Наиболее затратным (в энергетическом и финансовом смысле) этапом любого космического запуска является его старт с помощью ракеты-носителя первой ступени. Ведь сначала надо поднимать не только (и не столько) окончательный полезный груз, но и массу всего корабля, плюс колоссальное количество топлива (условно включая в него и требуемое количество окислителя), необходимый запас которого, в зависимости от его вида (и скорости истечения газов из сопла при его сгорании) растет чуть ли не пропорционально кубу массы полезного груза. Такую работу в обычном порядке и выполняет первая ступень ракеты носителя.

Для облегчения ее задачи к певой ступени часто пристыковывают дополнительные стартовые двигатели, которые через несколько секунд работы полностью исчерпывают свой ресурс и тут же отбрасываются. Такая же участь обычно ожидает и всю первую ступень ракеты, наиболее сложную и дорогостоящую.

В случаях запуска в космос больших кораблей с экипажем в несколько человек самой дорогостоящей частью всего комплекса становится уже его пилотируемая часть. Поэтому попытки экономии стоимости космических полетов сначала предпринимались в форме создания посадачных аппаратов многоразового использования (шатлов). Но из-за высоких (и, как показала практика, порой даже невыполнимых) требований к безопасности экипажа, программа космических полетов с использованием шатлов в США была полностью (и окончательно?) свернута.
Еще одной, принципиально нерешаемой, проблемой шатлов является их полная непригодность для посадки на иные планеты, имеющие крайне разреженную атмосферу. Ведь все шатлы на стадии посадки используют аэродинамику, подобную самолетной (и имеют аналогичную, хотя и модернизированную конструкцию по показателям механической прочности и термоустойчивости). А она требует наличия хоть какой-нибудь осязаемой атмосферы.

Поэтому главное внимание в вопросе удешевления космических программ американскими конструкторами было перенесено на создание многократно используемых первых ступеней ракет-носителей. Для этого было необходимо обеспечить их безопасное возвращение на Землю. А с учетом стоящей перед человечеством задачи покорения Луны и Марса, такое возвращение должно обеспечиваться без помощи парашютных систем.

Какие-то парашюты могут быть использованы разве что только на первой стадии торможения. Правда, после полета в глубоком вакууме межпланетного пространства даже самая разреженная амосфера (как в случае с Марсом) может быть частично использована для этой цели.

Иными словами, перед конструкторами встала задача создания ракеты-носителя, обеспечивающей ее посадку на планету (свою или иную) с помощью торможения до нулевой относительной скорости своим же реактивным двигателем. Это возможно исключительно при вертикальном снижении на поверхность планеты, кормовой частью вперед.

Одним из лидеров такого рода разработок стала частная американская компания исследований космических технологий (Space Exploration Technologies Corporation, SETC) SpaceX. Основатель - Илон Маск (Elon Musk), в 2002 году.

Компания работает с изначально спроектированными в качестве многоразовых ракетами с ЖРД (керосин - кислород) типа Falcon разных модификаций и космическими кораблями серии Dragon.

Тестирование идеи проводилось с прмощью т.н. испытательных стендов ( а на самом деле - вполне работоспособной ракеты) Grasshopper (Кузнечик). Первые его "прыжки" измерялись единицами метров и секунд...

Услиями компании осуществлено несколько удачных запусков (сначала - без посадки первой ступени обратно на Землю), в т.ч. корабля, пристыковавшегося к Международной космической станции МКС (2012 г.) и запуск спутника на геостационарную орбиту в 2013 году (а это высота 35786 км над уровнем моря!)

В дальнейшем компания поставила перед собой дополнительную задачу - посадку ракеты-носителя в непосредственной близости от места старта. (Ведь по первоначальному плану ей через какое-то время предстоит следующий, повторный запуск!)

Корабль Драгон на МКС	Схема запуска с возвратом к месту старта

22 декабря 2015 года компания добилась настоящего триумфа, когда она вывела на орбиту ИСЗ сразу 11 спутников и второй раз в истории (часто ошибочно говорят первый; см. следующий подзаголовок) осуществила успешную вертикальную посадку ракеты-носителя на Землю, неподалеку от места старта.

