Внутри первой ступени ракеты носителя SLS Block 1 лунной миссии Артемида

Высота ступени - 64.6 метров

Диаметр ступени - 8.4 метра

Развиваемая скорость, за 8.5 минут - около 23 маха (27 358.848 км.ч)

1 - Секция двигательной установки. Поставляет горючее на 4х ЖРД RS-25. Кроме двигателей, содержит авионику двигателей и кормовые узлы подвески твердотопливных ускорителей.

2 - Бак с жидким водородом. Содержит 2 032 766 литров жидкого водорода, охлажденного до - 252.7 градусов Цельсия.

3 - Меж баковый соединитель. Содержит авионику ракеты носителя и передние узлы подвески твердотопливных ускорителей.

4 - Бак с жидким кислородом. Содержит 741 940 жидкого кислорода, охлажденного до  - 182.7 градусов Цельсия.

5 - Передний модуль- соединитель. Содержит полетные компьютеры первой ступени, авионику, видеокамеры. "Мозг" первой ступени.

Суммарно: 4 двигателя первой ступени развивают тягу до 907 тс,  а баки содержат 2 774 706 литров горючего, что эквивалентно емкости 63 больших автомобилей - цистерн.

NASA закончила установку космического корабля "Орион" на ракету носитель SLS, и все меньше и меньше времени остается до старта. Пока скептики и оптимисты спорят на тему данного проекта, причем первые утверждают что "долбанет", а вторые надеются что нет :) рассмотрим данную систему SLS/Orion миссии "Artemis I" немножко подробнее.

Итак, ракета носитель "SLS", что означает Space Launch System - т.е. всего то "Система космического запуска". Она в миссии "Artemis I" работает в первой из возможных ее конфигураций, Block 1 Crew, т.е. "модификация 1 с экипажем".

Да, она может быть и в конфигурации Block 1 Cargo, т.е. "грузовик" для формирования и снабжения окололунной станции и прочих вещей - например вывода на орбиту модулей космических станций, тяжелых спутников, разрабатываемых космических телескопов, мини шаттлов, и так далее.

Высота ракеты с пристыкованным "Орионом" в обтекателе -101 метра при диаметре 8,4 метр.

В грузовом варианте с грузовым кораблем в обтекателе ее высота составит 95 с небольшим метра.

SLS Block 1 может доставить на низкую околоземную орбиту 95 тонн полезной нагрузки, а на орбиту к Луне порядка 26 тонн. В дальнейшем ракета носитель будет модифицирован, и на орбиту к Луне сможет закидывать не менее 45 тонн полезной нагрузки.

В конфигурации Block 1 Crew ракета носитель имеет две ступени.

4 двигателя RS-25 первой ступени, сжигая 2,8 миллиона литров топлива "жидкий водород + жидкий кислород", создают тягу 2 миллиона lbs (907 тс), а 2 пяти сегментных твердотопливных ускорителя (SRB, solid rocket buster)  добавляют еще более 7 млн. lbs (3175 тс) тяги. 

Суммарно ракета носитель создает порядка 8.8 миллиона международных фунтов (lbs) тяги (3991 тс), т.е. примерно эквивалентно тяге матрицы, составленной из 9-10 двигателей РД-180.

Первую ступень SLS строит Боинг. Скептики усмехнутся, но стоит напомнить, что именно Боинг строил S-IC, первую ступень ракеты Сатурн-5 программы "Аполлон".

По сути, мы уже видели полеты первой ступени SLS в программе Space Shuttle, в качестве внешнего бака, ибо конструктивно да и визуально они весьма похожи, и первая ступень является прямым его потомком. Только побольше, побольше :)

Так же ничего нового нет (кроме ряда модификаций) в двигателях Aerojet Rocketdyne RS-25,  успешно поработавших на Шаттлах.

Ну и твердотопливные ускорители тоже модернизированные Шаттловские.

