Проблемы и преимущества американского аэрокосмоса

Starliner и его «друзья»: проблемы и преимущества американского аэрокосмоса

Евгений Пожидаев 

13 сентября 2024

Больше трех месяцев СМИ следили за злоключениями космического корабля Starliner, отправленного к МКС с семилетней задержкой и надолго оказавшегося не способным вернуться на Землю даже в беспилотном режиме. 7 сентября аппарат все же успешно приземлился без экипажа. Однако относительно благополучный исход никак не отменяет внушительный набор проблем. Касающийся не только непосредственно производителя («Боинг»), но всей космической отрасли США в ее «традиционной части» (старые аэрокосмические корпорации и NASA).

Напомню краткую историю полета.

Еще до старта была обнаружена утечка гелия; в ходе сближения с МКС вышли из строя 5 двигателей ориентации из 28. В итоге возвращение Starliner с экипажем оказалось под вопросом. При этом программное обеспечение аппарата вообще не предусматривало вариант автоматической расстыковки с МКС. Просто потому, что инженеры «Боинга» «не подумали», что Starliner может понадобиться возвращать без экипажа. В итоге «апгрейд» ПО пришлось проводить прямо на орбите, сбив график полетов.

Примечательно, что «недомыслие» проектировщиков случилось на фоне перерасхода средств в $ 1,14 млрд. уже на середину прошлого года. Равным образом, семилетняя задержка, впечатляющая сама по себе, удвоила первоначально запланированные сроки разработки.

При этом если проблемы с двигателями, ставшие причиной нештатной ситуации изначально, теоретически можно списать на объективные трудности («космос это сложно"(с)), то пренебрежение элементарной подготовкой к нештатным ситуациям — это уже за гранью адекватности.

История Starliner, в принципе, вполне типична для длинного списка сомнительных и очень сомнительных «достижений» «Боинга» в последние годы. Проблема, однако, состоит в том, что американский аэрокосмический «госсектор» успешно конкурирует с компанией в этом отношении.

Иными словами, NASA демонстрирует еще больший уровень некомпетентности — если не чего-то хуже.

«Затраты плюс»

По очевидным причинам наиболее «знаковой» для агентства является лунная программа. Между тем, американская попытка возвращения на Луну уже растянулась почти на два десятка лет и с каждым разом финал отодвигается все дальше. При этом в последний год ситуация начала приобретать откровенно скандальный оттенок.

Так, в тени Starliner оказалась куда более «приземленная», но крайне показательная новость конца августа. Пять лет назад NASA заключило контракт с инжиниринговой фирмой Bechtel на строительство и поставку мобильной стартовой башни для запуска более крупной и мощной версии лунной ракеты SLS — SLS Block 1B. Сделка была заключена на сумму $ 383 млн со сроком выполнения в марте 2023 года. «Этот срок наступил и прошел, когда Bechtel только начала резать металл».

В итоге дата сдачи была перенесена на сентябрь 2027 года. Параллельно стоимость выросла почти в пять раз — до $ 1,8 млрд. по собственной оценке NASA.

При этом «внутри» последнего, как и в остальных федеральных агентствах США, существует независимый «офис"/управление генерального инспектора. Официальной задачей которого является «предотвращение и выявление преступлений, мошенничества, растрат, злоупотреблений и ненадлежащего управления». 26 августа управление опубликовало отчет с выводом, что оценка затрат, вероятно, слишком консервативна. «Наш анализ показывает, что расходы могут быть даже выше, отчасти из-за значительного объема оставшихся строительных работ». Кроме того, в отчете указывается на недостаточность оснований, по которым компании-исполнителю было выдано вознаграждение ($ 3 млн.) за достижение промежуточных результатов

По официальной версии, Bechtel — вторая по размеру инжиниринговая компания в США — просто «недооценила» масштабы и сложность работ. В итоге эта ошибочная оценка по чистой случайности позволила ей без проблем получить контракт. Который так же чисто случайно построен по схеме «затраты плюс». Иными словами, заказчик обязался оплатить себестоимость независимо от ее размеров плюс фиксированное дополнительное вознаграждение.

Схема обычно применяется в рискованных инновационных проектах, где точно посчитать затраты заранее сложно. При этом она предполагает достаточно глубокую вовлеченность и жесткий контроль заказчика — именно для того, чтобы избежать неконтролируемого раздувания затрат.

Парадокс состоит в том, что, во-первых, то же NASA сочло разработку новых космических кораблей достаточно рутинным заданием, чтобы заключить контракт с фиксированной суммой выплат. Во-вторых, пятикратное увеличение издержек с блеском демонстрирует уровень контроля агентства за деятельностью Bechtel.