Относительным недостатком программы Falcon/ Dragon является использование на стадии посадки таких элементов управления маршрутом, которые зависят от наличия и плотности атмосферы (специальные маневровые решетчатые рули).
Другим, чисто конструктивным недостатком системы, оказалась недостаточная прочность опор ("ног") ракеты, в ряде случаев приводившая к потере устройств в самый последний момент.

Поражает скорость реализации научно-технических идей в корпорации SpaceX. В 2010 - 2011 годы были еще только картинки, а с 2012-го года начались самые настоящие космические полеты, с выводом на орбиту полезных грузов для МКС и спутников связи.

Другой американской аэрокосмической компанией (и тоже частной), занимающейся проблемой вертикальной посадки ракет-носителей, является Blue Origin, созданная в 2000-м году специально для целей космического туризма. Ее владелец - Джеффри Безос ("Джефф", Jeff Bezos).

Тестовые полеты на двигателях водородно-кислородного сгорания ВЕ (Blue Engine) с протитопом космического корабля Charon начались еще в 2005 году. Тогда была достигнута высота 96 м, однако вертикальная посадка не удалась
.
Очередной прототип корабля - Goddard РМ1 с ракетным модулем РМ1 (на двигателе ВЕ-2?) стартовал в 2006 году, поднялся всего на 85 м, зато сумел совершить вертикальную посадку (13.11.2006).

В настоящее время (с 2011 г.) в качестве космического корабля используется полноценный (пригодный для полетов в Космос) аппарат New Shepard PM2
(New Shepard - кабина для экипажа, PM2 - ракетный модуль с двигателем ВЕ-3).

В 2015/16 году произошло сразу три революционные прорыва в достигнутых компанией результатах.
В апреле-2015 корабль (ракетный модуль, плюс кабина экипажа) поднялся сразу на 112 км. А высоты, превышающие 100 км, считаются суборбитальными. Попытка вертикальной посадки ракеты тогда закончилась неудачей, она была повреждена и разрушена.
В ноябре-2015 ракетный комплекс аналогичного корабля, запущенный на высоту более 100 км, впервые в истории вернулся на Землю с помощью вертикальной посадки (Кабина для экипажа была отстыкована и спущена на Землю при помощи системы парашютов). Краткий видеоотчет о данном событии.

Из-за постоянной закрытости сведений о деятельности компании и слабой работы ее рекламного подразделения этот случай не получил должного международного резонанса. В отличие от состояшегося на месяц позже запуска и вертикальной посадки аппарата компании SpaceX.

А уже в январе-2016 осуществлен повторный запуск и успешная посадка того же комплекса, который поднимался на суборбитальный уровень всего два месяца назад, в ноябре 2015-го.

Возможность многоразовых полетов в космос на одной и той же технике впервые получила свое практическое подтверждение.

Теперь, для того, чтобы обогнать компанию SpaceX, компании Blue Origin необходимо обеспечить только большую высоту подъема. Ее, наверное, и сможет обеспечить летательный аппарат с новым двигателем ВЕ-4.
Пока же представители SpaceX демонстрируют всему миру свое преимущество с помощью такого наглядного графика:

Чем закончиться противостояние, покажет время.
Впрочем, автомобили тоже выпускает не одна компания мира. И даже не две...

Для выполнения ряда длительных, монотонных и часто повторяющихся операций на Международной космической станции, руководством проекта было решено поручить их специальному андроиду - человекоподобному роботу. Конечно, большинство из них (съём показаний приборов, корректировки не критических процессов и т.п.) можно было бы осуществлять и чисто телеметрически, с помощью самих же этих приборов, их обратных связей и обслуживающих их программ. Но использование для этих целей стороннего, абсолютно автономного канала (человека или робота) позволяет исключить влияние внутренних ошибок первичных устройств.	.

Но главной задачей разработки специального робота для работы на МКС явилось, конечно, дальнейшее совершенствование робототехники, которой предстоит выполнение многих задач, которые встанут перед человечеством в будущем.