У NASA (вернее у изготовителя ускорителей ATK) осталось 16 корпусов ускорителей, предназначенных для Шаттлов, поэтому на 8 полетов SLS Block 1/1B ускорителями система обеспечена, а дальше в космос пойдет SLS Block 2, на котором будут стоять к тому времени уже проверенные и отлаженные новые твердотопливные ускорители, с намного большей тягой.

Как не странно,  NASA решила пока не ставить новые и более мощные ускорители, поскольку пришлось бы переделывать ... стартовую площадку LC-39B, углублять и расширять ее траншею для пламени, и модифицировать пусковую установку.

Т.е. NASA взяли проверенные более чем 130 успешными полетами Шаттлов компоненты, и модифицировав их, скомпоновали первую ступень.

Разумеется, горячие головы хотели бы создать все это дело "по другому и с нуля", и, наступив на все возможные грабли (включая возможные человеческие жертвы), сделать что то ну совсем новенькое, но NASA решила снизить все возможные риски, и пошла по пути использования проверенных и надежных решений, применяя новые решения (новая вторая ступень, новые ускорители, возможно - новые двигатели) постепенно, по мере их разработки, отладки и испытаний, в виде ввода в строй новых версий SLS.

После 2 минут полета ракета носитель сбрасывает отработавшие боковые твердотопливные ускорители, а после 8 минут полета, выведя на 160 км орбиту Земли вторую ступень и Orion CM-002, разогнав их до более 28 000 км в час, отходит отработавшая свое первая ступень.

Орион набирает высоту, проводя маневр подъема перигея орбиты с 160 км до 600 км над поверхностью Земли.

Далее начнется маневр TLI (Trans-lunar injection, вывод на траекторию полёта к Луне), когда ракета, описав почти 1 виток вокруг планеты  с повышением орбиты, включает двигатель второй ступени и уходит с орбиты  Земли, в точку рандеву с Луной.

Этот маневр де факто стандартный.

Советские и американские лунные миссии в процессе своих полетов к Луне выполняли его  более 70 раз.

Первым аппаратом, успешно выполнившим маневр TLI была Луна -2 (Е-1А № 7), совершившая его 12 сентября 1959 года. Луна-1 (Е-1 № 4), запущенная 2 января 1959 года, могла быть первой, успешно выполнившей TLI, но из за просчетов в настройках аппаратуры, мимо Луны промахнулась, став спутником Солнца.

Маневр TLI (красным - точка начала маневра). Moon it arrival time - позиция Луны во время прибытия. Moon it TLI - Позиция Луны во время начала маневра TLI.

Вторая ступень SLS - Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS), производства Boeing/Mitsubishi, является немного модернизированной верхней ступенью Delta Cryogenic Second Stage (DCSS ) в  "пятиметровой" версии (диаметр 5 метров), использующейся на ракетах Delta IV/ Delta IV Heavy, и оснащена двигателем "жидкий водород + жидкий кислород" Aerojet Rocketdyne RL10B-2 (отличается выдвижным углеродным соплом для увеличения удельного импульса).

Orion CM-002 (Lockheed Martin), раскрыв солнечные батареи на сервисном модуле (Airbus Space) на высоте 484 км,  разгонится второй ступенью ICPS до скорости 39 400 км/час, уходя в точку встречи с Луной. Через 1 час 53 минуты с начала полета ICPS выполнит свою работу и отстыкуется, чтобы потом, летя следом за Орионом по инерции, облететь вокруг Луны и спустя через много много времени полета сгореть в Солнце.

В процессе полета ICPS  запустит несколько кубсатов (мини спутники), а Орион займется проведением целого комплекса исследований и испытаний, поддерживая связь с центром в Хьюстоне через систему Deep Space Network (DSN).

DSN имеет три наземные станции, расположенные на Земле примерно на 120 градусов друг от друга (120 + 120 + 120 = 360). Это необходимо для того, чтобы любой спутник в дальнем космосе мог постоянно поддерживать связь хотя бы с одной станцией. Антенны DSN имеют от 34 до 70 метров в диаметре.

