что план по освоению Марса может быть вполне выполним — и ограничивающим фактором будет лишь нехватка желания, отсутствие воли.
Но Маск считает, что все как раз наоборот. У нас есть способ добраться до Марса за астрономическую сумму денег. Но нет способа колонизировать Марс. По мнению Маска, нам не хватает возможности добраться до Марса по доступной цене. Он называет США «народом исследователей» и «чистым духом жажды исследований» и верит, что если бы Марс был дешевле, появилось бы больше желающих туда отправиться. Но поскольку все это даже и близко не выглядит возможным, никто об этом не говорит, и воля людей отправиться на Марс пребывает в спячке.
Если бы кто-то сказал мне, что пентхаус на Манхэттене с огромным балконом упал в цене на 95%, у меня было бы много желания оплатить его аренду и въехать туда. Но поскольку цена остается прежней, я не горю желанием туда въезжать — даже не думаю об этом. Причина того, что я не пишу этот пост, сидя в горячей ванне с видом на горизонт Нью-Йорка, не в нехватке воли, а в нехватке способов.
Маск видит ситуацию с Марсом такой же. Вместо «было бы желание, а способ найдется», он считает, что здесь больше уместно выражение «вы постройте, а они приедут».
В частности, модель, которую Маск имеет в виду, заключается в том, что Марс будет оплачиваться поездками пассажиров на него, почти так же, как работает общественный транспорт на Земле — и ключом будет предоставить возможность купить билеты по достаточно низкой цене, чтобы их разобрал миллион человек. Или, как говорит сам Маск:
Должно быть пересечение людей, которые хотят отправиться на Марс, и людей, которые могут позволить себе полет на Марс. И если в это пересечение попадет равное количество людей, необходимое для самоподдержания колонии на Марсе, таким и будет решение.
Что-то вроде этого:
Проблема сейчас больше похожа на это:
Поскольку Маск считает, что воля (желтый круг) будет расти, соответственно, когда появляется реальный способ, Маск идентифицирует крошечный синий кружок в качестве критического ограничивающего фактора: очень высокую стоимость космических путешествий. И если поправить это, считает он, этот фактор станет ключевым звеном между А и Б.
Поэтому в 2002 году Маск пошел дальше: «Я собрал команду и поручил ей в течение нескольких суббот сделать технико-экономическое обоснование эффективного строительства ракет. Стало очевидно, что ничто не мешает нам сделать это. Ракетные технологии не особо улучшились материально с 60-х годов — возможно, даже откатились назад». Он был взбудоражен.
Но вернемся к реальности на секунду. Если вы решите, что революция в стоимости космических путешествий была ключом к чему-то очень важному, вы вряд ли скажете: «Вау! Я сделаю это!», а скорее «Я не знаю, как это осуществить». Чтобы попытаться понять, как можно было бы достичь такой серьезной цели, давайте попробуем понять, что мы пытаемся сделать в обратном направлении.
Вопрос: как бы я перевернул стоимость космического путешествия?
Ответ: в процессе десятилетий инноваций, сотен проб и ошибок, привлекая тысячи умнейших людей для работы. Просто, но не подходит. Не подходит, потому что:
Вопрос: откуда взять кучу денег, чтобы за все это заплатить? Если бы это было интересно правительствам, они бы уже занимались этим сами. Никакой благотворительный меценат не согласится направить десятки миллиардов долларов на массивный проект, который растянется на тридцать лет, а то и больше, без каких-либо гарантий на успех.
Ответ: вы оплатите это, делая ваши R&D-операции ценными вдвойне, параллельно предоставляя выгодные услуги доставки в космос. Чтобы проверить свою новую инновационную технологию, вам потребуется сделать много запусков. Правительства и компании отвалят вам кучу бабла, чтобы вы подвезли спутников, грузы и людей в космос в процессе этих запусков. Два зайца одним выстрелом.
Вопрос: но как мне узнать, как отправить что-то в космос?
Ответ: вы не знаете. Придется потратить пару лет, изучая все с нуля и построить один из этих аппаратов самостоятельно, доказать всем, что вы можете осуществить успешный запуск, пока никто не наймет вас в качестве службы доставки.
Вопрос: но если во время первоначальной фазы изучения и разработки не будет много клиентов, кто заплатит за эту фазу?