Для создания робота-андроида, работающего непосредственно на борту станции, во взаимодействии с космонавтами и астронавтами, было проведено несколько разработок на конкурсной основе. На рисунках внизу представлены модели:
1-й ряд: японский Telesar V, корейский Mahru-Z, немецкий Justin; 2-й ряд: российский SAR400, американский Robonaut-2.

Наиболее совершенной из них, в итоге, оказалась американская модель Robonaut-2 (сокращенно - R2). Она представляет собой безногую (на первом этапе) человекоподобную фигуру белого цвета с золотистой "головой".

Первоначальное отсутствие ног определялось не только недоработкой конструкции за отведенное время, но и известными опасениями из-за возможных незапланированных перемещений машины (а это ведь машина!) при появлении неисправностей в ней самой. Ведь работ должен был стать первым "космонавтом"-нечеловеком на борту такого ответственного и насыщенного аппаратурой "дома", которым является Международная космическая станция.

Отсутствие ног робота в значителной мере компенсировалось большим размахом его "рук" (более 2 метров) и невероятной развитостью их механических кистей, способных на самые тонкие перемещения при вполне солидных нагрузках (например, при работах с гантелями массой 9 кг). Это, пожалуй, и является главным научно-техническим достижением всей разработки. Робонавт-2 отправился на МКС 24 февраля 2011 года на борту американского шаттла Дискавери. С тех пор он постоянно находится (и работает) на станции.

.

19 апреля 2014г. роботу приделали "ноги", доставленные очередным кораблем на МКС. Точнее, многосуставные нижние конечности с захватами в нижней части (вместо стоп).

Это позволяет частично использовать их в качестве дополнительных "рук" (подобно лапам обезьян), а также предписывает перемещение робота исключительно по заранее приготовленным маршрутам (направляющим и специальным выступам).
Однако, размеры Робонавта после наращивания "ног" увеличились настолько (рост - около 2,5 м), что его "работа" на борту приобрела почти исключительно экспериментальный характер.
Впрочем, его "ноги" в любой момент могут быть легко демонтированы космонавтами-людьми.

Еще одной группой задач (пожалуй, и самой важной) для роботов является их длительная работа в открытом космическом пространстве, в условиях жесткого космического излучения и, одновременно, низких температур, например, при монтаже или ремонте устройств на внешней стороне корпуса космической станции - солнечных батарей, телекамер или приборов навигации.

Такого рода "роботизация" МКС началась еще в марте 2008 года, с помощью канадского робота-манипулятора Декстр (полное название - SPDM - Special Purpose Dexterous Manipulator), предназначенного исключительно для работ на внешней стороне космической станции. По этой причине он имеет большие размеры и, в частности, очень длинные "руки" (длиной 3,35 м), отличающиеся исключительной гибкостью, подвижностью (по 7 суставов в каждой) и точностью. Внешне данный робот выглядит довольно таки устрашающе, так как почти напрочь лишен функционально не нужной ему головы. Управление его работой проходит с помощью встроенных программ или операторами, находящимися на Земле.

.

Декстр был доставлен на МКС 11 марта 2008 года (с помощью американского шаттла Индевор) и успешно работает на ней по настоящее время.

С некоторой натяжкой еще одним роботом, работающим на МКС, может быть названа единственная рука-манипулятор Canadarm. Как понятно уже из названия, изготовлена она в Канаде. Аналогичные манипуляторы установлены также на некоторых американских шаттлах.

21 июня 2015 года NASA объявила человекоподобного робота-астронавта, обитающего на Международной космической станции, лучшим изобретением NASA 2014 года. (То есть, в пределах своей компетенции и своей организации). Как пояснило космическое ведомство США, такое решение принято, потому что многие технологии, применявшиеся при его создании, приспособлены для использования и на Земле. При осуществлении этого проекта было запатентовано 39 изобретений, еще несколько заявок находятся на рассмотрении. На фото: Робонавт-2 в кругу американских астронавтов.

.

Исторические этапы. Главные достижения.

Многие аспекты вопроса и примеры применения достижений НТП в быту отражены также в разделе Потребление.