Первым делом нарисуем космопланы. Ну а сделаем? А сделаем — потом...

Денис Альбин,
главный редактор портала «Всё о космосе»
«Троицкий вариант — Наука» №17 (436), 26 августа 2025 года

Оригинал статьи на сайте «Троицкого варианта»

Кадр из аниме-сериала “Planetes”. Юкимура Макото / Bandai Visual, NHK / Sunrise, 2003 год

«Космопланы, или многоразовые космические корабли горизонтального взлета и посадки, появятся через 50–60 лет» — Российский космонавт Сергей Валерьевич Прокопьев (2024)

Денис Альбин

Прошло уже более двадцати лет, как я посмотрел аниме-сериал “Planetes” (фильм «2001 год: Космическая одиссея» я посмотрел позже, так бывает). Время стерло из памяти почти весь сюжет, кроме первой минуты первой серии. Там пассажирский космоплан сталкивается с космическим мусором. И поразила меня не сама авария, а идея того, что можно на «самолете», без всякой ракеты, достичь космоса.

Все мы знаем такие космопланы, как советский «Буран» или американские шаттлы. Следим за деятельностью действующего X-37B и пытаемся собрать крупицы информации о его китайском аналоге Shenlong. Ну и, конечно, ожидаем первого полета космоплана Dream Chaser (уже долго ожидаем). Но все эти «космические самолеты» запускались, запускаются или будут запускаться при помощи обычных ракет космического назначения. Некоторые сейчас вспомнят еще VSS Unity компании Virgin Galactic — это «воздушный старт», но его я за полноценный космоплан не считаю по той причине, что максимальная высота, которой он достиг, равна 89,9 км. И мне в данном случае всё равно, что там считают в USAF и FAA. Не достигли линии Кармана (100 км) — в космосе не были!

Но возникает вопрос: может ли космоплан подняться в космос сам, со взлетной полосы на Земле? Теоретически да.

«Гибриды — это дорога в ад. Честно говоря, я считаю это пустой тратой времени» — Э. Палмер (2024)

Первой в истории действующей авиакосмической системой, способной выполнять суборбитальные пилотируемые полеты, стал американский ракетоплан North American X-15, созданный в 1960-х годах. В ходе той программы было совершено 13 полетов на высоту свыше 80 км, а два из них превысили границу в 100 км, официально считаясь космическими. Летчики этих миссий были признаны астронавтами.

Идея предварительного охлаждения воздуха в реактивных двигателях появилась еще в 1955 году благодаря Роберту П. Кармайклу. Позже эта концепция была развита в виде двигателя с жидкостным воздушным циклом (LACE), над которым в 1960-х годах работала компания General Dynamics по заказу ВВС США. Суть LACE заключалась в том, чтобы за сверхзвуковым воздухозаборником сжимать воздух, резко охлаждать его с помощью жидкого водорода и выделять из воздуха жидкий кислород для дальнейшего сгорания. Однако из-за избытка нагретого водорода его приходилось сбрасывать, что снижало эффективность двигателя.

Позднее, в рамках британского проекта HOTOL, появился более эффективный вариант двигателя на основе этой концепции — RB545, также известный как Swallow. Когда в 1989 году проект лишился финансирования, один из его участников, Алан Бонд, вместе с коллегами основал компанию Reaction Engines Limited, чтобы продолжить работу. RB545 оказался проблемным из-за хрупкости теплообменника, большого расхода водорода и ограничений, связанных с патентами и государственной тайной. Поэтому Бонд разработал новый двигатель под названием SABRE.

В 2001 году компанией Reaction Engines Limited началась также разработка концепции космоплана Skylon, способного самостоятельно достигать космоса. SABRE — гибридный воздушно-ракетный двигатель, который на малых высотах использует атмосферный воздух, а на больших переходит на жидкий кислород. Главная особенность — сверхэффективный теплообменник, который за доли секунды охлаждает входящий горячий воздух, чья температура может достигать 1000°C, до –150°C, чтобы он стал пригоден для сгорания с водородом. Это позволяет создавать мощную тягу без перегрева.

