Програма підготовки комерційних космічних екіпажів

На початку 2010-х років NASA остаточно втратило власні незалежні можливості доставляти американських астронавтів на Міжнародну космічну станцію (МКС). Це сталося внаслідок завершення 30-річної програми Space Shuttle та виводу з експлуатації останнього шатла Atlantis у липні 2011 року. Відтоді могутнє космічне агентство США вимушено покладалося на російські космічні кораблі “Союз” для здійснення ротацій своїх екіпажів на МКС, розмірковуючи над шляхами виходу зі скрутного становища — залежності від послуг інших космічних агенцій.

Однією із запропонованих ідей стало відновлення внутрішнього безпечного й надійного, та головне — економічно вигідного доступу до низької навколоземної орбіти (LEO) з активним залученням американських комерційних постачальників. Таким чином NASA планувало не просто знизити навантаження на власні космічні бюджети, але й стимулювати розвиток якісно нового сектора космічної економіки — комерційних логістичних і пілотованих місій. Так з’явився концепт Програми з підготовки комерційних екіпажів (Commercial Crew Development, CCDev), яка пізніше еволюціонувала у Програму комерційних екіпажів (Commercial Crew Program, CCP). У цій статті видання MaxPolyakov.space з’ясовує, чи вдалося обом програмам вирішити проблему транспортного “розриву” в ротаційних і логістичних місіях NASA на низьку орбіту, та яке майбутнє чекає на ініціативу підготовки комерційних астронавтів загалом.

Передумови: позитивний досвід NASA COTS

Ідея заснування програми виникла ще до того, як останній космічний шатл перестав літати. Головне бажання NASA полягало у прагненні передати приватному сектору рутинні транспортні операції на LEO, таким чином застосувавши успішну модель, раніше випробувану на комерційних вантажних перевезеннях до МКС (Commercial Orbital Transportation Services, COTS).

Стартувавши у 2006 році, COTS стала однією з найвдаліших державно-приватних ініціатив космічного агентства за весь час його існування. Головний успіх полягав у створенні нових ракет-носіїв і вантажних космічних кораблів. Інвестувавши близько $800 млн, на момент закінчення програми у 2013 році у своє розпорядження NASA отримало: ракету-носій Falcon 9 і вантажний космічний корабель Dragon (саме так сходила зірка SpaceX), а також ракету Antares і вантажний Cygnus від Orbital Sciences (яку у 2018-му придбала Northrop Grumman). Початкові угоди передбачали ще й будівництво багаторазової ракети Rocketplane Kistler (RpK), однак 2007 року NASA розірвало контракт вартістю $207 млн через невиконання низки основних етапів.

Загалом саме COTS змінила традиційну модель NASA, відому як “витрати-плюс”, на партнерство з приватними компаніями за принципом “платимо за результат” (при цьому повністю оминаючи етап розробки). Нова модель співпраці дозволила агентству заощадити на розробці та експлуатаційних витратах до десяти разів, порівняно з традиційними державними контрактами. Певні бенефіти відзначалися і в зниженні ціни доправлення корисного вантажу на орбіту: на відміну від очікуваної вартості за кілограм, якби розробкою самостійно переймалося NASA за традиційною схемою, доставка вантажів із залученням комерційного сектора здешевшала у 2–3 рази. А за деякими оцінками, що охоплюють у своїх розрахунках економію на розробці, стверджується, що вартість з використанням нового підходу зменшилася у 20 разів.

Було зрозуміло, що майбутній Програмі підготовки космічних екіпажів і будівництва нових пілотованих космічних кораблів, до втілення якої прямувало NASA, слід цілковито орієнтуватися на успіхи під час COTS. Нова ініціатива мала дозволити відійти від традиційної практики, коли аерокосмічне агентство створювало та володіло транспортною системою, до моделі, де воно просто купувало послугу з доставки астронавтів на МКС і назад — у приватних компаній, які експлуатують космічні кораблі власної розробки, що їм же й належать.

П’ятірка обраних: старт CCDev

NASA започаткувало першу фазу програми Commercial Crew Development у 2010 році. На відміну від COTS, сфокусованої на демонстрації вантажних технологій і транспортних засобів, CCDev відразу була націлена саме на розробку пілотованих систем.