Монополии, амбиции и идиоты

Так или иначе, в случае с башней мы наблюдаем эталонный пример «индекса идиота». Этот очень специальный параметр был введен Маском для оценки практики гигантских переплат за любую околокосмическую продукцию. При этом речь зачастую шла и идет о завышении не в разы, а в десятки раз.

Между тем, бюджет NASA не столь уж велик — $ 25,4 млрд. на прошлый год. При этом на SLS и лунный корабль («Орион») приходится лишь около 16% (чуть более $ 4 млрд.).

Тем не менее, цели американцев достаточно амбициозны. Как ни странно, NASA еще действует в рамках «парадигмы», обозначенной в «лунном меморандуме» Дональда Трампа от 2017-го. Последний предусматривал высадку в районе южного полюса уже в 2024-м и «устойчивое присутствие» с 2028-го. Впрочем, в данном случае речь шла не о собственно лунной базе, а о миссиях с опорой на станцию на лунной орбите.

На старте американской лунной программы 2.0. цели были еще амбициознее. В 2005-м году принята программа «Созвездие». В ее рамках планировалось возвращение на Луну до 2020-го.

Однако, в отличии от «Аполлон», это рассматривалось уже лишь как этап реализации куда более впечатляющих планов. Последние включали достройку МКС, собственно возвращение на Луну, создание лунной базы, и, наконец, пилотируемый полет на Марс. В его отношении жесткие сроки отсутствовали, но желательными являлись 2030-е. Технический антураж соответствовал: так, ракета-носитель Арес-5, которую планировалось использовать и в лунных, и в марсианских миссиях, более чем в полтора раза превосходила по выводимой на орбиту полезной нагрузке «аполлоновский» «Сатурн-5».

Между тем, бюджет NASA на 2004-й составлял $ 24,44 млрд. в ценах 2023-го. При этом старт амбициозного «Созвездия» парадоксальным образом сопровождался уменьшением расходов агентства в первые три года. Уровень 2004-го был преодолен лишь к 2008-му, а пиком расходов стал 2010-й, когда они превысили исходный уровень на 7%. Результаты ожидаемо получились своеобразными.

Далее случились финансовый кризис и команда Барака Обамы, которая отменила «Созвездие» — и лунная программа как таковая была поставлена на шестилетнюю паузу. Впрочем, разработка космического корабля «Орион» была продолжена, а ракета «Арес-5» была «замещена» менее амбициозной SLS.

Для сравнения: в 1966-м бюджет NASA составлял $ 55,7 млрд. в текущих ценах, или 4,4% тогдашнего бюджета США. При этом первая лунная программа поглотила 57,7% средств NASA за 1962−72 годы. Вместе со связанными программами — 63,6%. Иными словами, бросок на Луну стоил почти 2/3 бюджета агентства. Задача, между тем, сводилась именно к высадке с попутными «разовыми» исследованиями. Долгосрочное присутствие на Луне не планировалось.

Иными словами, в прошлый раз американцев отправила на Луну гигантская концентрация сил и средств на четкой и достаточно ограниченной цели — и… гораздо более низкие значения «индекса идиота».

Основной причиной «низости» была в разы более конкурентная среда. Например, в недрах «Боинга» путем последовательных слияний оказались компании «Дуглас», «Макдоннел», «Норт Америкэн», «Роквелл» и «Хьюз Геликоптерс». При этом три из них были непосредственно задействованы в программе «Аполлон», а «Макдоннел», создавшая космические корабли «Меркури» и «Джемини», более чем обладала профильными компетенциями.

Иными словами, американские амбиции даже на первый взгляд были плохо подкреплены финансовыми возможностями. При этом высокая монополизация аэрокосмоса и высокотехнологичных отраслей в целом привела к тому, что горсть сверхгигантских корпораций успешно превратила бюджет NASA в дойную корову.

Поскольку денег было довольно мало и практически все они доставались нужным, авторитетным людям, агентство естественным образом перешло в жесточайший режим экономии на всем остальном. В случае с лунной программой результат получился вполне… эпический.

Успех с «небольшими нюансами».

16 ноября 2022-го началась миссия «Артемида-I» — беспилотный полет корабля «Орион» на лунную орбиту. Через 25 дней корабль вернулся.

При этом даже на первый взгляд успех выглядел довольно своеобразно. Ранее первый полет ракеты-носителя (SLS) откладывался более двадцати шести раз — суммарно на шесть лет.