Модель раннего двигателя SABRE, разработанного для космоплана Skylon. Science Museum London / Science and Society Picture Library

Охлаждение осуществляется через замкнутый гелиевый контур, который также питает компрессоры и насосы. На низких скоростях воздух проходит через компрессор, где сжимается и сгорает с водородом. На высоких — часть воздуха обходит компрессор и сжигается отдельно в кольцевых форсунках, как в прямоточном двигателе.

Когда атмосфера становится слишком разреженной, SABRE переключается на внутренние запасы жидкого кислорода и работает как обычный ракетный двигатель. Для работы на разных высотах используется подвижное сопло, меняющее форму в зависимости от давления.

Таким образом, SABRE объединяет достоинства реактивного и ракетного двигателя, позволяя запускать летательные аппараты в космос без многоступенчатых ракет.

Космоплан Skylon на орбите: фаза включения ЖРД СОМ (ESA / Reaction Engines)

Невзирая на поддержку правительства Великобритании (60 млн фунтов стерлингов), инвестиции от BAE Systems (£20,6 млн), Boeing, Rolls-Royce, Baillie Gifford, Woodford (от этой четверки — £26,5 млн), SDF (£40 млн) и Европейского космического агентства (20 млн евро), компания Reaction Engines Limited, не сумев собрать еще £20 млн в октябре 2024 года объявила себя банкротом, все 208 сотрудников компании были уволены, а активы и интеллектуальная собственность компании были выставлены на продажу.

За 35 лет существования, потратив свыше £150 млн, компания не смогла предоставить инвесторам рабочий вариант гибридного воздушно-ракетного двигателя. Теоретические решения проблем с хрупкостью теплообменника и избеганием оледенения при сверхбыстром охлаждении воздуха до –150°C на практике оказались малореализуемыми. И даже катализируемые испытания показали, что тестовое оборудование — входящие трубы, герметизация — требует постоянной доработки из-за экстремальных условий (температура до 1000°C, высокое давление).

К сожалению, и в этот раз скрестить ежа и ужа не получилось.

«Повторение — мать учения» — пословица

Официальных упоминаний я не обнаружил, но, похоже, покупатель на интеллектуальную собственность Reaction Engines Limited всё же нашелся.

16 июля 2025 года Европейское космическое агентство (ESA) и британская компания Frazer-Nash запустили исследовательскую программу INVICTUS, направленную на разработку гиперзвуковых технологий для перспективных многоразовых аппаратов с горизонтальным стартом.

Проект INVICTUS финансируется в рамках программ ESA GSTP (Общая программа технологической поддержки) и TDE (Элемент развития технологий) и предполагает создание полностью многоразового экспериментального аэрокосмического аппарата, способного развивать скорость до 5 Маха.

В заявлении от Европейского космического агентства говорится, что программа INVICTUS опирается на ранее разработанные технологии под управлением... Европейского космического агентства. Действительно, а чего мы ожидали, все-таки они в свое время 20 млн евро выделили! Хотя нужно отдать им должное, Reaction Engines они там вскользь всё же упомянули.

Напоследок: было заявлено, что в течение следующих 12 месяцев консорциум INVICTUS под руководством Frazer-Nash, а также при участии Spirit AeroSystems и Университета Крэнфилда подготовит предварительный проект всей летной системы. Ждем.

«Мы не можем гарантировать успех, но мы можем его заслужить» — Ф. Онгаро (2003)

Немного ближе к «самолетным» полетам в космос продвинулась новозеландская компания Dawn Aerospace, основанная в 2017 году и сумевшая привлечь всего около 25–27 млн долл. (там часть в евро и новозеландских долларах, сложно точно подсчитать). Уже в ноябре 2024 года ее прототип космоплана Dawn Mk-II Aurora преодолел звуковой барьер, достигнув скорости 1,12 Маха и высоты 25,15 км. Этот полет установил рекорд самого быстрого подъема на высоту 20 км, превзойдя достижение модифицированного F-15 Streak Eagle, установленное в 1975 году.