Перша фаза програми з підготовки була профінансована у розмірі $50 млн, виділених за Законом про відновлення та реінвестування США (American Recovery and Reinvestment Act) від 2009 року. Важливо розуміти, що основною метою цього початкового етапу було виключно стимулювання: NASA поки що не вимагало від учасників побудови готового корабля, а лише підтримувало різноманітні концептуальні дослідження, ключові технології і попередні розробки приватного сектора, що могли стати в пригоді для майбутніх пілотованих космічних польотів. Гроші спрямували на підтримку концептуальних досліджень і технологічних розробок одразу кількох американських компаній, обраних на конкурсній основі.

• Sierra Nevada Corporation отримала найбільшу частку початкового фінансування у розмірі $20 млн для просування свого проєкту Dream Chaser — крилатого багаторазового космічного апарата з несучим корпусом, здатного приземлятися горизонтально на злітно-посадкову смугу.
• The Boeing Company здобула фінансування на $18 млн. Її проєкт був сфокусований на розробці пілотованої капсули CST-100, яка концептуально мало багато спільного з серією космічних кораблів Apollo. Звісно, було й чимало відмінностей, адже CST-100 відразу позиціонувався як транспортний засіб для доставки на орбіту до семи членів екіпажу. Впродовж початкової фази CCDev Boeing прагнула довести свій концепт до стадії системного огляду дизайну.
• United Launch Alliance (ULA). Ця компанія — оператор ракет-носіїв отримала $6,7 млн на розробку системи виявлення надзвичайних ситуацій, яка б дозволила ракеті-носію Atlas V (головний кандидат на запуск для CST-100 та Dream Chaser) визначати несправності та вчасно ініціювати процедуру порятунку екіпажу.
• Blue Origin. Компанії мільярдера Джеффа Безоса дісталося фінансування у розмірі $3,7 млн для тестування ключових компонентів системи порятунку власної розробки — Push Launch Escape System. Частина виділених коштів пішла на проєктування композитного корпусу біконічного орбітального корабля під робочою назвою Space Vehicle (SV).
• Paragon Space Development Corporation виділили $1,4 млн на розробку апаратного комплексу для системи регенерації повітря, що є критично важливим елементом систем життєзабезпечення екіпажу (ECLSS).

Угоди з п’ятьма переможцями, які назвали Space Act Agreements (SAA), були укладені у лютому 2010 року, після чого компанії перейшли до реалізації запропонованих проєктів. Механізм SAA передусім був вигідний для самого NASA, адже дозволяв агентству надавати цільове фінансування з огляду на досягнення певних ключових етапів (milestones), але без застосування жорстких федеральних норм закупівель. Тобто компанії працювали за моделлю плечового інвестування — вони зберігали права власності на свої розробки, однак вкладали й власні кошти, що іноді суттєво перевищували початкові урядові інвестиції.

Загалом перший етап CCDev дозволив NASA оцінити різні підходи, заохотити інновації та відфільтрувати найперспективніші проєкти, які згодом перейшли до наступних, більш сфокусованих уже на реальному результаті фаз програми — CCDev 2 та Commercial Crew Integrated Capability (CCiCap).

Від концептів до дизайну: друга фаза CCDev

Уже за рік після укладання SАA-контрактів у межах CCDev 1 аерокосмічне агентство перейшло до другої фази програми. Розпочатий у 2011 році, другий етап став логічним і значно масштабнішим продовженням початкових пропозицій, адже мав на меті суттєве прискорення дозрівання цих поки що зелених проєктів до дизайну повноцінних космічних кораблів.

Амбіції підкріпили грошима. На відміну від доволі скромного бюджету першої фази, на CCDev 2 NASA виділило загалом близько $315,5 млн (разом із додатковим фінансуванням) через укладення нових угод SAA. Такий фінансовий підхід засвідчив зростання довіри до моделі державно-приватного партнерства. Фінансування розподілили між трійцею фіналістів першого етапу, які, на переконання NASA, продемонстрували найбільший прогрес і потенціал. Поряд із цим до другого етапу CCDev залучили й нового гравця у особі SpaceX.

