Управление перспективных исследовательских проектов министерства обороны США рассчитывает в перспективе получить возможность недорого и в короткие сроки доставлять на низкую околоземную орбиту различные космические аппараты. Для этих целей планируется разработать гиперзвуковой космический беспилотный аппарат многоразового использования. Контракты на создание беспилотника стоимостью до 160 миллионов долларов будут заключены в течение 2014 года, а первый орбитальный полет аппарата состоится уже в 2018 году.
Американские военные объявили о намерении разработать многоразовый космический беспилотник еще в сентябре 2013 года. В том же году планировалось провести первые консультации с потенциальными участниками программы разработки, однако прием заявок от компаний несколько раз переносился. В настоящее время Управление перспективных исследовательских проектов (DARPA) Пентагона ведет с ВВС США и потенциальными разработчиками консультации относительно реализуемости проекта. При этом в управлении подчеркивают, что аппарат будет использоваться как в военных, так и в коммерческих целях.
Разработку нового космического беспилотника планируется вести под обозначением XS-1. Такой шифр для проекта был выбран не случайно. Обозначение X-1 носил экспериментальный самолет с ракетным двигателем, разработанный американской компанией Bell в первой половине 1940-х годов. X-1 в октябре 1947 года стал первым в мире пилотируемым аппаратом, сумевшим преодолеть звуковой барьер; он развил скорость в 1,04 числа Маха, или около 1,15 тысячи километров в час. В 1948 году Bell X-1 развил скорость в 1,6 тысячи километров в час, а в 1954-м — 2,6 тысячи километров в час.
Согласно предварительным требованиям американских военных, XS-1 должен будет развивать скорость более десяти чисел Маха и в специальной отделяемой ступени нести полезную нагрузку массой от 1,36 до 2,27 тонны. Перспективный аппарат должен выдерживать серию из одного запуска на орбиту в сутки на протяжении не менее чем десяти суток подряд. При этом в ходе серии запусков XS-1 не должен нуждаться в техническом обслуживании и ремонте; подготовка к каждому последующему взлету должна ограничиваться только лишь общей проверкой бортовых систем и дозаправкой. В реальности же, военные планируют запускать XS-1 гораздо реже — до десяти раз в год.
Далее, стоимость одного запуска XS-1 не должна превышать пяти миллионов долларов. Для сравнения, в настоящее время для доставки небольших спутников на орбиту ВВС США используют четырехступенчатые ракеты-носители Minotaur IV, масса полезной нагрузки для которых составляет 1,73 тонны. Стоимость одного запуска такой ракеты-носителя сегодня составляет около 55 миллионов долларов. При этом частота использования Minotaur IV, по данным американских военных, составляет в среднем чуть больше одного запуска в год. Ракеты применяются с 2010 года; пока было осуществлено только пять их запусков.
Предполагается, что космический беспилотник будет подниматься в верхние слои атмосферы, после чего от него будет отделяться расходуемая ступень с полезной нагрузкой, которая уже и будет выводить на орбиту различное оборудование. Стоимость отделяемой ступени составит один-два миллиона долларов. Ее масса вместе с полезной нагрузкой не должна превышать 6,8 тонны. Максимальная взлетная масса XS-1 не должна превышать 101,6 тонны. Для сравнения, стартовая масса Minotaur-IV составляет 86,2 тонны.
Любопытно, что в качестве возможных размеров перспективного аппарата DARPA указывает размеры истребителя F-15 Eagle. Длина последнего составляет 19,43 метра, размах крыла — 13,05 метра, а высота — 5,63 метра. При этом сам беспилотник может быть вертикального взлета и посадки, должен иметь крыло и может быть оснащен двумя ракетными двигателями SpaceX Merlin 1D, способными обеспечивать тягу в 650 килоньютонов каждый на уровне моря и 720 килоньютонов в пустоте. Впрочем, размеры XS-1 можно скорректировать таким образом, чтобы сделать возможной установку на аппарат ракетных двигателей Aerojet AJ26 (лицензионная модификация российских НК-33).
Первые контракты на проектирование XS-1 будут заключены в первом квартале 2014 года; стоимость каждого из них составит три-четыре миллиона долларов. В 2015 году с одной из компаний — участниц проекта планируется подписать соглашение стоимостью уже 140 миллионов долларов об экономической оценке проекта, производстве прототипа и его испытаниях. В случае, если не произойдет никаких сдвигов в финансировании программы, первый полет XS-1 состоится в третьем квартале 2017 года, а уже в 2018 году аппарат впервые отправится на околоземную орбиту.
В ходе испытаний XS-1 должен будет совершить десять полетов за десять дней, хотя бы один раз преодолеть скоростной рубеж в десять чисел Маха и запустить полезную нагрузку на орбиту. Требований к оборачиваемости беспилотника (то есть строгому следованию правилу «один полет каждые 24 часа») и к массе полезной нагрузки, которую он должен будет нести во время испытаний, предъявляться не будет. Частично требования повторяют те (не считая скоростных характеристик), которые ставились перед создателями космических кораблей — участников тендера Ansari X-Prize. Этот тендер выиграла компания Scaled Composites с летательным аппаратом SpaceShipOne.
SpaceShipOne — частный суборбитальный пилотируемый космический корабль многоразового использования длиной 8,53 метра. Размах его крыла составляет 8,05 метра, а максимальная взлетная масса — 3,6 тонны. Корабль оснащен гибридным ракетным двигателем SpaceDev, работающим на смеси закиси азота и полибутадиена с концевыми гидроксильными группами. SpaceShipOne способен развивать скорость до 3,09 числа Маха и выполнять полеты на высоте до 112 тысячи метров. Не исключено, что компания Scaled Composites, разрабатывающая пилотируемый космический корабль SpaceShipTwo, примет участие и в создании XS-1.