Ответ: ты, основатель.
Вопрос: где я возьму деньги?
Ответ: станешь соучредителем PayPal, а затем продашь компанию.
Такой была логика Маска в 2001 году, и она же написала бизнес-план SpaceX:
SpaceX уже тринадцать лет работает по этому плану. Давайте узнаем, что уже удалось сделать компании и что ее еще ждет.
Этап I: выяснить, как отправлять вещи в космос
В главных ролях: Falcon 1
Цель: отправить что-то на орбиту, пока у Маска не закончатся деньги
Этап I по факту начался еще до того, как появилась SpaceX, еще в середине 2001 года, когда Маск все еще был в PayPal. Серьезно рассматривая выход на космическую арену как свой следующий шаг, Маск делал то, что делает любой, кто хочет стать ракетным технологом мирового уровня за год без образования — читал книжки. Например:
- «Ракетные реактивные элементы», Джордж Саттон
- «Аэротермодинамика газовой турбины и ракетного движения», Гордон Отс
- «Основы астродинамики», Роджер Бэйт
- «Международное справочное руководство по системам космических запусков», К. Исаковитц, Дж. Хопкинс, Дж. Хопкинс-младший
Да, он читал книжки и черпал из них полезные вещи. Ракетный эксперт Джим Кантрелл, который тогда встретился с Маском и участвовал в одной из неудачных поездок в Россию, говорит: «Он дословно цитировал отрывки из этих книг. Стал очень сведущим в теме».
В дополнение к своему чтению, Маск задавал вопросы многим умным людям. Кантрелл, который называет Маска «умнейшим человеком, с которым я когда-либо работал», говорит, что «Маск нанял многих из моих коллег в ракетном и космическом деле для консультаций» и что «он словно высасывал из них опыт».
Когда Маск начал говорить о космосе как бизнесе совсем серьезно, его друзья забеспокоились. А вы бы не? Представьте, что ваш друг сделал кучу денег, продавая интернет-бизнес и затем говорит, что собирается потратить почти все, чтобы стать первым предпринимателем, который преуспел в строительстве компании космических пусков — потому что человечеству важно стать многопланетным видом. Едва ли вы были бы рады таким заявлениям. Один из друзей Маска изо всех сил отговаривал Маска от этого безумного проекта, отправляя тому нарезки из видео со взрывающимися ракетами.
Но Маск оставался гадким утенком и продолжал двигаться беспрепятственно. Выстроив себе фундамент из знаний, он решил набрать других людей на борт. Когда я спросил Маска, что такое бизнес, он ответил: «Я не знаю, что такое бизнес. Компания — это всего лишь кучка людей, которые работают вместе, создавая продукт или сервис. Такой вещи, как бизнес, не существует, просто погоня за целью — группа людей в погоне за целью».
Поэтому он начал собирать группу из умнейших людей, которых смог найти, и так родилась SpaceX. Потом начал нанимать известных людей, например, известного ракетного инженера Тома Мюллера. Кадровая политика SpaceX на ранних этапах была такой:
Никаких придурков. Маск говорит, что если вы ненавидите своих коллег или босса, вы не захотите выходить на работу и работать по много часов.
Найм должен строиться на сыром таланте без опыта. Маск говорит, что не особо заботится об ученой степени, колледжском или даже школьном образовании — просто сырой талант, личность и желание работать над будущими миссиями SpaceX. Я пообщался с вице-президентом SpaceX по инженерии транспорта, Марком Джанкосой, который оказался обычным калифорнийским чуваком. Правда, он казался одним из этих придурковатых ребят, с которыми я был дружен, а не ведущим ракетным ученым. Он рассказал, что был ужасным студентом и почти потерял веру в себя как в человека, пока не обнаружил у себя страсть к работе над гоночными автомобилями в автомобильном клубе по соседству с колледжем. Оказалось, что в этом деле он абсолютный гений, и когда после школы кто-то представил его Маску, тот нанял его. Джанкоса быстро вырос в компании, и сейчас, в свои 30 лет, он возглавляет одно из крупнейших подразделений компании, и на него работают сотни талантливых и куда более опытных людей.
Очень много историй вроде этой отражают необычайную меритократичность SpaceX. Я встречался с Заком Данном, старшим директором по пусковой инженерии, которому на вид было лет 12. Данн рассказал мне, что начал интерном всего пару лет назад. И ранее, когда предполагал, что Маск понятия не имеет, кто такой Данн, Маск удивил его, сказав, что считает Данна очень сильным инженером. Из этого Данн понял, что Маск хорошо знает всех и каждого в компании. Несколькими годами позже Данн стал во главу пусковой инженерии более сотни сотрудников.
Маск лично общается со всеми, включая уборщиков, и делает это как извращенец. Этого правила придерживались почти без исключений в первые восемь лет жизни компании, пока в ней не собралось 1000 сотрудников. Согласно биографии Маска, «каждый сотрудник получает предупреждение перед встречей с Маском. Интервью может длиться от тридцати секунд до пятидесяти минут. Элон, скорее всего, будет писать электронные письма и работать в течение начальной части интервью, особо не разговаривая. Не паникуйте. Это нормально. Потом он повернется на стуле к вам лицом. И даже тогда, впрочем, он может особо не сталкиваться с вами глазами. Не паникуйте. Это нормально. Когда придет время, он с вами поговорит».
Сама компания, как и Tesla, в значительной степени вертикально интегрированы. Это означает, что вместо того, чтобы отдавать на аутсорсинг большую часть процесса производства ракеты третьим лицам, SpaceX производит почти все крупные части самостоятельно, поддерживая принадлежность и контроль над большей частью цепочки поставок. Это очень необычно для аэрокосмической отрасли — как говорит Эшил Ванс, «завод — это храм, который SpaceX считает главным оружием в игре по строительству ракет, домашнее производство. SpaceX производит 80-90% своих ракет, двигателей, электроники, проектирует собственные материнские платы и микросхемы, датчики для обнаружения вибраций, бортовые компьютеры, солнечные панели».
Старомодные промышленники вроде Эндрю Карнеги и Генри Форда были за вертикальную интеграцию, и Apple за счет этого во многом побеждает конкурентов. Большинство компаний сегодняшнего дня избегают вертикальной интеграции, но для любителей контроля качества, вроде Маска или Джобса, это единственный способ держать все в руках.
Кроме того, что производство такого числа частей расположено под одной крышей SpaceX, они физически перемешаны в здании, как и в Tesla — инженеры за своими компьютерами сидят прямо на полах, где проектируют и производят, или в полностью стеклянных офисах, откуда можно наблюдать за всем процессом сборки вокруг.
По мере роста команды и формирования отделов, Маск остается тесно вовлеченным в почти каждый процесс совершенно незаметным образом. Некоторых боссов называют микроменеджерами — но в компании Маска из-за уровня вовлеченности в процесс его называют «наноменеджером».
Элон Маск знает много всякой всячины
Почти каждый, с кем я говорил в Tesla и SpaceX, делает акцент на том, какой сильный эксперт Маск в каждой отдельно взятой области, будь она посвящена аккумуляторам автомобилей, электродвигателям, ракетным проектам, двигателям, электронике (авионике) или аэрокосмической инженерии. Ему удается делать это, благодаря сочетанию глубокого уровня понимания физики и инженерии и почти гениальной способности сохранять информацию по мере ее изучения.
Именно такой широкий кругозор экспертных знаний позволяет Маску поддерживать аномально высокий уровень контроля над всем, что происходит в его компании. Касательно ракет SpaceX Маск говорит: «Я знаю свою ракету изнутри и снаружи. Я могу рассказать вам о характере теплообработки материала оболочки, как он меняется, почему мы выбрали этот материал, технику сварки… в мельчайших деталях».
Я спросил вице-президента SpaceX по разработке программного обеспечения Джинну Хусейн о наноменеджменте Маска. Он ответил:
«Крупнейший сюрприз для всех, кто впервые присоединился к компании — SpaceX использует термин «наноменеджер», и вы думаете: «Хорошо, он любит ковыряться в бурьяне, это круто». Но вы не знаете, как это. Для генерального директора компании он закидывает удочку невероятно глубоко — у него есть доступ ко всему, и он часто закапывается в какую-то одну вещь, постоянно это делает. Он принимает решения на самом низком уровне и управляет компанией на самом узком уровне с высокой точностью, я не знаю, кто еще бы так работал в любой другой компании. Мысль одного человека является ключевой точкой решения неописуемого количества вопросов — он все это удерживает в своей голове и вспоминает, когда нужно, если нужно, чтобы иметь возможность принимать правильные решения».
