Джастин Муни и Крис Бергин, 11 февраля 2022 г.
Первоисточник
Главный конструктор SpaceX Илон Маск представил первый обзор программы Starship с 2019 года, объявив о «дорожной карте» по строительству автономного города на Марсе.
Используя Starship, быструю и многоразовую сверхтяжелую ракету-носитель, Маск надеется сделать в этом году орбитальный испытательный запуск, за которым последует множество различных миссий с различных стартовых площадок, от Starbase, KSC и даже с океанских стартовых платформ.
Состояние программы Starship:
На фоне полнофункциональных Booster 4 и Ship 20 прогресс проекта Starship был очевиден.
Во время прошлой презентации 2019 года у Маска был прототип Starship Mk1, выглядывающий из-за его плеча, в середине небольшой производственной площадки и прямо по дороге от того, что было просто суборбитальной стартовой площадкой, занятой Starhopper — в то время звезда проекта.
«С тех пор многое произошло», — сказал Маск в своем вступительном слове.
Последнее обновление было с космодрома Orbital Launch Site, с ночным освещением для презентации, что визуально добавило дополнительный контраст предыдущему событию.
Благодаря успешному и быстрой установке Ship 20 на Booster 4 с помощью Mechazilla, фоном презентации стал полный стек Starship.
Движущей силой программы Starship является стремление Маска сделать жизнь многопланетной. Этот момент был подчеркнут в самом начале презентации со «святым Граалем» быстродействующей и полностью многоразовой ракеты-носителя в качестве инструмента.
Это было подтверждено способностью Starship выводить массу на орбиту. В то время как Илон назвал общую массу, запущенную на орбиту всеми странами за все время, до 15 517 тонн, Starship может поднять на орбиту 15 500 тонн после одного года работы при трех запусках Starship в неделю.
Это быстро увеличивается в зависимости от частоты запуска до цели в 1 000 000 тонн, что, по мнению Маска, необходимо для создания самодостаточного города на Марсе.
Город на Марсе — рендер SpaceX
Цель связана с ограниченными возможностями для идеальных «транзитных окон» на Марсе каждые два года и количеством материалов, необходимых для обеспечения независимости города на Марсе от Земли в случае возникновения проблем с линией снабжения.
Впервые в истории планеты такая цель стала реальностью с помощью Starship — с грузоподъемностью 100-150 тонн, в зависимости от орбиты, и грузоподъемностью до Марса примерно в 100 тонн. Илон отметил, что в конечном итоге это может возрасти до 200 тонн с орбитальной заправкой.
Орбитальная заправка звездолетом — рендер SpaceX
Быстрое повторное использование Starship будет нацелено на повторное использование корабля через каждые шесть часов, а ракета-носитель теоретически будет готовиться для запуска каждый час.
Эволюция Raptor:
На этапе испытаний ракета-носитель и корабль продолжали развиваться. Корабль перейдет на девять двигателей, а у ракеты-носителя скоро будет 33 двигателя — максимальное количество двигателей, исходя из диаметра корабля.
Сам двигатель развивается, и сейчас Raptor 2 находится на стадии испытаний на полигоне SpaceX в МакГрегоре.
Пять стендов для тестирования Raptor — через Гэри Блэра для NSF L2
Raptor 1 уже имел тягу 185 тонн. Однако с Raptor 2 тяга увеличивается до 230 тонн. Raptor 2 также «значительно упрощен при увеличении тяги. Половина стоимости при большей тяге», — добавил Маск. Текущая пиковая тяга R2 составляет 247 тонн, поэтому SpaceX уверена, что 250 тонн будут достигнуты, что «очевидно необходимо для работы SS».
Визуальные изменения между Raptor v1 и v2 очевидны: меньше кабелей и трубопроводов вокруг двигателя.
Raptor 1 и 2 в сравнении. Фото: Джек Бейер для NSF
Турбонасос, кажется, уменьшился в размерах, а трубопроводы были объединены.