Отже, розподіл другого бюджетного пирога в межах CCDev 2 мав такий вигляд:

• The Boeing Company дісталася найбільша частка фінансування, $112,9 млн, на просування розробки її корабля CST-100 (назву Starliner він отримає тільки у 2015 році). Основна увага приділялася подальшому вдосконаленню дизайну капсули, авіоніки, систем життєзабезпечення та інтеграції космічного апарата з ракетою-носієм.
• Sierra Nevada Corporation виділили кошти в розмірі $105,6 млн на прискорення робіт над апаратом Dream Chaser. Ключовими етапами визначені структурні випробування несучого корпусу, подальша розробка системи посадки та інтеграція її крилатої конструкції з ракетою-носієм Atlas V від ULA.
• SpaceX. Хоча компанія Ілона Маска і не пройшла конкурсний відбір у межах CCDev 1, на другому етапі вона отримала значне фінансування у розмірі $75 млн., які пішли на розробку пілотованої версії космічного корабля Dragon. Зокрема, гроші витратили на конструювання інтегрованої системи аварійного порятунку, що використовувала двигуни SuperDraco. У майбутньому виявилося, що саме ця ставка NASA на Crew Dragon стала найбільшим успіхом всієї програми CCDev (і подальшої CCP), адже у двобої з космічним кораблем від Boeing перемогла саме SpaceX.
• Blue Origin здобула $22 млн фінансування на продовження циклу робіт над своїм біконічним космічним апаратом, зосередившись на тестуванні двигуна BE-3U, необхідного для багаторазового прискорювача й системи порятунку екіпажу.

Головним завданням CCDev 2 визначили переведення нових проєктів від початкових концептуальних ескізів до детального робочого дизайну. Компанії, яким пощастило отримати фінансування, зосередилися на низці складних технічних етапів, включно з попереднім оглядом дизайну для всього космічного комплексу: корабля, ракети-носія та наземних операцій (це знадобиться на наступних етапах розвитку програми).

NASA, зі свого боку, активно співпрацювало з партнерами, надаючи технічну експертизу та допомогу. Особливо її рекомендації стосувалися сфери безпеки пілотованих польотів, адже саме для потреб екіпажів і розроблялися ці космічні кораблі. Завершення CCDev 2 заклало основу для переходу до передостанньої фази інтеграції — CCiCap, де компаніям належало презентувати готові, повністю інтегровані системи. Грандіозний фінал цієї гонитви за новими комерційними можливостями для запуску назвали Commercial Crew Transportation Capability (CCtCap). Остання фаза охоплювала завершальну розробку, тестування, сертифікацію й демонстраційні польоти з екіпажем, які мали б наслідком надання послуг з пілотованих польотів на регулярній основі.

Залишиться найсильніший: шлях від CCiCap до CCtCap

Продовження розпочатої у 2012 році CCDev мало сформувати сталий механізм запуску комерційних космічних кораблів на орбіту. CCiCap стала довгоочікуваним вирішальним фіналом змагальної фази програми комерційних екіпажів, основна мета якої, з огляду на назву, полягала у створенні повністю інтегрованої системи для перевезення екіпажу. Подібна система мала містити не лише готовий космічний корабель, але й ракету-носій, необхідну інфраструктуру та наземні станції управління польотом, які б усе координували.

Така кількість нових завдань і розгалужена система викликів вплинула й на бюджет третьої фази. Загалом на реалізацію CCiCap NASA виділило рекордні $1,1 млрд, які розподілили поміж трьома ключовими партнерами, що показали найбільшу зрілість на попередніх етапах програми: Boeing (~$460 млн), SpaceX (~$440 млн) та Sierra Nevada Corporation (~$212,5 млн). З огляду на кількість технічних та організаційних завдань, що постали перед учасниками, ця фаза була набагато складнішою за попередні.

Через максимальне наближення до старту перших демонстраційних польотів, на етапі CCiCap різко зросла увага до безпеки. Перш ніж виводити свої космічні кораблі на орбіту, компанії мусили довести, що їхні системи відповідають суворим вимогам NASA щодо транспортування людей. Серед іншого, це передбачало випробування із симуляцією аварійного порятунку, систем оповіщення про небезпеку тощо. Саме у цей період SpaceX вперше продемонструвала свою унікальну інтегровану систему аварійного порятунку, яка використовує двигуни SuperDraco. А Boeing, буквально дихаючи Маску в потилицю, зосередилась на кваліфікаційних випробуваннях свого капсульного дизайну CST-100 Starliner.

Кожен учасник фази інтеграції робив ключову ставку на власні інженерні підходи. Boeing просувала свою перевірену часом концепцію пілотованої капсули, схожої на Apollo, наголошуючи її надійність і свій багаторічний досвід роботи з урядовими контрактами. SpaceX як новачок пропонувала більш інноваційний підхід, інтегруючи свою капсулу Dragon 2 з ракетою Falcon 9 та системою порятунку екіпажу. А Sierra Nevada Corporation надалі розвивала свій крилатий космоплан Dream Chaser, пропонуючи унікальну можливість горизонтального приземлення на злітно-посадкову смугу, що добре зарекомендувало себе ще за часів космічних шатлів.

Закінчення фази CCiCap ознаменувало момент, коли NASA мало вирішити, чиї проєкти заслужили фінальні контракти на виконання місій за замовленням. За аналогією з COTS, космічне агентство прагнуло мати принаймні двох незалежних постачальників послуг задля конкуренції і надійності. Після ретельного аналізу технічної зрілості, бізнес-планів і загального ризику, у вересні 2014 року NASA нарешті оголосило, що тільки SpaceX і Boeing перейдуть до наступного, останнього етапу фінальної розробки та сертифікації — CCtCap.

Контракти у межах CCtCap були укладені не лише на подальшу розробку, а й на сертифікацію систем для перевезення астронавтів, а також на виконання перших шести оперативних місій до МКС. SpaceX отримала майже $2,6 млрд, а Boeing — близько $4,2 млрд. Хоча може дивувати, що Boeing дісталося значно більше коштів, цей розподіл був стратегічним, адже контракти за CCtCap були з фіксованою ціною за послугу, що охоплювала всі необхідні випробування, будівництво й експлуатацію. Boeing як традиційний гігант вимагав більше урядових інвестицій для адаптації своїх процесів і технологій, тоді як SpaceX, маючи власні ракети й попередні розробки, менше потребувала фінансування від NASA.

Перші демонстраційні польоти в межах CCtCap відбулися в період з 2019 до 2020 року. Саме Crew Dragon був кращим у цих перегонах, здійснивши до травня 2020 року одразу дві демонстрації: безпілотну та пілотовану. Boeing же зіткнулася зі значними технічними проблемами, які затримали сертифікацію її корабля Starliner на кілька років. А після довгоочікуваного пілотованого старту в червні 2024 року Starliner одразу ж спіткала поломка, яка й завадила ротаційному екіпажу дістатися на Землю на цьому кораблі. Екіпаж фактично застряг на МКС і повернувся додому тільки у березні 2025 року на борту космічного корабля Crew Dragon, провівши на орбіті позапланові дев’ять місяців.

Після успішної сертифікації SpaceX і початку регулярних ротаційних місій екіпажів МКС на Crew 1 і Crew 2 та подальших польотів, назва етапу CCtCap фактично трансформувалася в постійну Програму комерційних екіпажів (CCP). Тепер вона означає операційну фазу, де NASA купує послуги з транспортування астронавтів до МКС у приватних компаній, так само, як ви купуєте авіаквитки на свою відпустку.

Перехід від державної розробки до комерційної послуги став найбільшою зміною в американській пілотованій космонавтиці з часів її заснування. NASA не просто відновило свою здатність доставляти астронавтів у космос, але й зробило це набагато ефективніше та з меншими витратами, ніж передбачалося за традиційними державними програмами.

Перші комерційні екіпажі: досягнення й рекорди

Уже за два роки після фактичної перемоги в CCP, 8 квітня 2022-го, космічний корабель Crew Dragon доправив на МКС перший в історії космонавтики повністю комерційний екіпаж з чотирьох осіб в межах космічної місії Axiom Mission-1 (Ax-1). Відтоді на орбітальну станцію дісталися вже чотири приватні місії Axiom, які мають стати підготовчим етапом до розгортання на МКС першого комерційного модуля розробки Axiom Space (головного замовника космічних місій Axiom). Ці чотири місії не лише довели життєздатність концепції повністю комерційних польотів, але й де-факто відкрили новий ринок для космічного туризму й наукових досліджень, що фінансуються приватним капіталом.

Іще одне досягнення нової ери польотів на МКС полягало у розмаїтті: саме комерційні космічні місії суттєво урізноманітнили етнічний склад астронавтів. У такий спосіб туди вперше полетіли представники країн, що раніше навіть не мали власних державних програм пілотованої космонавтики. Місії Axiom дозволили ступити на борт космічної станції астронавтам з Об’єднаних Арабських Еміратів, Туреччини, Швеції, Індії та інших країн, що зробило доступ до орбіти насправді інтернаціональним.

За відносно короткий час експлуатації пілотована капсула Crew Dragon встановила справжній рекорд операційної багаторазовості. На сьогодні вона потребує значно менше часу на підготовку до повторного запуску, аніж космічні шатли, які вимагали не тільки місяців, але й мільйонів доларів на відновлення після кожного польоту.

Згодом комерційні космічні кораблі захотіли злетіти навіть вище за МКС. І саме з цього прагнення й народився новий рекорд: 10 вересня 2024 року за допомогою ракети-носія Falcon 9 у космос вирушив корабель Dragon 2, всередині якого перебував екіпаж місії Polaris Dawn під керівництвом американського мільярдера Джареда Айзекмана (який, до речі, повністю профінансував цей політ). Унікальність Polaris Dawn — у тому, що вона наочно продемонструвала повну незалежність в організації багатоденних космічних експедицій без участі NASA як посередника або прив’язки до МКС.

Головним рекордом космічної місії Polaris Dawn стало досягнення найвищої орбіти для пілотованого польоту з часів програми Apollo — близько 1400 км над Землею (жоден зі Crew Dragon, які раніше літали до МКС, ніколи не здіймався настільки високо). Polaris Dawn також увійшла в історію, виконавши перший вихід приватних астронавтів у відкритий космос, та ще й протестувавши скафандри EVA, розроблені SpaceX для позакорабельної активності. Двоє членів екіпажу, Джаред Айзекман та Сара Гілліс, ненадовго вигулькнули на пів корпуса з пілотованої капсули космічного корабля, чим зрештою довели здатність приватної компанії самостійно розробляти та випробувати технології для позакорабельної діяльності.

Відтак Polaris Dawn стала випробувальним полігоном для нової генерації комунікаційних технологій — на високій орбіті екіпаж перевірив лазерний зв’язок Starlink у космосі. В майбутньому саме лазерний зв’язок буде забезпечувати астронавтам доступ до високошвидкісного інтернету під час польотів на Місяць і Марс.

Кінцевою метою Програми комерційних екіпажів є створення стійкого та конкурентного ринку космічних транспортних послуг на низькій навколоземній орбіті. Програмі вдалося майже повністю перекласти відповідальність за транспортування екіпажів (включно з майбутніми місіями на комерційні космічні станції) на приватний сектор. CCP для NASA була критично важливим етапом, який допоміг космічному агентству вивільнити ресурси, щоб зосередитись на досягненні цілей програми щодо повернення на Місяць — Artemis.

Звісно, приватні астронавти не зможуть повністю замінити своїх державних колег, утім, вони вже утворюють новий, паралельний клас космічних мандрівників. Тенденція до розподілення обов’язків, що окреслилася в межах CCP, свідчить, що в майбутньому державні астронавти, найімовірніше, зосередяться на місіях глибокого космосу і виконанні стратегічних завдань на МКС (або її наступницях), які потребуватимуть специфічної підготовки й досвіду. Їхні колеги, комерційні астронавти, у цій новій парадигмі будуть передусім залучені до обслуговування приватних орбітальних станцій, а також займатимуться спеціалізованими дослідницькими місіями за контрактами в умовах мікрогравітації.

Наразі CCP є робочою моделлю для майбутнього космічних досліджень, де державні й приватні гравці співіснують, причому приватний сектор бере на себе все більше у питаннях розвитку космічної інфраструктури і послуг. Саме ця програма дозволила США відновити свій незалежний доступ до космосу та започаткувала нову еру, в якій приватна промисловість є не просто підрядником, а повноцінним постачальником послуг космічного транспорту.

Читайте також:

Майбутнє комерційних космічних подорожей: орбітальні польоти 

Підкорювачі космосу: хто такі астронавти NASA і як ними стають

Медична евакуація: екіпаж космічної місії Crew-11 достроково повернувся на Землю