Что касается цены вопроса, то через полгода после миссии уже знакомый нам офис генерального инспектора выпустил отчет с крайне занимательными цифрами. «Изначально считалось, что использование ускорителей и двигателей RS-25 от программ „Спейс шаттл“ и „Созвездие“, а также некоторого их наличного запаса позволит заметно сэкономить. По факту цена на двигатели, которые по контракту с NASA изготавливали компании Aerojet Rocketdyne и Northrop Grumman, постоянно росла, а сроки поставки сдвигались. Руководство NASA закрывало на это глаза, в чём его обвиняет главный инспектор агентства. Контракты заключались с открытой ценой, и это, как и многое другое, привело к значительному перерасходу средств и будет продолжаться дальше, если эту практику не прекратить. В опубликованном 25 мая 50-страничном отчёте об аудите программы „Артемида“ указано, что четыре контракта на ускорители и двигатели ракеты SLS первоначально предполагали стоимость в $ 7 млрд. в течение 14 лет, но теперь прогнозируется, что стоимость составит не менее $ 13,1 млрд. долларов в течение почти 25 лет».

С кораблем ситуация выглядела еще оригинальнее. Хотя беспилотный полет к Луне был отложен всего на три года, пилотируемый полет «Ориона» на тот момент задержался уже на восемь лет по сравнению с первоначальной датой.

И еще нюансы

Вернемся, однако, в 2022-й. Непосредственная подготовка к запуску началась в марте, однако «генеральная репетиция» старта четыре раза срывалась из-за технических неполадок. К концу августа «репетиционный» этап был, наконец, завершен. Настала очередь неполадок в ходе собственно запуска, но с третьей попытки корабль все же отправился на лунную орбиту.

После приводнения «Ориона» и его осмотра руководство NASA было занято тем, что хвалило себя. «Я не думаю, что кто-либо из нас мог представить себе такую успешную миссию», — руководитель «Артемида-I» Майк Сарафин. Остальные дополнили термин «успешно» эпитетом «безупречно».

Однако уже в марте 2023-го NASA сообщило о проблемах с теплозащитным экраном. При этом было заявлено, что его эрозия не представляла угрозы, поскольку экран все еще имел «значительный запас» материала.

Что касается сути проблем, то еще в апреле этого года они описывались в таких выражениях. «Во время входа в атмосферу „Артемиды I“ от теплового экрана оторвалось больше обугленного материала, чем ожидалось, и то, как он отделился, было несколько неравномерным». В общем, в агентстве показывали известную сцену «расходитесь, тут совершенно не на что смотреть» ©.

Однако через год после пуска было сообщено, что инженеры все еще не понимают причины произошедшего. Впрочем, Джим Фри, помощник администратора NASA по разработке исследовательских систем оптимистично заявил, что тепловой экран — это «единственное, над чем мы все еще работаем».

Вскоре, в январе, NASA объявило о переносе запуска «Артемиды II» более чем на девять месяцев — с конца 2024-го года на сентябрь 2025-го.

На конец апреля агентство все еще искало основную причину проблемы с тепловым экраном. При этом куратор «Артемиды» упомянул о наличии еще двух, более мелких, проблем. В целом, выступление было выдержано в достаточно оптимистическом духе.

Однако буквально через несколько дней исполняющий обязанности генерального инспектора NASA Джордж Скотт опубликовал отчет, показавший ситуацию в другом свете.

«Сносная» инфраструктура и запущенный «Орион».

Как выяснилось, под «несколько неравномерным отделением» абляционного материала понималось более ста «неожиданных сколов» на тепловом щите. При этом некоторые плитки вместо равномерного обгорания треснули, а их куски отправились в свободный полет — что было чревато повреждением парашютов.

Другими точками эрозии стали три из четырех отделительных болтов между спускаемым аппаратом и служебным модулем, теплозащита которых оказалась ненадежной. В итоге NASA внесло в конструкцию незначительные изменения — причем до того, как были определены причины проблем с теплозащитой.

Стартовый комплекс получил намного больше повреждений, чем ожидалось — стоимость ремонта оказалась впятеро больше запланированной. Примечательно, что об этом NASA тоже не слишком распространялось — так, куратор «Артемиды» упомянул лишь одну из набора проблем.

Описываемый в отчете антураж неприятностей оказался еще примечательнее.

Так, проблемы на старте оказались «непредвиденными» потому, что NASA не учло низкочастотные колебания. «Экономно» положившись на данные, собранные при запусках «шаттлов».