Raptor 2 SN5, по-видимому, представляет собой двигатель Raptor Boost, что означает, что ему не хватает элементов подвеса или рулевого управления, и он не может дросселировать так же глубоко, как двигатели Raptor Center.
Этот двигатель намного больше, чем просто шаг вперед по сравнению с V1. Это был полный редизайн; все, от турбомашины до сопла камеры и его электроники, было переработано. Это позволило удалять и объединять элементы, в то время как турбонасосы сделаны более надежными.
Ссылаясь на его неприязнь к фланцам, многие из них теперь заменены на сварные соединения. «При высоких давлениях и криогенных температурах фланцы — это кошмар», — отметил Маск. «Местами имеем 700-800 бар, 11000 фунтов на квадратный дюйм, поэтому полезно сварить фланцы».
Маск также отметил, что контроллеры предварительного сгорания переместились в коробки, а не по всему двигателю. Это позволяет в будущем вносить изменения до такой степени, что Raptor не будет нуждаться в кожухе — это уменьшит его массу и перестанет быть «занозой в заднице, особенно для двигателей с карданным подвесом», по словам Маска.
«Благодаря большему удалению и интеграции двигатель станет пожаробезопасным, а отсутствие кожухов — это хорошая экономия массы. Возможно, можно будет работать при 330 бар в основной камере без слишком высокого давления перед горелкой».
Это устранит точки дросселирования, что приведет к меньшей потере давления.
Тестирование Raptor проходит хорошо в SpaceX McGregor, включая наблюдение за тестированием серийного номера 10 с помощью фотографий Гэри Блэра из NSF (L2 McGregor). Этот двигатель был показан в действии во время презентации.
Оставшаяся проблема заключается в смягчении последствий плавления камеры двигателя.
«Единственная оставшаяся проблема, о которой мы знаем, это плавление камеры, эта штука действительно хочет расплавиться, она имеет порядка гигаватт тепла, так что она довольно горячая, вроде гигаватт вырабатывает атомная электростанция, поэтому он действительно отчаянно пытается расплавиться в любой момент времени», — отметил Маск в ответ Тиму Додду, который только недавно выпустил видео о том, как двигатели избегают плавления.
«Итак, мы пропускаем огромное количество криогенного топлива для охлаждения камеры и каналов, у нас есть пленочное охлаждение головной части, у нас есть пленочное охлаждение горловины, и мы просто пытаемся найти точный баланс между пленочным охлаждением головной части и пленочным охлаждением горловины, чтобы не расплавить камеру».
«Я думаю, что мы довольно близки, у нас есть пара двигателей на стенде, которые имеют 700 или 800 секунд работы и несколько циклов запуска, так что это выглядит положительно, но это оставшаяся проблема, плавление камеры».
Говоря о производстве двигателей, Маск дал оптимистичный прогноз. Поскольку Raptor 2 сейчас проходят испытания в McGregor, новое производственное предприятие на этом объекте почти готово.
Последний вид завода McGregor Raptor 2, — фото Гэри Блэром для NSF/L2.
«Мы наращиваем производство, чтобы довести производство до одного двигателя в день или даже больше, так что, если не считать расплавления камер, у нас все хорошо. У нас много насосов, много электроники, много контроллеров предварительного сжигания, так что надо просто не расплавить камеру, что очень сложно и это своего рода последняя оставшаяся проблема, но я думаю, что мы очень близки к ее решению».
«Производственная система имеет большой импульс, как мы сказали, на следующей неделе мы, вероятно, сделаем пять или шесть Raptor 2, и я думаю, что к следующему месяцу у нас будет семь или больше в неделю. Между прочим, это сумасшедшие цифры для ракетных двигателей».
МакГрегор также будет координатором тестирования дополнительных проверок двигателей, и Маск надеется, что Raptor сможет поддерживать давление в основной камере в 330 бар.