* * *
Хорошо. Сейчас середина 2002 года, и эта безумная идея воплощается в реальность. Есть четкая миссия, команда, вездесущий гендиректор. Следующий шаг — ракета.
Прежде чем мы перейдем к первой ракете SpaceX, давайте кое-что проясним.
Задача почти любого космического запуска — отправить что-то в космос. Вещи, которые вы берете, называются полезным грузом. Полезным грузом может быть спутник, груз, люди, мартышка — что угодно.
Чтобы пережить тяжелое путешествие в космос, груз должен находиться под защитной оболочкой — обтекателем. Иногда полезный груз нужно также отправить, направить, пристыковать в космосе и, может, даже вернуть обратно на Землю. В таком случае полезный груз переносится внутри космического аппарата (а если вы еще не выбрались из детства, то космического корабля).
У вас есть ракета. Ракета — это большая главная штука, которая взлетает и делает одно дело: отправляет полезный груз и его контейнер через атмосферу в космос. Большая часть ракеты представлена большим топливным баком, а снизу у ракеты мощнейшие двигатели в форме колокола. Они обеспечивают ракету движущей силой — тягой — которая позволяет поднимать много тонн через атмосферу Земли. Иногда ракета состоит из многих малых ракет — ступеней. И да, все вышеописанное становится боевой ракетой, если полезный груз — оружие.
Наконец, космических кораблей не существует. Космический корабль — это термин, который дарит радость четырехлетним парнишкам. Настоящие космонавты так не говорят.
Миссии «Аполлона» отправлялись на Луну, используя гигантскую ракету «Сатурн-5» (Saturn V). Saturn V весила 3000 тонн — как семь «Боингов-747» — и была высотой с 35-этажное здание. Saturn V была похожа на матрешку, поскольку вмещала все меньшие и меньшие элементы.
Космический шаттл (Space Shuttle), у которого была работа попроще — выходить на низкую околоземную орбиту, — действовал совершенно иначе.
Вместо одной большой первой ступени ракеты, Space Shuttle использовал две ракеты (твердотельные ракетные ускорители), чтобы справиться с самой тяжелой частью восхождения, и полезный груз — люди и оборудование — ехали в части шаттла, которая напоминала обычный стереотипный космический корабль. Этот аппарат добавлял необходимой тяги, когда ракеты отваливались, используя топливо из большого, по некоторым причинам оранжевого топливного бака. Обычно космический аппарат возвращается в океан на парашюте, но космические шаттлы использовали более цивилизованный подход, приземляясь на землю как самолет.
Когда SpaceX сделала свою первую ракету, она не пыталась создать самую большую и крутую вещь в истории человечества. Она построила ракету для учебной обкатки, небольшую прямую ракету Falcon 1 (Маск назвал ее так в честь «Тысячелетнего сокола» из «Звездных войн»). Она была 21 метр в высоту, двухступенчатая ракета с одним мощнейшим двигателем снизу — собственным изобретением SpaceX, двигателем «Мерлин» (Merlin).
Несмотря на скромные размеры и возможности, Falcon 1 была полна новых инновационных технологий. Основная задача была — сделать так, чтобы ракета доставляла небольшие грузы в космос дешевле, чем раньше. Не только потому, что Маск видел снижение стоимости частью пути на Марс, но потому, что считал это единственным аспектом космического путешествия, который можно поправить быстро и эффективно. Он говорит: «Скорость ракеты всегда остается почти одной и той же. Удобство и комфорт пребывают неизменными. Надежность… здесь лучше пока не сделать. Остается один ключевой параметр, по которому можно судить улучшения технологии, и это стоимость».
Марк называет две причины, по которым расходы остаются такими высокими:
1. Компаний в аэрокосмической отрасли немного, и те немногие огромны, а огромные компании не рискуют. Он говорит: «Существует огромное предубеждение против принятия риска. Каждый пытается оптимизировать прикрытие для своей задницы… Даже если доступны технологии получше, они будут использовать устаревшие компоненты, которые зачастую были разработаны в 60-х годах, и многие используют российские ракетные двигатели, разработанные в 60-х годах. Я не говорю, что эти двигатели были спроектированы в 60-х года — я имею в виду, что эти двигатели буквально были сделаны в 60-х, упакованы и привезены откуда-то из Сибири».
