Компанія Longshot Space має амбітний задум – побудувати космічну гармату довжиною 10 кілометрів (6 миль), щоб запускати багатотонні об’єкти на низьку навколоземну орбіту, суттєво знижуючи при цьому вартість космічних польотів. Компанія вже успішно створила робочий прототип, який підтверджує життєздатність цієї ідеї.
Майк Грейс, генеральний директор і засновник Longshot, наголошує на невідкладній необхідності інновацій у космічній індустрії: “Що ми можемо зробити, щоб радикально знизити ціну запуску протягом 10 років? Це не обов’язково має бути те, що роблю я… але хтось має щось робити.” Ця компанія, про яку донедавна мало хто чув, працює в галузі, що полягає у запуску вантажів на орбіту без використання традиційних ракет.
Longshot планує вистрілювати об’єкти в космос зі ступінчастої газової гармати зі швидкістю до 23 Махів. Коли йдеться про гармату, мається на увазі конструкція довжиною у багато кілометрів.
Історичні корені космічних гармат
Концепція використання гармат для доставки предметів – залізних ядер, шрапнелі, снарядів – до сусідніх поселень і міст існує близько 700 років, слугуючи інструментом війни та руйнування. Проте ідея використання гармат для запуску людей або предметів у космос виникла щонайменше у 19 столітті, коли Жуль Верн написав свій визначний роман 1865 року “Із Землі на Місяць”. У ньому група нудьгуючих інженерів-артилеристів будує величезну 274-метрову (900 футів) гармату під назвою “Колумбіада”. Вона містить капсулу діаметром 2,7 метра (9 футів) для трьох шукачів пригод – астронавтів – та 9 тонн (20 000 фунтів) піроксиліну для початку польоту. Цікаво, що в книзі запуск відбувається з місця, яке по суті є сучасним мисом Канаверал у Флориді – відомим космодромом Сполучених Штатів. А коли вони повертаються на Землю? Так, вони приводнюються в океані, як і в сучасну епоху. Верн, здається, передбачив багато аспектів, незважаючи на необхідні 22 000 g перевантажень для виходу з атмосфери.
Перенесемося у 1960-ті роки, коли видатний канадський джентльмен на ім’я Джеральд Булл вивів цю ідею на новий рівень за допомогою Проєкту HARP (High Altitude Research Project – Проєкт висотних досліджень). Команда HARP зварила разом дві 20,7-метрові (68 футів) корабельні гармати Mark 7 калібру 16 дюймів (406,4 мм), створивши 36-метрову (119 футів) монстро-гармату – приблизно такої ж довжини, як сумнозвісна Паризька гармата часів Першої світової війни. За допомогою неї вони вистрілили снаряд під назвою Marlet 2C на висоту 180 кілометрів (111,85 миль), що значно перевищує лінію Кармана – умовну межу між атмосферою та космосом. Булл зміг відправити Marlet 2C у космічний простір, але він вистрілив його вгору, а не впоперек. Снаряд мав потрібну висоту, але йому не вистачало горизонтальної швидкості для досягнення орбіти та утримання на ній. Найкращі постріли Булла – а їх було понад 200 – досягали швидкості близько 6 Махів, але для досягнення космосу і утримання на орбіті з майже плоскої траєкторії – як у випадку з космічною гарматою Longshot – знадобилася б швидкість близько 23 Махів.
Історія Джеральда Булла набагато глибша. Згодом він займався розробкою зброї для Саддама Хусейна, що, за деякими відомостями, призвело до його вбивства, яке приписують ізраїльській розвідці Моссад. Про Булла навіть зняли фільм у 1994 році з Кевіном Спейсі під назвою “Doomsday Gun” (він не надто вдалий).
Сучасне бачення Longshot
Швидкість у 23 Махи – це неймовірно швидко. На такій швидкості повітря, яким ми дихаємо, перестає бути просто повітрям. Тертя об повітря може нагріти поверхню майже до 1650 °C (3000 градусів за Фаренгейтом) приблизно за секунду. Насправді, це вже не повітря – це плазма, така ж речовина, яку використовують для швидкого різання 25-сантиметрових сталевих плит, що зустрічаються на авіаносцях. Як же тоді запустити об’єкт з делікатними електронними компонентами зі швидкістю миттєвого випаровування і очікувати, що він залишиться неушкодженим після пробиття атмосфери?
Відповідь, за словами Майка Грейса, полягає в масі. Якщо ви хочете відправити 454-кілограмовий (1000 фунтів) об’єкт у космос зі швидкістю 23 Махи, оточіть його 1360 кілограмами (3000 фунтів) пакувального матеріалу, який ви не будете шкодувати, коли він просто випарується, летячи в небо, як палаючий метеорит у зворотному напрямку. Якщо ви хочете вистрілити об’єкт вагою 18 144 кілограми (40 000 фунтів), оточіть його 1814 кілограмами (4000 фунтів) пакувального матеріалу. Гармата стає ефективнішою зі збільшенням масштабу.
