Компания SpaceX провела испытания сверхтяжелой ракеты Starship. Спустя 4 минуты после старта она взорвалась, но это не заставило стихнуть аплодисменты в центре управления полетами. По задумке Илона Маска, именно эта ракета должна будет на порядок снизить стоимость космических запусков и сделать возможными межпланетные полеты людей, а NASA выбрало Starship в качестве посадочного модуля для высадки на Луну в 2026 году.
(Ракета Starship во время старта, 20 апреля 2023 года)
Официальный аккаунт SpaceX в Twitter в шутку назвал взрыв «быстрой незапланированной разборкой». Кроме того, это первый раз, когда первая ступень Starship (Super Heavy) оторвалась от стола — до этого она проходила лишь статические огневые испытания.
(Ракета Starship взовралась через несколько минут после старта, 20 апреля 2023 года)
(момент взрыва, видео, здесь Старшип взорвался )
Для второй ступени этот полет стал первым после почти двухлетнего перерыва – предыдущие летные испытания были проведены в мае 2021 года, когда она, без Super Heavy, подлетела на 10 километров, спустилась назад и мягко приземлилась.
Именно эта особенность – возвращаемая вторая ступень – является ключевой в проекте Starship. Почти все современные многоразовые ракеты основаны на схожей концепции: большая первая ступень используется для вывода второй, меньшей, в верхние слои атмосферы, после чего проводится расстыковка. Затем нижняя ступень возвращается на землю: будь то с помощью ракетных двигателей, как Falcon 9 Илона Маска, подобно самолету с помощью крыльев, как предполагал российский проект «Байкал», или же на парашюте, который затем подхватывает зависающий в воздухе вертолет – такие опыты проводили создатели сверхлегкой ракеты Electron. Верхняя ступень при такой схеме полета разгоняет полезную нагрузку до орбитальной скорости, после чего отстыковывается и сгорает в атмосфере.
По задумке Илона Маска и инженеров SpaceX, полет Starship будет проходить не совсем так. Ее верхняя ступень одновременно является космическим кораблем и будет оборудована либо кабинами, либо устройством для вывода груза, для чего, вероятно, будет раскрываться носовой обтекатель. После вывода полезной нагрузки верхняя ступень-корабль будет тормозить, входить в атмосферу и за счет аэродинамического торможения сбрасывать скорость. От высокой температуры ракету должны защитить керамические плитки на одном из бортов корпуса – аналогичные были установлены на Space Shuttle.
(Ракета Starship во время старта, 20 апреля 2023 года)
Теплозащитные плитки установлены ассиметрично, только на один из боков, не случайно. При спуске в атмосфере Starship должен лететь боком вниз, максимизируя аэродинамическое сопротивление для сброса скорости. Управляют ракетой четыре аэродинамических руля, по два сверху и снизу. На высоте в несколько километров, когда орбитальная скорость уже погашена, Starship включает двигатели и совершает разворот, заняв ориентацию двигателями вниз. После этого три (или меньше, в зависимости от нагрузки) двигателя позволяют ракете мягко сесть на хвост – подобно тому, как это делают Falcon 9 и ступень Super Heavy. После приземления верхнюю ступень Starship должны вновь установить на нижнюю.
Таким образом, новая ракета должна быть подобна авиалайнеру – летать, садиться, перезаправляться и снова летать. По оптимистичной оценке Илона Маска, цена одного запуска по такой схеме будет примерно равна одному миллиону долларов. Для сравнения, запуск ракеты Falcon 9 стоит клиенту примерно $50-60 млн, при том что она способна вывести на низкую околоземную орбиту лишь 17 тонн в возвращаемом варианте, а Starship (по проекту) – более 100 тонн.
Но Starship («Звездолет») получил название не за способность сократить расходы на запуск спутников. Его многоразовая верхняя ступень должна позволить отправлять межпланетные миссии по уникальной схеме – с помощью дозаправки на орбите. По задумке Маска, летящий к Луне или другой планете грузовой или пассажирский корабль должен будет сначала выйти на околоземную орбиту. При этом ракета выработает почти все топливо, и сама по себе не сможет достичь даже Луны. Поэтому часть экземпляров верхних ступеней Starship будут оборудованы как топливозаправщики, благодаря чему после запуска на ту же орбиту смогут стыковаться с межпланетным кораблем и перекачать в него топливо. Многоразовый дозаправщик сможет повторить операцию несколько раз, после чего баки основной ракеты будут вновь заполнены и она сможет отправиться к Луне, Марсу, Венере и, вероятно, к Сатурну и Юпитеру.
Именно эта особенность Starship является ключевой для идеи Илона Маска по переселению людей на Марс и основанию там крупной колонии. Многие специалисты относятся к этим планам скептически, особенно учитывая заявленные сроки – в 2017 году бизнесмен планировал пилотируемую высадку на Марс на 2024 год.
Однако, по оценке NASA, такая схема межпланетных перелетов вовсе не является безумной фантазией. Согласно программе Artemis, Соединенные Штаты должны будут провести высадку людей на Луну к 2026 году, а к концу 2020-хх годов обустроить там постоянную базу. Именно Starship был выбран в качестве посадочной ступени и должен будет доставить астронавтов с окололунной базы на поверхность. По предварительному проекту, этот вариант корабля не будет иметь теплозащитного экрана и аэродинамических рулей, поскольку на Луне нет атмосферы, а возврат его на Землю не предполагается.
Конструкция Starship имеет множество других инноваций, помимо уникальной схемы возвращаемых ступеней. Так, ее корпус выполнен из нержавеющей стали, в то время как основным конструкционным материалом современных ракет является алюминий. Сталь не только дешевле алюминия, но и сохраняет прочность при высоких температурах, вплоть до 800 градусов. Это особенно важно для космического корабля при спуске с орбиты в атмосфере.
На нижней ступени Super Heavy установлено 33 двигателя Raptor. Это является мировым рекордом, который до этого установила неудачная советская ракета Н1 1960-1970-х годов с 30 двигателями. Н1 была частью советской лунной программы и должна была отправить космонавтов на Луну, но все ее экземпляры разрушились при тестовых запусках. По мнению ряда специалистов, именно слишком большое количество двигателей приговорило проект, однако Илон Маск заявил, что современные технологии позволяют решить эту проблему.
(Жидкостный ракетный двигатель замкнутой схемы.Wikimedia Commons)
Кроме того, двигатели Raptor используют в качестве топлива метан, который более эффективен, чем керосин, и более удобен, чем водород. Также благодаря использованию метана Raptor работает по схеме с полной газификацией компонентов, в которой топливо и окислитель проходят через два различных газогенератора. Такая схема позволяет значительно поднять давление в камере сгорания, что повышает эффективность двигателя и его удельную тягу.
Как заявил Маск в Twitter, следующие летные испытания Starship должны состояться в ближайшие месяцы. Прежде, чем NASA одобрит посадку людей на Луну на этой ракете, SpaceX придется неоднократно доказать надежность Starship в целой серии испытаний.