2. Нехватка вертикальной интеграции. Мы упоминали вертикальную интеграцию SpaceX и полный контроль, который позволяет Маску управлять SpaceX, но Маск также считает, что вертикальная структура важна для снижения расходов, поэтому критикует остальную промышленность за нежелание к ней прибегать: «У крупных аэрокосмических компаний есть тенденция отдавать все на аутсорсинг. Они передают это субподрядчикам, субподрядчики обращаются к субподподрядчикам и так далее. Вам нужно пройти через четыре или пять слоев, чтобы найти что-то действительно полезное — реальную обрезку металла, выстраивание атомов. Каждый уровень прибавляет расходов — это накладно в пятой степени».
Не имея багажа крупной компании с длинной историей, SpaceX смогла «спроектировать и разработать Falcon 1 с чистого листа бумаги», — говорит Макс Возофф, один из первых сотрудников SpaceX, и этот чистый лист бумаги прослеживается в мышлении Маска: «Я спросил: из чего сделана ракета? Алюминиевые сплавы аэрокосмического класса, немного титана, меди и углеродного волокна. И тогда я спросил, какова стоимость этих материалов на товарном рынке? Оказалось, что себестоимость материалов ракеты составляет 2% от типичной цены — а это огромное соотношение для крупного механического продукта. Так что я подумал, что мы можем сделать ракету куда дешевле, учитывая стоимость материалов».
И все это здорово — но SpaceX была не обычной компанией с обычным бюджетом и сроками развития. Это было предприятие, на которое инвесторы вряд ли подписались бы в здравом уме и трезвой памяти, поэтому компания существовала в основном на деньги личного банковского счета Маска. К 2006 году Маск решил параллельно также произвести революцию в сфере автомобилей и вложил 70 миллионов долларов от своей выручки в PayPal в Tesla, оставив порядка 100 миллионов долларов на SpaceX. Маск говорит, что этого должно было хватить на три-четыре запуска. SpaceX хватило бы этих нескольких запусков, чтобы доказать клиентам, что ей можно платить. А поскольку платежеспособные клиенты хотели, чтобы SpaceX доставляла на орбиту их грузы, это и требовалось от SpaceX: успешно запустить что-то на орбиту, продемонстрировав миру свои возможности.
Правила игры были просты: запустить три-четыре раза что-то на орбиту или закрыть компанию. На тот момент многие частные компании пытались запустить что-то орбиту, но только одной это удалось (Orbital Sciences).
Чтобы понять, почему это так сложно сделать, нам нужно понять, что такое орбита.
Что такое орбита?
Можно интуитивно предположить, что сложность в доставке объекта на орбиту — это сложность доставки объекта до орбиты, так как космонавты на МКС плавают в космосе, не испытывая никакого притяжения. Похоже, настало время утратить доверие к своей интуиции.
На секунду вернемся в старшие классы школы. Вот уравнение, с помощью которого мы рассчитываем силу тяжести:
G — это гравитационная постоянная, скучное число, которое мы проигнорируем в этом уравнении.
m1 и m2 — это массы двух объектов. Два объекта тут, потому что гравитация не принадлежит одной вещи — каждые два объекта притягивают друг друга с одинаковой силой. Если вы находитесь на Земле, ваш вес можно представить как силу притяжения между вами и Землей, и эта сила одинаково действует на вас и на планету. И поскольку два числа с массой в числителе, это значит, что когда они растут, сила гравитации тоже будет расти (пропорционально). Если ваша масса удвоится, то удвоится и вес. Если ваша масса останется прежней, а масса Земли удвоится — опять же, вас вес удвоится тоже. Если удвоится и ваша масса, и масса Земли, ваш вес увеличится вчетверо. Но мы не будем работать с массой.
Нас интересует часть d^2. d — это дистанция между двумя объектами — или, точнее, дистанция между центрами масс двух объектов. В случае с Землей масса симметрично распределена, поэтому центром массы будет центр планеты. Радиус Земли — 6371 километр, поэтому когда вы находитесь на поверхности Земли, вы используете это число вместо d для определения испытываемой силы тяжести. Поскольку d находится в знаменателе уравнения, по мере роста d сила тяжести уменьшается.