Mk II Aurora. Скриншот из ролика Dawn Aerospace

Что любопытно: помимо разработки космоплана Dawn Aerospace наладила производство своих двигателей для малых аппаратов CubeDrive и SatDrive, а также производство собственной смеси топлива для работы микроспутников.

В мае 2025 года компания заявила, что начинает принимать заказы на полностью многоразовый космоплан Aurora, предназначенный для регулярных полетов к границе космоса. Dawn Aerospace заявляет, что космоплан предназначен для полетов за линию Кармана и сможет поднимать полезные нагрузки до 10 кг. Бизнес-план компании отличается от принятого в космической отрасли. Они планируют продавать не услугу запуска, а сам аппарат — по 30 млн долл. за штуку, при этом их глава Стефан Пауэлл уточнил, что «компания будет адаптировать цены к каждому клиенту». Начало поставок обещают в 2027 году.

Mk II Aurora. Скриншот из ролика Dawn Aerospace

Интересно, что Dawn Aerospace решила не связываться с гибридным воздушно-ракетным двигателем, а установила на свой космоплан ракетный. Также у меня вызывает некоторое недоумение тот факт, что они начали собирать предзаказы на свой «космоплан», не проведя полноценных летных испытаний в космосе, за линией Кармана (по крайней мере, на момент публикации этого текста).

Есть у меня сомнения и в успешности бизнес-плана Dawn Aerospace. Дело в том, что изначальная клиентская база невелика. По сути, Aurora сможет делать то же, что делают сейчас метеорологические ракеты. Согласно исследованию в журнале PNAS, агентство NASA осуществило 57 пусков атмосферных научных ракет в период с 2013 по 2023 год — т. е. приблизительно 5–6 пусков в год. Принимая во внимание, что США обеспечивают примерно половину всех пусков мировых исследовательских ракет, можно грубо экстраполировать: в мире запускается около 10–13 таких ракет в год. То есть одна Aurora сможет удовлетворить все мировые потребности даже с запасом.

Mk II Aurora. Скриншот из ролика Dawn Aerospace

Ну, может, военные себе несколько штук зачем-нибудь прикупят? Или какие-нибудь богатеи — просто потому что могут...

Есть еще кое-что, что меня смущает. Тот же Стефан Пауэлл заявил, что «по оценкам компании, основанным на маркетинговых исследованиях, цена за полет в 100 тыс. долл. абсолютно разумна, и цена может быть выше для миссий с более индивидуальными требованиями к полетам», — это он про цену, которую смогут выставлять клиентам владельцы космолетов, или всё же про цену, в которую обойдется полет самому владельцу? В любом случае при стоимости пуска метеорологических ракет в 5–15 тыс. долл. в зависимости от страны и самой ракеты (не считая таких «монстров», как Black Brant IX и Black Brant Х, летающих на 700–900 км), экономическая целесообразность покупки такой дорогой «игрушки» мне неочевидна.

«Люди будут летать в космос по профсоюзным путевкам» — Сергей Павлович Королёв (1965)

Подводя итоги, можно сделать вывод, что Aurora даже в случае успеха Dawn Aerospace так и останется суборбитальным космопланом, в силу своих технических особенностей не способным не только на полноценный орбитальный полет, но и на сколько-нибудь продолжительный суборбитальный.

В то же время я не уверен, что программа INVICTUS способна добиться полноценного орбитального полета космоплана даже при условии, что ESA сможет решить все проблемы двигателя SABRE, обеспечит совместную работу всех его компонентов, а потом еще заставит всё это летать, причем не один раз и без капремонта...

Ну а пока мы можем наблюдать поднимающиеся с взлетной полосы космопланы лишь на рендерах и в фантастических фильмах.