Пока же только американский авиастроительный концерн Boeing объявил о желании принять участие в разработке космического беспилотника XS-1. В настоящее время этот концерн занимается созданием в интересах ВВС США орбитального беспилотника X-37B, последний испытательный запуск которого состоялся 11 декабря 2012 года. Этот беспилотник находится на орбите уже более 400 дней при расчетном времени пребывания в космосе не более 270 суток. Согласно заявлению американского концерна, в разработке XS-1 могут быть использованы технологии, применяемые в X-37B, включая термозащиту и системы управления.
Длина X-37B составляет 8,8 метра, размах крыла — 4,5 метра, а высота — 2,9 метра. Максимальная взлетная масса этого аппарата составляет 4,99 тонны. Он оснащен одним ракетным двигателем Aerojet AR2-3, который работает на гидразине и способен развивать тягу в 29,3 килоньютона. X-37B оснащен грузовым отсеком длиной 2,1 и шириной 1,2 метра. Питание бортовых систем беспилотника во время пребывания на орбите осуществляется за счет солнечных панелей на арсениде галлия и накапливающих энергию литий-ионных аккумуляторных батарей.
Предположительно, проект XS-1 будет связан с другой программой, реализацией которой также занимается DARPA. Речь идет о проекте ALASA (Airborne Launch Assist Space Access, «воздушный старт»). В рамках этой программы планируется разработать отделяемую расходную ступень для обычных транспортных самолетов, которая могла бы выводить на низкую околоземную орбиту различное оборудование массой до 45,4 килограмма. Стоимость вывода оборудования в космос при помощи ALASA не должна превышать одного миллиона долларов, включая стоимость самой ступени и топливные расходы. Контракты на предварительное проектирование в 2012 году получили американские компании Boeing, Lockheed Martin и Northrop Grumman.
В предыдущие годы DARPA занималась реализацией нескольких проектов разработки многоразовых космических кораблей, включая Rockwell X-30 (создавался в конце 1980-х) и Lockheed Martin X-33 (конец 1990-х). Планировалось создать летательные аппараты с максимальной взлетной массой 136 и 130 тонн соответственно, пригодные для дешевой доставки в космос людей и грузов. Оба проекта были приостановлены, поскольку руководство DARPA посчитало их нереализуемыми из-за отсутствия надежных технологий. В начале 2000-х годов стартовал новый проект ─ RASCAL (Responsive Access, Small Cargo, Affordable Launch; легкий доступ, малый груз, дешевый запуск).
Контракт на разработку космического корабля получили компании Space Launch и Scaled Composites. По своим размерам RASCAL соответствовал американскому разведывательному самолету SR-71 Blackbird: длина 37,2, размах крыла 16,9, высота 5,6 метра. Пилотируемый аппарат был оснащен четырьмя турбореактивными двигателями, модифицированными для полетов на больших скоростях и высотах. После взлета с обычной взлетно-посадочной полосы RASCAL должен был подниматься на высоту в 54,9 тысячи метров, отсоединять расходуемую ступень и садиться на тот же аэродром.
Пилотируемый корабль предназначался для вывода на орбиту полезной нагрузки массой до 136 килограммов. При этом стоимость одного запуска не должна была превышать 750 тысяч долларов. Первый полет аппарата планировался на 2006 год, однако в 2005 году программу закрыли из-за нехватки средств.
Растущий интерес к разработке многоразовых космических беспилотных кораблей американские военные объясняют постоянно увеличивающейся стоимостью вывода на орбиту аппаратов с помощью ракет-носителей. Так, по данным DARPA, стоимость каждого вывода на орбиту спутников новой системы GPS III составит не менее 300 миллионов долларов. Запуск первого такого спутника стоимостью 500 миллионов долларов запланирован на 2014 год; пока правительство США заказало четыре таких аппарата. Для сравнения, в 1978 году первый спутник GPS стоимостью 43 миллиона долларов был выведен на орбиту всего за 55 миллионов долларов (153,6 и 196,5 миллиона долларов в ценах 2013 года соответственно).
Кроме того, как указывают сами военные, создание XS-1 позволит им избавиться от жесткого графика запуска оборудования в космос. В настоящее время каждый старт ракеты-носителя планируется задолго, причем все запуски расписаны на несколько лет вперед. Программы же разработки новых аппаратов, которые необходимо выводить в космос, могут выбиваться из намеченных сроков, что грозит срывом планируемых пусков ракет-носителей. С многоразовыми космическими беспилотниками на этот счет можно будет не беспокоиться; в случае задержек, старт XS-1 можно будет переносить столько, сколько понадобится
При этом, пытаясь разработать многоразовый космический беспилотник, американские военные преследуют еще одну цель: обеспечить себе бесперебойный приток прибыли, которую можно будет тратить на реализацию других важных проектов. Ведь единственным заказчиком XS-1 станут военные, которые и будут предоставлять такие аппараты для коммерческих запусков различных аппаратов в космос. По мере освоения технологии и серийного производства беспилотников стоимость вывода на орбиту космических аппаратов опустится ниже заявленных пяти миллионов долларов, что, по расчету военных, сделает эту услугу популярнее. А значит, возрастет и доход военного бюджета.