В процессе всего полета, от старта до посадки, будет выполнятся радиационный научный эксперимент "Матрешка" (Matroshka AstroRad Radiation Experiment. NASA/ФРГ/Израиль)  в ходе которого в двух манекенах в корабле Орион, один из которых будет защищен антирадиационным жилетом AstroRad, а второй нет, будет замеряться  уровень накопления радиации.

Манекены программы Матрешка дают возможность измерить радиационное облучение не только на поверхности , но и внутри человеческого тела.

Радиационное облучение будет измеряться с использованием как пассивных, так и активных дозиметров, распределенных внутри антропоморфных манекенов, в местах чувствительных к радиации тканей и местах высоких концентраций стволовых клеток.

Через 4 суток 7 часов 18 минут Орион совершит пролет на высоте 100 км над поверхностью Луны и переместится на дальнюю ретроградную (противоположную вращению Луны) лунную орбиту (DRO), на расстоянии около 70 000 км от Луны, где и пробудет еще около 6 суток.

Отработав нужный участок программы исследований на DRO, космический корабль снова совершит пролет над Луной на высоте 60 км и ляжет на обратный курс к Земле.

Через 25 дней 11 часов 30 минут с начала полета Орион, находясь на высоте порядка 5100 км над поверхностью Земли, расстыкуется с сервисным модулем., и еще через полчаса, на высоте 7.1 км. раскроет парашюты.

В процессе полета будут испытаны все системы и подсистемы комплекса SLS/Orion и системы защиты от радиации.

Карта миссии Artemis I (октябрь 2021г)

1- запуск, 2- отделение твердотопливных ускорителей, 3- отделение первой ступени, 4- маневр подъема перигея орбиты, 5- проверки систем и разворачивание солнечных панелей, 6- включение двигателей второй ступени ICPS, начало маневра TLI, 7- завершение работы двигателя второй ступени, отделение (далее серым пунктиром показан полет отделившейся второй ступени и буквами A,B,C - запуски кубсатов данной ступенью), 8- коррекция траектории короткими включениями двигателя сервисного модуля Орион, 9- проход около Луны на высоте 100 км, включения двигателя сервисного модуля для выхода космического корабля на DRO, 10- выход на DRO (удаление от Луны около 70 000 км, полет по орбите в течении 6 суток). 11- DRO, 12- начало выполнения маневра возврата к Земле, 13- пролет над Луной на высоте 60 км, кратковременные включения двигателя сервисного модуля для выхода в маневр возврата к Земле, 14- коррекция курса полета к Земле, 15-разделение посадочного модуля Орион и сервисного модуля, 16 - вход в атмосферу, 17- приводнение.

Ракета носитель получит новую модификацию SLS Block 1B Crew/ SLS Block 1B Cargo начиная с миссии  Artemis IV.

Высота SLS Block 1B Crew увеличится в сравнении с SLS Block I до 111.25 метров, а "грузовик" подрастет до 99 метров.

Ракета изменится визуально - исчезнет переходник Launch Vehicle Stage Adapter, сменившись на переходник Interstage, вторая ступень ICPS сменится на Exploration Upper Stage (EUS),  разрабатываемой и производимой компанией Boeing (заказано 8 штук), оснащенную уже 4 мя двигателями RL10-C3, что позволит выводить на низкую околоземную орбиту (НОО) более 100 тонн полезной нагрузки.

Далее ракета получит SLS Block 2, где вместе с требуемыми модификациями по опыту эксплуатации Block 1B произойдет переход на новые твердотопливные ускорители.

Эти ускорители будут созданы на основе твердотопливных ракетных ускорителей с композитным корпусом, которые разрабатывались для отмененного проекта OmegA (возможно будут выбраны другие, поскольку у NASA есть несколько предложений по ускорителям от ряда фирм), и, по расчетам, полезная нагрузка SLS Block 2 увеличится до 130 тонн для НОО, и как минимум 45 тонн для вывода к Луне.

"Грузовик" SLS Block 2 Cargo получит более объёмный обтекатель, и подрастет до 108 метров. Высота  SLS Block 2 Crew останется такой же, как и у версии  SLS Block 1B Crew - 111.25 метра.

Ну а в этой табличке можно посмотреть максимальную тягу в М lbs, объём отсека полезной нагрузки и вес полезной нагрузки, доставляемой на траекторию полета к Луне:

Ну и несколько иллюстраций основных компонентов системы SLS Block 1, SLS Block 1B и Block 2:

SLS Block 1 Crew

SLS Block 1B Crew

SLS Block 2 Cargo

И немного подробнее, компоненты SLS Block 1 Crew:

В третий раз откладывается запуск прототипа ТПК Boeing CST-100, и снова по вине российского МЛМ-У "Наука" (Не смешно уже)

А теперь к более детальному описанию произошедшей ситуации, что там произошло с клапанами, какая ошибка вылезла на корабле в этот раз и как быстро её исправят.

Тем кто пропустил два предыдущих поста - краткое описание. Транспортный пилотируемый корабль (ТПК) Starliner компании Boeing был разработан по программе НАСА CCDev (Commercial Crew Development) для доставки астронавтов на Международную космическую станцию.

- Как и корабль SpaceX Crew Dragon, он должен выполнить один беспилотный полет к МКС и один полет с людьми на борту, прежде чем НАСА сертифицирует корабль для перевозки астронавтов.

Первый такой испытательный полет Starliner состоялся 20 декабря 2019 года. В случае успеха - у Boeing был шанс совершить свой первый пилотируемый полёт раньше, чем SpaceX. Однако - не сложилось.

Сразу после отделения от ракеты «Атлас-5» корабль начал испытывать серьезные проблемы.

- Из-за ошибки в таймере бортовой компьютер предполагал, что корабль уже находится на опорной орбите, тогда как в действительности он находился на суборбитальной траектории и должен был выполнить самостоятельное довыведение.

Из-за этого автоматика не запустила двигатели корабля, и с некоторой задержкой они были активированы вручную по командам с Земли.

- В процессе этих операций корабль израсходовал много топлива. Поздний выход на орбиту, уже после достижения апоцентра, удержание на орбите дольше необходимого, пропущенное окно. Остатков в топливных баках было недостаточно для полета к МКС, а потому сближение и стыковка со станцией были отменены. Этот сценарий ждал "Науку" в том случае, если бы её маршевые двигатели (ДКС) - не смогли запустить 23-24 июля.

22 декабря того же года, спустя 2 дня после запуска - Starliner вернулся на Землю.

По результатам последующего расследования выяснилось, что ошибка с таймером была далеко не единственной в программном обеспечении корабля.

- Помимо других ошибок, которые привели к сбоям в системе связи, была обнаружена проблема с двигателями служебного модуля, потенциально представлявшая угрозу экипажу.

Всего американское космическое агентство выписало 80 различных рекомендаций по внесению изменений в ПО корабля. НАСА отказалось зачесть первый полет Starliner на орбиту и потребовало его повторить. На устранение всех недочётов ушло больше года.

Boeing провел большую работу над ошибками, которая включала переделку программного обеспечения и глубокое тестирование всех систем Starliner.

- Повторный беспилотный полет Starliner к МКС получил название OFT-2 (Orbital Flight Test). Сначала он планировался на весну 2021 года, но и тут всё оказалось не очень благополучно.

В итоге пуск назначен на 30 июля, но затем дата была изменена на 3 августа.

- Официально, конечно, его объяснили нештатной ситуацией с российским модулем «Наука», который активировал двигатели после стыковки с МКС и нарушил ориентацию станции, но в итоге всё вышло сложнее.

Вывоз ракеты Atlas-V в модификации N22 с ТПК CST-100 "Starliner" на стартовую площадку SLC-41 на мысе Канаверал состоялся 2 августа.

- В этот же день в ходе проверок корабля была выявлена проблема, которую Boeing описал как «неожиданные показания положения клапана в двигательной системе», о чём я написал вчера.

Но тут есть один нюанс. В открытых источниках (Пресс-релиз) - об это сказали только 3 августа, перенеся полёт за три часа до запуска. Могу предположить, что в боинге изначально надеялись на "Авось прокатит", но потом передумали.

- В первоначальном сообщении говорилось, что пуск Altas V может состояться уже в среду 4 августа, но позднее Boeing и НАСА отказались от этой идеи.

Специалисты сформировали программу для решения проблемы с клапаном, которая требует возвращения ракеты с кораблем в вертикальный монтажно-испытательный комплекс.

- Повторного возвращения, в прошлый четверг ракету с кораблём после запуска "Науки" уже укатывали обратно.

Анализ ситуации выявил несколько возможных причин произошедшего, и их изучение также потребует времени. Следующая возможная дата старта – 7 августа, но это не точно, никто не даёт гарантии, что корабль будет готов к этому сроку, возможно что будет ещё не один перенос, если проблемы окажутся серьёзнее чем кажется.

Если OFT-2 пройдет успешно, то пилотируемый испытательный полет Starliner к МКС может состояться уже в конце этого года. Если же нет - то у Боинга будут серьёзные проблемы, и отставание от SpaceX вполне может перевалить за два года.

- Благо это уже не так критично, недавно NASA заявило, что рассматривает возможность продления эксплуатации МКС до 2030 года.

Мы конечно все в этом были уверены, иначе никто бы не подписывал с Axiom Space контракт на доставку к МКС трёх крупных частных модулей, но официально информация подтвердилась только после того, как Роскосмос продлил свой срок пребывания на станции до 2028 года, с возможностью строительства национальной орбитальной в составе МКС, а не в качестве отдельного объекта.

Кстати, именно об этом сегменте Axiom Space я и расскажу в следующем длиннопосте

На прошлой неделе МЛМ-У "Наука" пристыковалась к Международной Космической Станции, российский экипаж занимается разгрузкой модуля, а тем временем Boeing готовит к запуску свой прототип ТПК (Транспортного Пилотируемого Корабля) нового поколения - CST-100 "Starliner".

Вообще пуск должен был произойти ещё 30 июля, на следующий день после стыковки "Науки", но из-за не самых лучших погодных условий и трудностей из-за непредвиденного включения двигателей нашего нового модуля - запуск решили перенести на вторую плановую дату - 3 августа.

- Планируемое время 20:20 по МСК, трансляцию NASA начнёт за некоторое время до этого. Мы тоже будем её стримить, там же где в прошлый четверг наблюдали за "Наукой".

Ориентировочно начнём в 19:30, я подготовлю материал про перспективы его использования, ракету Vulcan и почему он является олицетворением системного кризиса концерна ULA (United Launch Alliance).

- Который от действий SpaceX без своего лобби в конгрессе - пострадал бы чуть ли не сильнее, чем Роскосмос.

Ну а теперь переходим к описанию самой миссии Boe-OFT-2 и особенностей корабля. Здесь тоже есть много чего интересного. Начнём, пожалуй, с истории.

Сам ТПК начал разрабатываться в 2010 году, в рамках новой инициативы NASA - Commercial Crew Program (CCP), на замену выводящимся из эксплуатации из-за морального устаревания и дороговизны челноков программы Space Shuttle.

- В конце нулевых из-за ограниченного использования и отсутствия потенциала к модернизации - запчасти для бортовой электроники шаттлов иногда приходилось приобретать на вторичном рынке у промышленников и военных.

После того, как MTKK (Многоразовый Транспортный Космический Корабль) «Атлантис» коснулся взлётно-посадочной полосы №15, космического центра им. Кеннеди - завершилась последняя миссия STS-135, а работы по анонсированной незадолго до этого CCP вышли на новый уровень финансирования.

До последнего этапа разработки дошли только только три фирмы - SpaceX с кораблём Crew Dragon (Который тогда назывался Dragon v.2), Boeing со своим CST-100 и Sierra Nevada Corporation с мини-челноком Dream Chaser. Последняя выбыла из соревнования, и к 2014 году остался только Илон Маск и его конкуренты из ULA.