Чтобы проиллюстрировать это, я сожму Землю до одной миллионной ее размера, так что ее диаметр составит точно метр.
Если мы удвоим d путем перемещения на радиус Земли прочь от поверхности (на полметра), d^2 увеличится в четыре раза, поэтому сила тяжести, и ваш вес, будет в четыре раза меньше, чем на поверхности. Если вы отойдете на полный метр — так, что между вами и Землей поместится еще одна Земля — d утроится, и ваша гравитация будет 1/9 от той, что на Земле.
И куда во всем этом вписывается МКС?
Станция находится на высоте 350-400 километров, что на нашем метровом шаре 2-3 сантиметра, чуть больше дюйма от поверхности. Если бы в этом шарике застрял шарик для пинг-понга, МКС (и множество спутников) работали бы на нем. Широко признанной высотой, где начинается «космос», считается линия Кармана в 100 километрах над поверхностью — на нашем шарике это 7,8 мм от поверхности. Самолеты летают на высоте 0,84 мм над поверхностью, это меньше толщины песчинки.
Что это говорит о гравитации на НОО, где находится МКС?
Если мы возьмем среднюю точку на средней высоте МКС (375 км), мы обнаружим, что на такой высоте d составит 5,8% от обычной d на поверхности Земли, а значит, что снизит силу тяжести до 10%. Поэтому астронавты на МКС практически не ощущают гравитации. И поэтому плавают.
Но дело в том, что они пребывают в состоянии свободного падения.
Однажды мне выпал шанс полетать в небольшом самолете с пилотом, который был слегка того, поэтому он поднял самолет до 4000 футов (1200 метров) и быстро опустил его до 2000 футов. Прежде чем упасть, он дал мне ручку и сказал положить ее на открытую ладонь. Во время падения 8% меня, которые не боролись за выживание столь отчаянно, увидели, как ручка парит передо мной, мягко покачиваясь из стороны в сторону. На МКС такое происходит постоянно.
Вот почему: представим, что вы стоите на пике планеты меньшей и более гладкой, чем Земля, на которой нет атмосферы, и бросаете бейсбольный мячик изо всех сил:
Он должен вести себя вот так:
Теперь дайте шанс питчеру из высшей лиги:
А если запустить его из пушки? Он полетит еще дальше:
Прежде чем все эти шарики падают на землю, они пролетают кривой путь. Если поверхность Земли не встречается на этом пути, они будут продолжаться в виде длинных эллипсов. Давайте продолжим каждый путь шариков, если бы они продолжали движение.
Теперь давайте достанем пушку помощнее:
Выглядит как обычно, но учтите, что кривая дуги соответствует форме планеты. Поэтому в итоге все выглядит так:
Этот шарик обойдет планету по кругу и врежется пушке в заднюю часть. И если его ничего не заблокирует, он будет продолжать «падать» вечно, никогда не приземляясь. Поскольку путь шарика кривой и соответствует кругу кривизны планеты, планета будет продолжать падать прочь от мяча, пока мяч будет пытаться упасть на землю. Вы запустили мячик на орбиту.
Если у вас есть идеально гладкая планета любого размера без какой-либо атмосферы, в теории вы можете запустить что-то на орбиту прямо с земли. Но поскольку у Земли есть плотная атмосфера (и горы на поверхности), вне зависимости от того, как сильно вы запустите шарик с поверхности, атмосфера замедлит его, затягивая его кривую, пока он не сойдет с орбиты. Поэтому мы выводим вещи на орбиту так высоко, чтобы атмосфера была достаточно тонкой и не замедлила наши объекты. Если бы не сила трения, закон Ньютона об инерции позволил бы спутнику вечно вращаться вокруг планеты.
Чтобы попасть на орбиту вокруг Земли, объект должен двигаться невероятно быстро. Но не слишком быстро. Почему? Потому что тогда кривая будет слишком широкой и произойдет следующее:
Поэтому люди говорят о достижении «орбитальной скорости», чтобы остаться на орбите, и «скорости убегания», чтобы покинуть гравитацию Земли и отправиться в космос. Скорость убегания означает, что дуга пути будет шире кривизны планеты.