Назва компанії “Longshot” – довгий постріл або малоймовірна справа – є двозначною. Можливо, це натяк на низькі шанси на успіх проєкту, або ж на буквально довжелезну, 10-кілометрову космічну гармату.
Ідея полягає в тому, що зі збільшенням розміру корисного навантаження покращується співвідношення площі поверхні до об’єму. Це означає, що менша частина корисного навантаження згоряє як жертовний матеріал, і більше виживає під час “плавлення” на швидкості 23 Махи.
“Транспортний засіб”, як його називає Грейс, функціонує на кшталт найбільшого у світі патрона для дробовика. У дробовику є порох ззаду, потім пиж, потім корисне навантаження (дріб). Тут та сама основна ідея: передня частина апарату Longshot – та, що несе вантаж – тупа, а задня звужується у плоску, двосторонню спідницю для захоплення тиску. Вся конструкція дуже схожа на клин для розколювання деревини. Резервуари зі стисненим газом (поки що повітря, в майбутньому водень) уздовж ствола є рушійною силою. Однак перед апаратом Longshot створює вакуум, щоб зменшити початковий опір.
“Ми займаємося лопанням повітряних куль.” – Майк Грейс.
Що робить конструкцію Longshot особливо цікавою, це “спідниця”. Вона не призначена для польоту, а для захоплення бокових високошвидкісних імпульсів. Коли апарат рухається по стволу, він проходить повз пари резервуарів зі стисненим газом (подібних до балонів для дайвінгу під тиском близько 3000 psi), встановлених один навпроти одного та запечатаних розривними дисками. Ці диски спрацьовують у той самий момент, коли спідниця просковзує повз, вистрілюючи в її звужений хвіст. Косий удар створює миттєвий тиск, штовхаючи апарат вперед зі значно більшою силою, ніж просто скидання більшої кількості газу в ствол позаду нього. Цей процес повторюється: кожна пара резервуарів зі стисненим газом вибухає, чергова ударна хвиля навантажує спідницю, накопичуючи все більшу швидкість на шляху до 23 Махів. Це називається ударно-струминною тягою, і вона повністю працює. Цей ефект можна порівняти з ситуацією, коли ви промахнулися молотком по цвяху, і він відлетів убік, назавжди загубившись. Цей раптовий кутовий імпульс – та сама фізика, на яку розраховує Longshot.
Три моделі майбутніх гармат
“Дій або йди додому.” – Майк Грейс.
Грейс передбачає три різні моделі своєї космічної гармати: “Ведмежатко”, “Мама-ведмедиця” та “Тато-ведмідь”. Остання, “Тато-ведмідь”, є його мрією про будівництво 30-40-кілометрової (19-25 миль) гармати з діаметром ствола 9,14 метра (30 футів). Це звучить смішно, поки не починаєш враховувати такі дрібниці, як фізика.
Прискорення – це сила, поділена на масу. Оскільки Longshot називає це космічною гарматою, візьмемо звичайну земну гармату як приклад. Для заданої кінцевої швидкості, чим коротший ствол, як у пістолета, тим швидше потрібно застосувати необхідну силу. Це означає вищі миттєві прискорення та g-навантаження. Це цілком нормально для невеликої свинцевої кулі. Однак, чим довший ствол, тим нижчі пікові g-сили, оскільки куля має більше часу і відстані для поступового набору швидкості. Кожного разу, коли ви подвоюєте довжину ствола, ви зменшуєте g-сили вдвічі. Це зменшує не лише g-навантаження, а й нагрів.
Досягнення швидкості 23 Махів за 305 метрів (1000 футів) – це вибуховий удар і дорогий спосіб перетворення вантажу на блискітки. Досягнення тієї ж швидкості 23 Махів на відстані 10 кілометрів (6 миль) – це порівняно зростаючий поштовх на довгій дистанції. Грейс вважає, що його космічна гармата може знизити g-сили приблизно до 500. Для наочності, телефон, який, ймовірно, у вас зараз у руці, спроєктований так, щоб витримувати близько 900 g – на щастя, для всіх, хто часто впускає свої телефони. “Тато-ведмідь”, космічна гармата Грейса, яку він хотів би створити, якщо матиме повну свободу дій, за його оцінками, може знизити навантаження до 100-150 g при запуску. Це все ще занадто багато для запуску будь-кого, крім Чака Норріса, у космос, але цілком в межах допустимого для будь-чого небіологічного, що інакше летіло б у космос на ракеті.
Витоки натхнення та стратегія
Ідея Грейса не є абсолютно унікальною. Коли його запитали, що надихнуло Longshot, він розповів про відео Google TechTalk 2009 року з презентацією доктора Джона Хантера “Гармати до планет” (Cannons to the Planets). Хантер раніше працював над проєктом SHARP (Super High Altitude Research Project), який був схожий на проєкт HARP Булла, але використовував легкі газові, а не вибухові рушії. У “Гарматах до планет” Хантер описав занурення більшої частини 1000-метрової (3281 фута) пускової труби на водні, встановленої на дні нафтової вишки, що плаває в морі, щоб її можна було спрямовувати для запуску об’єктів на низьку навколоземну орбіту – що було дещо схоже на програму Sea Launch Zenit.