«Еще многое предстоит сделать; мы также работаем с более высоким давлением в камере; Думаю, со временем мы сможем эксплуатировать его при давлении 330 бар, поддерживаемом в основной камере», — добавил он.
Raptor 2 (№ 10) на испытательном стенде в McGregor — фото Гэри Блэра из NSF с самолета L2 McGregor.
«Без того, чтобы давление в форсажных камерах было слишком высоким, по сути, за счет меньшей потери давления, существует как бы целая лестница давления, идущая от турбонасосов и форсажных камер к основной камере.
«Избавившись от множества дроссельных заслонок, мы можем снизить потери давления, а насосы могут эффективно создавать большее давление в основной камере с меньшими потерями во вторичных системах».
Стартовые площадки:
Создание космодрома в Южном Техасе было экстраординарным, что снова видим в изменениях с тех пор, как Маск в последний раз презентовал программу Starship с объекта, теперь известного как Starbase.
Полный стек на Starbase — через Мэри (@bocachicagal) для NSF
По-прежнему требуется законодательный процесс, а именно экологическая оценка со стороны FAA, которая должна быть завершена, прежде чем можно будет получить разрешение на запуск, что, по мнению Маска, может занять еще два месяца.
В то время как производственная площадка увеличивает вместимость, поскольку рядом с существующей структурой строится новый High Bay, стартовая площадка стала основным объектом обзора Маска.
Ссылаясь на впечатляющую Launch Tower с ее системой Mechazilla, на разработку которой ушло всего 13 месяцев, Маск отметил, что «ступень Zero» так же сложна, как ракета-носитель или корабль, подчеркнув успешное использование башни с недавней сборкой Ship 20 и Booster 4.
Перспективная цель состоит в том, чтобы иметь две башни на орбитальной стартовой площадке Starbase (OLS), хотя такие планы, вероятно, будут зависеть от текущих экологических обзоров.
Примечательно, и не только в качестве запасного варианта, Маск отметил, что будущая стартовая площадка 39А уже прошла этот рубеж. Кроме того, SpaceX и NASA недавно подтвердили, что ведутся исследования, чтобы потенциально добавить дополнительные возможности запуска на LC-49 KSC.
Starship на 39A и LC-49, как задумал Джей ДеШетлер для NSF/L2
С учетом того, что Южный Техас и Восточное побережье Флориды являются двумя идеальными местами для запуска, потенциальный сценарий может привести к тому, что Starbase сосредоточится на тестовых запусках — наряду с оперативными запусками с полезными нагрузками, такими как Starlink, в то время как KSC станет ведущей стартовой площадкой. Это будет означать, что KSC является вероятной стартовой площадкой для миссий NASA, таких как HLS (Human Landing System).
«Starbase, я думаю, больше подходит для того, чтобы стать нашим передовым центром исследований и разработок, поэтому именно здесь мы могли бы опробовать новые конструкции и новые версии ракеты, и я думаю, что мыс Кеннеди был бы нашей основной оперативной стартовой площадкой», — отметил Маск, имея в виду океанские стартовые платформы, две из которых SpaceX уже приобрела.
«Затем, со временем, я думаю, у нас будут плавучие космопорты, такие как океанские космодромы, у нас есть две переоборудованные нефтяные вышки, которые будут превращены в орбитальные стартовые площадки, и их можно будет перемещать по всему миру».
В настоящее время перестраиваются две платформы — Phobos и Deimos, хотя за последние месяцы было проведено очень мало работы. К концу этого года одна из них получит новую конструкцию с установкой собственной стартовой башни.
«Phobos и Deimos до сих пор были относительно низким приоритетом; нам нужно было заставить работать нашу стартовую площадку; это было довольно сложно, поэтому мы убрали приоритеты с Phobos and Deimos».