Орбитальная скорость на высоте 375 километров, где находится МКС, составляет 27 600 км/ч. Или 7,66 км/с. Эта скорость позволит объекту удерживаться на орбите на такой высоте. Чтобы понять, насколько это быстро, представьте, что если вы закинете мячик на такой скорости с пляжа в океан, он улетит за горизонт примерно за полсекунды. На такой скорости МКС облетает Землю каждые 90 минут (и поскольку скорость эта относительна, астронавты на МКС не ощущают движения вообще).
* * *
Вернемся к SpaceX. Учитывая врезку выше, теперь можно понять, почему основной задачей компании было «забросить» полезный груз на орбиту. Люди думают, что ракета взлетает вверх, но в реальности она забрасывает что-то с большим трудом отчасти в бок, поэтому траектория ракеты выглядит так:
Все, как в нашем примере выше, ракета выступает в качестве руки гиганта, который забрасывает полезный груз:
Только в нашем реальном мире ракетной компании нужна не рука и кисть, а семиэтажная 40-тонная башня из металла, которая со взрывом улетает с планеты.
Чтобы сделать все еще сложнее, «забрасывание» начинается в атмосфере на уровне моря, которая одновременно толстая как патока и полна движущихся частей (то есть погода). Это как точно забросить мячик рукой, стоя под несколькими метрами текущей воды. Глава технического отдела SpaceX Марк Джанкоса так описал задачу вывода ракеты через атмосферу: «Ракета — это такая мокрая лапша, которую вы пытаетесь вытолкнуть в космос. Она адски хлюпает. Вы даже не знаете, куда она собирается, измеряя траекторию по одной точке ракеты — вам нужно измерять несколько».
С такими мощными силами в игре — вес ракеты, скорость, плотная атмосфера — даже крошечное повреждение оборудования может приговорить миссию. Проблема в том, что вы не можете провести надежные испытания того, как оборудование будет себя вести, пока не стартанете.
SpaceX хорошо выучила этот урок.
2006: первый запуск — неудача
2007: второй запуск — неудача
2008: третий запуск — неудача
Плохие времена.
Неудачи были вызваны мельчайшими деталями. Ржавая гайка не выдерживает под давлением, жидкость в ракете расплескивается больше, чем ожидалось, а двигатели первой ступени отключаются на пару секунд позже во время отделения ступеней. Вы можете делать все правильно 99,9% времени, и последние 0,1% приведут к катастрофическому взрыву ракеты. Космос — это сложно.
Каждая запускающая ракеты компания или правительство — все и каждые — сталкивались с неудачами. Это часть концерта. Обычно вы делаете глубокий вдох, засучиваете рукава, выясняете, что пошло не так, и переходите к следующему запуску. Но у SpaceX были особые условия — у компании были деньги на «три-четыре запуска», и после трех неудач последний запуск стал последним шансом. Он был запланирован спустя меньше чем два месяца после неудачного третьего запуска.
Друг Маска, Адео Ресси, описывал это так: «Все зависело от этого запуска. Сработает — эпический успех. Провалится — если что-то пойдет не так и все провалится — будет эпический провал. Третьего не дано. Никаких запасных вариантов. Три неудачи уже случилось, все должно было закончиться. Дело для исследования Гарвардской бизнес-школы: богатенький мальчик полез в ракетный бизнес и все профукал».
28 сентября 2008 года, SpaceX приготовилась к четвертому запуску — и сделала это. Она запустила груз-пустышку на орбиту без сучка и задоринки, став второй частной компанией в мире, которой это удалось.
Falcon 1 стала также самой эффективной по стоимости ракетой в истории запусков — обошлась всего в 7,9 миллиона долларов, это в три раза дешевле лучших альтернатив. NASA обратило свое внимание. Успешный четвертый запуск стал достаточно убедительным для агентства, и в конце 2008 года из NASA позвонили Маску и предложили заключить контракт на 12 запусков к МКС стоимостью 1,6 миллиарда долларов.
Деньги Маска сделали свою работу. Теперь у SpaceX есть клиенты и долгое будущее впереди.
Следующая часть: Стоимость космических путешествий
Тим Урбан, WaitButWhy