Як і більшість ідей, одна породжує іншу, і тепер Грейс несе цей вогонь. Його улюблена фраза: “Якщо ви хочете зробити щось в аерокосмічній інженерії, ваше завдання – знайти щось, над чим працював німецький хлопець у 1930-х роках, і вкрасти це”. Грейс значною мірою спирається на використання старих, видатних ідей, які можна доопрацювати, замість того, щоб намагатися винаходити нові.
“Запуск залишається найбільшим бар’єром не тільки для низької навколоземної орбіти, але й для розгортання всієї інфраструктури, яка робить решту Сонячної системи доступною для нас.” – Майк Грейс.
Ілон Маск останнім часом досить добре справляється з доставкою вантажів у космос. Використання ракет Falcon 9 коштує близько 3000 доларів США за кілограм. Маск стверджує, що Starship знизить цю ціну до 500 доларів за кілограм, коли проєкт буде повністю реалізовано. У космічному вимірі це “доволі дешево” і “ого!” відповідно. Грейс вважає, що він може доставляти вантажі в космос всього за 10 доларів за кілограм, використовуючи лише бетон, сталь і водень. Це вже зовсім інший рівень гри.
Сучасний стан проєкту
Наразі Longshot має робочу міні-версію своєї космічної гармати діаметром 15 сантиметрів (6 дюймів) у колишньому автосервісі в Окленді, Каліфорнія. Вона вже була вистрілена понад 100 разів і досягла швидкості 4.2 Маха – “4.5, якщо примружитися”, – каже Грейс. Але невеликий масштаб означає високі g-сили – близько 30 000 у цьому випадку.
Longshot щойно побудував більшу 76-сантиметрову (30 дюймів) гармату довжиною 36,6 метра (120 футів) з трьома блоками резервуарів тиску, встановленими на старих військово-морських верфях Аламеди, Каліфорнія. Компанія ще не стріляла з неї, оскільки чекає дозволів на використання від міста Аламеда, але Longshot вже готовий до тестових запусків. Грейс повідомив, що, на його думку, це може бути найдовша діюча гармата на планеті наразі – хоча вона ще не працювала. Щоб перевірити це, було встановлено, що гармата Longshot в Аламеді на 11,14 метра (83,4 фута) довша, ніж радянська 2С7М “Малка”, тож Грейс не помилився.
76-сантиметрова гармата в Аламеді є аналогом для 488-метрової (1600 футів) космічної гармати з 20 блоками тиску, яку Longshot збирається побудувати в аеропорту маленького, високогірного невадського містечка Тонопа, розташованого між Ріно та Лас-Вегасом. Попереду ще кілька перешкод від Федерального управління авіації, але місто Тонопа дуже прихильно поставилося до Longshot та його цілей.
“Ми можемо тестувати тут, в районі Затоки, де живуть всі розумники, а потім вирушаємо в Неваду, щоб працювати.” – Майк Грейс.
Партнерство та майбутні переваги
Під час розмови Грейс розповів про компанію Impulse Space. Це компанія, яка прагне будувати космічні буксири для доставки вантажів “на останній милі”. “Ту-тут, Пароплав Віллі! Підбери супутник, достав його кудись, потім дозаправся і зроби це знову”, – пояснює Грейс. “І тоді ви кажете своєму клієнту, що йому не потрібно встановлювати двигун на свою річ. Ви можете просто купити у мене послуги, і я доставлю вас туди. І це робить ваш супутник кращим, тому що ви можете витратити свій бюджет маси на те, що для вас важливо”. Це означає, що супутникові компанії можуть відмовитися від дорогих систем наведення, тоді як Impulse Space буде виконувати роль космічного Uber. І це лише один із безлічі науково-фантастичних сценаріїв, які роблять освоєння космосу значно дешевшим.
Оскільки вся інфраструктура Longshot буде розташована на землі, перезаряджання космічної гармати буде легким. Грейс вважає, що система може здійснювати десятки запусків на день за надзвичайно низькою ціною за кілограм.
“Я хочу розколоти Сонячну систему, як [лайливе слово] яйце!” – Майк Грейс.
Це звучить як неймовірно просте, але, здавалося б, нездійсненне рішення. Longshot Space вже залучила інвестиції від таких людей, як Сем Альтман, генеральний директор OpenAI. Навіть Військово-повітряні сили Сполучених Штатів виділили грантові кошти. Якщо вони інвестують, то в цьому може бути щось особливе, але все ще є багато перешкод, які потрібно подолати, інакше Longshot просто не спрацює.
І якщо це не спрацює, Грейс в інтерв’ю Relentless сказав: “Якщо я не зможу полетіти в космос, добре, я продам усі оборонні розробки Raytheon і виплачу свої маленькі очі на кокаїновому острові, який я побудував… плачучи своїми 100-доларовими купюрами, щоб витерти сльози, підпалюючи яйця Фаберже щоранку. Я буду дуже заможним, і все буде добре”. Але, знову ж таки, це цілком може спрацювати.