«Мы собираемся взять одну из них и построить на ней как минимум ловушку, и в конечном итоге мы, в конечном счете, я не знаю, позже в этом году, построим полноценную возможность запуска на одной из платформ».
«Надеюсь, к концу этого года у нас будет возможность запуска с мыса Кеннеди с LC-39A, а также на одной из этих платформ».
Эта первая рабочая платформа позволит проверить работоспособность и купить или построить дополнительные платформы, добавил Маск, «их может стать довольно много».
«Я думаю, что большинство стартовых площадок в долгосрочной перспективе будут океанскими или морскими космодромами, возможно, расположенными в 20 или 30 милях от берега, и это позволит Starship соединять любые города, которые находятся в океане или на море, и иметь высокую скорость полета, не слишком беспокоя людей. Я думаю, что люди хотят время от времени наблюдать что-то громкое, но если вы хотите, чтобы это было часто, то это должно быть подальше от вас».
Оперативные миссии:
Хотя Маск правильно подготовил поклонников Starship к нескольким авариям во время начальных испытаний, миссии Starlink, HLS и DearMoon уже запланированы, как только корабль переходит в стадию эксплуатации. Был также намек на анонсы в ближайшее время.
В то время как грузоподъемность Starships очевидна, эволюция в запуск людей произойдет только после того, как транспортное средство зарекомендует себя во время этих беспилотных запусков.
Одним из ключевых вопросов, которые задавались при разработке Starship, было отсутствие системы аварийного прерывания. Маск ответил на это, когда его спросил Крис Гебхардт из NSF.
«У Starship не будет независимой системы аварийного спасения, но я думаю, что имеет смысл сделать так, чтобы тяги к весу (TWR) корабля было достаточно, чтобы он мог взлететь с ракеты-носителя, даже если ракета-носитель выйдет из строя на стартовой площадке.
«Если вы можете получить TWR корабля на уровне моря выше 1, даже если что-то пойдет не так с ускорителем, корабль просто улетит от ускорителя, так что это будет важно для перевозки людей или даже ценных грузов, чтобы корабль имел TWR больше единицы на уровне моря».
«Это будет версия с девятью двигателями, и даже если вы потеряете один двигатель, я думаю, вы все равно сможете прервать полет. Я думаю, что для миссий с экипажем мы, по сути, собираемся до некоторой степени разгрузить корабль, чтобы у вас была возможность прервать запуск, даже если вы потеряли двигатель».
Запуск Starship со Starbase — рендер SpaceX
В то время как Маск ранее отмечал, что долгожданные официальные виды интерьера пилотируемого космического корабля не являются текущим направлением разработки корабля SpaceX, Маск подробно остановился на планировании жизнеобеспечения.
«С точки зрения жизнеобеспечения, мы могли бы масштабировать систему жизнеобеспечения от Dragon, и это будет работать для миссий, которые будут длиться, скажем, неделю или две недели, это будет хорошо. Для миссий на Марс вам понадобится возобновляемая система, по сути, перерабатывая все в замкнутой системе с почти нулевой потерей массы».
Маск во время презентации — Фото: Джек Бейер для NSF
«Так что это будет более продвинутая система; нам пришлось бы превращать CO2 обратно в O2 и как бы перерабатывать отходы и прочее. Это более сложная проблема, но это не срочная проблема. Мы, безусловно, могли бы масштабировать Dragon для любых миссий продолжительностью в несколько недель».
Интересно, что в обзоре остались без ответа некоторые ключевые вопросы, например, будут ли Ship 4 и Booster 20 оставаться комбинацией для летных испытаний на орбитальной скорости, а также статус резервуарного парка OLS, который еще предстоит использовать в LOX/CH4.
Эти ответы могут быть получены в результате визуального наблюдения за тестированием Starbase в ближайшие недели, а в пятницу продолжится использование полного стека на орбитальной стартовой площадке в преддверии потенциального криопроверочного теста.
Первоисточник:
