Високі витрати NASA на запуски, незважаючи на багаторазові ракети

Тенденції витрат на запуски та динаміка ринку

Протягом останніх тридцяти років номінальна ціна, яку NASA сплачує за орбітальні пуски, зросла, а не знизилася, незважаючи на те, що приватні компанії впровадили повторно використовувані ракети та досягли майже щоденного доступу до орбіти Землі. У майбутньому дослідженні, яке буде опубліковане в липневому номері Acta Astronautica, вказується, що з урахуванням інфляції середня річна плата NASA за запуски зросла приблизно на 2,8% щорічно між 1996 і 2024 роками. Ці цифри контрастують із сподіваннями, що приватизація та повторне використання знизять ціни до рівня рівноваги.

Сьогодні SpaceX виконує понад 100 місій на рік, поєднуючи повністю автономні посадки першого ступеня з швидкими операціями на заводі. Проте внутрішні дані NASA свідчать про те, що середня вартість контрактів на запуск місій SpaceX Falcon 9 становить близько 100 мільйонів доларів — це все ще вище, ніж інфляційно скориговані тарифи Delta II з кінця 1990-х. Чому ж зміни на стороні постачання не призвели до зниження витрат уряду?

Зростання повторно використовуваних ракет

Сімейство Falcon 9 від SpaceX стало першим, що продемонструвало практичне відновлення та повторне використання орбітального бустера. Основні характеристики включають:

• Тяга першого ступеня: 7607 кН на рівні моря (дев’ять двигунів Merlin 1D, які працюють на RP-1/LOX).
• Вантаж до LEO: приблизно 22 800 кг на витратних польотах; приблизно 15 600 кг на повторному використанні.
• Відновлюване обладнання: перший ступінь (70% вартості ракети) та обтічники вантажу (~10%).
• Час між запусками: до 48 днів у 2024 році.

Повторні польоти знижують граничні витрати на виробництво кожного бустера, розподіляючи фіксовані інвестиції на обладнання на кілька місій. При внутрішніх витратах на запуск у середньому в межах десятків мільйонів доларів SpaceX пропонує нижчі ціни, ніж традиційні витратні ракети, навіть продаючи місії Falcon 9 NASA за приблизно 62-70 мільйонів доларів за списком.

Модель закупівель NASA та структура контрактів

Програма запуску NASA (LSP) використовує контракти з фіксованою ціною для більшості наукових та дослідницьких вантажів, але все ще включає “урядову надбавку” за пріоритетне планування, спеціалізовані вимоги до вантажів та глибоке спостереження за інтеграцією. Основні елементи включають:

• Контракти з фіксованою ціною (FFP) проти контрактів з націнкою: FFP для наукових місій, з націнкою для пілотованих/вантажних (CCtCap) апаратів.
• Спеціальні вимоги: суворий контроль забруднення, інструментація на майданчику запуску та унікальна точність введення в орбіту (до ±2 км на GTO).
• Премії за графік: надбавка 6-10% для гарантування доступу до майданчика в межах контрактних термінів.

Ці надбавки означають, що NASA регулярно платить більше за кілограм на орбіті, ніж комерційні замовники, такі як телекомунікаційні компанії чи спільні запуски, які приймають більш широкі графіки запуску та стандартні умови для вантажів.

Технічна дорожня карта та майбутні чинники витрат

У майбутньому наступним поколінням стане система Starship/Super Heavy від SpaceX:

• Тяга бустера Super Heavy: ≥72 000 кН (33 двигуни Raptor).
• Вантажна здатність до LEO: приблизно 150 000 кг.
• Мета повторного використання: понад 1000 польотів на бустер.
• Цільові граничні витрати: 2-5 мільйонів доларів за запуск.

Якщо ця мета буде досягнута, Starship зможе знизити ціни на запуски NASA в п’ять разів або більше. Подібно, ракета Vulcan від ULA та New Glenn від Blue Origin — обидві частково повторно використовувані та оснащені метановими двигунами BE-4 — можуть внести конкуренцію, але обидві не мають досвіду польотів та надійності, як Falcon 9.

Міжнародна конкуренція

Хоча постачальники США домінують у державних контрактах, субсидовані державою гравці за кордоном також впливають на глобальне ціноутворення:

• Ariane 6 (Європа): витратна, ~20 000 кг до LEO, орієнтовна комерційна ціна €75-85 мільйонів.
• Російський Soyuz-2: ~8 200 кг до LEO, ~$50 мільйонів, але обмежені експортні ліцензії та політичні ризики.
• Китайська Long March 5B: 25 000 кг до LEO, ціноутворення під контролем держави, рідко відкрито для західних вантажів.

Субсидії та валютні курси ускладнюють прості порівняння витрат, але глобальна потужність запусків тепер з легкістю перевищує помірні річні потреби NASA у вантажах.

Рекомендації з політики та ринкова рівновага

У статті Moon Kim в Acta Astronautica зазначається, що просте введення нового постачальника (SpaceX у 2016 році) не змінило зростаючу траєкторію витрат NASA. Експерти з політики та аудити GAO рекомендують:

• Збільшити використання конкурентних тендерів серед кількох постачальників США та союзників.
• Розширити можливості спільних запусків для наукових вантажів середнього класу, щоб скористатися економією масштабу.
• Зміцнити контроль за витратами з націнкою, щоб обмежити надбавки за пріоритет у графіку.
• Інвестувати в інфраструктуру для запусків наступного покоління (наприклад, інструменти з композитних матеріалів високої частоти, автономні операції на майданчику).

Оскільки Vulcan від ULA та New Glenn від Blue Origin вже запущені або проходять кваліфікацію, NASA може спостерігати за тиском на зниження цін до кінця десятиліття. Однак справжня зміна чекає на повністю повторно використовувану архітектуру Starship.

Висновок

Незважаючи на трансформаційний вплив повторно використовуваних ракет, історичні практики закупівель NASA, премії за пріоритетне планування та спеціалізовані вимоги до місій підтримують зростання середніх витрат на запуски. Коли нові учасники, такі як Starship, Vulcan та New Glenn, досягнуть зрілості, у поєднанні з реформами політики для збільшення конкурентного тиску, NASA опиниться на порозі довгоочікуваної ери доступу до космосу з низькими витратами та високою частотою запусків.