При этом полностью установить причины избыточных разрушений оказалось практически невозможно — NASA просто не смогло нормально отснять старт. Так, наблюдатели элементарно не видели верхние 2/3 ракеты. Между тем, именно точка стыковки ракеты и корабля создавала «неустранимую проблему» образования обломков, которая «отслеживалась более 10 лет».

Однако самыми впечатляющими оказались причины, по которым инженеры уже полтора года не могут установить суть проблем с тепловым щитом. Для начала, NASA потеряло данные о 4,5 часах полета. Причины — многочисленные сбои жестких дисков. При этом два из них вышли из строя в течение года до старта, но устаревшее программное обеспечение не позволило это заметить.

При этом, потеряв часы ключевых данных, NASA не смогло обработать до четверти остальных. «Информация была записана и существует в необработанном формате. Однако программное обеспечение, предназначенное для извлечения данных и их преобразования в удобный формат, работает не так, как предполагалось». Столь же традиционно агентство сообщило, что «все еще определяет основную причину этой проблемы».

Наконец, с оценкой работы парашютной системы «Ориона» у NASA в известном смысле нет никаких проблем. Потому что ее элементы пополнили список «необъяснимых неожиданностей», утонув быстрее, чем предполагалось и раньше, чем их успели подобрать. Между тем, результаты испытаний парашютов на Земле преподносили сюрприз за сюрпризом.

Картину завершил эффектный ответ на «инсинуации» инспектора со стороны Кэтрин Кернер, осуществляющей в NASA надзор за раскритикованными разработками. Рекомендации инспектора были названы «избыточными» и не гарантирующими «экономичное, эффективное и результативное управление».

Весьма раздраженный тон, поразивший профильные СМИ. При этом на первое место примечательным образом поставлена именно «экономичность» программы.

Тепловой щит — новый, старый и «экономный».

Последнее неудивительно. Хотя за многими «неожиданностями» явно проглядывают обычные некомпетентность и разгильдяйство, бюджетные ограничения породили не только реликтовое программное обеспечение. Посмотрим чуть внимательнее на проблемы щита.

Возвращение с Луны — само по себе нетривиальная задача. Вторая космическая скорость в 1,4 раза больше первой. При этом кинетическая энергия и сопротивление воздуха зависят от скорости квадратично. Разница, таким образом, составляет почти два раза.

С задачей вполне справились в 1960-х. Однако командный модуль (он же спускаемый аппарат) «Ориона» на четверть больше по диаметру, чем у «Аполлона», и в полтора раза больше по массе. При этом, если речь идет о более широком присутствии на Луне, чем группа очень специальных астронавтов, перегрузки крайне желательно снизить.

В итоге NASA пытается реализовать «двухнырковую» схему посадки, с «рикошетом» от атмосферы — позволяющим сильно снизить скорость перед собственно спуском к Земле.

Наконец, спускаемый модуль должен быть многоразовым.

Достаточно амбициозные задачи — которые NASA попыталось решить «экономно». Согласно первоначальному плану для теплоизоляции «Ориона» предполагалось использовать сегментированное покрытие из материала PICA, который был изобретен в 1990-х. Усовершенствованная версия этого покрытия используется на кораблях SpaceX. Однако в 2009-м ради экономии массы и снижения стоимости было принято решение заменить PICA на AVCOAT — абляционный материал, созданный еще для кораблей «Аполлон». Лобовой экран нового щита при этом стал моноблочным, а не сегментированным.

Однако после первого полета «Ориона» на земную орбиту в 2014-м NASA вернулось к сегментированной конструкции (сохранив AVCOAT). Причина — более простые и дешевые сборка и производство плиток.

Так или иначе, результат получился своеобразным. При этом «распад» теплозащиты начался именно при первом, «рикошетном» нырке.

Резюме

Иными словами, руководство NASA заключает невменяемые контракты с «авторитетными» поставщиками, параллельно экономя буквально на жестких дисках, а столкнувшись с неизбежными последствиями — лжет и критикует проверяющих.

Это хорошие новости. Плохие состоят в том, что, во-первых, американская ставка на частную космонавтику все же сработала и пока более чем компенсирует провалы чиновников и плотно сросшихся с бюрократией старых корпораций. Заодно создавая точку отсчету для оценки их эффективности. В итоге примечательно, что частная космонавтика активно развивается даже в «коммунистической» КНР.

Во-вторых, система надзора за федеральными агентствами в США пока вполне работает, а ее открытость не дает похоронить информацию внутри бюрократической вертикали. Что создает необходимые предпосылки для выправления ситуации.

Иными словами, несмотря на законное злорадство, хоронить «гегемона» пока рано — и у него есть чему поучиться.