И тут начались сложности. Концерн ULA, который представляет из себя объединение из двух крупнейших в США (И в мире) военных корпораций Boeing и Lockheed Martin - это крайне непоротливая организация, чьи услуги стоят неимоверно дорого.

- В период с 1990-ых по начало 2010-ых годов он доминировал на внутреннем рынке США и пользовался своим монопольным положением, сдирая с заказчиков последние трусы, на что NASA и Министерство обороны США соглашались из-за отсутствия альтернатив. По этой же причине Россия долгое время была лидером в коммерческих запусках, цены на наши ракеты просто были в 10 раз меньше.

И даже когда Роскосмос драл по 100 млн. $ за пуск "Протон-М" - это всё равно было в 3 раза дешевле, чем отправка чего-нибудь в космос на тяжёлой модификации Atlas-5 и в 4 раза дешевле Delta-IV Heavy.

Разработка CST-100 Starliner обошлась бюджету США в 4,2 млрд. $ против 2,6 млрд. $ у SpaceX. По этому поводу было много споров в конгрессе, но Боинг их кое-как подавлял с помощью своего лобби.

- Lockheed Martin в этом торжестве безумия, к счастью, не участвовал, поскольку у него есть другая дойная корова в лице программы JSF, по которой он сейчас производит истребители пятого поколения F-35.

Но стоимость разработки тут не самое главное, основная проблема заключается в стоимости кресла. Доставка к МКС на старлайнере одного астронавта будет обходиться в 90 млн. долларов, или что-то порядка 380-400 млн. $ за пуск вместе со всеми дополнительными расходами на страховку, подготовку экипажа и т.п.

- Это не просто выше, чем у SpaceX, установившей цену в 55 млн. долларов за место. Это выходит дороже, чем прайс у Роскосмоса в конце 2010-ых годов. Мы, пользуясь монопольным положением на рынке, без каких-либо альтернатив вообще - драли за место меньшие деньги, чем просит Boeing на постоянной основе, с конкурентом в лице SpaceX.

Цена обусловлена как тем, что Starliner сам по себе игрушка весьма дорогая, так и тем, что Altas-5 в модификации N22 (Как и в любой другой) - это недешёвая ракета.

- По обновлённому ценнику она, в зависимости от модификации обходится в сумму от 109 до 153 млн. $ (Раньше она стоила от 187 до 250 млн. $, пока SpaceX не начал отбирать заказы).

Вообще - сначала к МКС с астронавтами должен был отправиться CST-100, по графику после всех переносов (Первые корабли программы CCP должны были полететь ещё в 2015-2016 годах) - он стоял раньше Дракона, но неудача Boe-OFT 1 (Boeing Orbital Flight Test) - все эти планы порушила.

Как вы поняли по названию - это была предыдущая аналогичная миссия, которую запустили 20 декабря 2019 года.

- Сам запуск прошёл удачно, но в процессе полёта произошёл сбой часов, которые отсчитывали полётное время. Включение четырёх двигателей сервисного отсека корабля для выхода на орбиту должно было начаться через 31 минуту после старта, однако оно не произошло.

В то же время, сбой во внутреннем времени корабля привёл к тому, что маневровые ракетные двигатели начали выравнивать положение корабля так, как будто манёвр довыведения на орбиту на самом деле происходил.

- После того, как аномалию заметили наземные операторы, была выполнена попытка передать на корабль ручные команды через коммуникационные спутники системы TDRS, но небольшой разрыв связи не позволил сделать этого сразу.

В дальнейшем корабль был взят под контроль и выведен на стабильную орбиту 216×186 км.

- Вызванное аномалией незапланированное маневрирование привело к тому, что в баках осталось только около 75 % от количества топлива, необходимого для полноценной миссии, что сделало невозможным дальнейшее сближение со станцией.

Прим.: Как вы знаете - недавно что-то похожее чуть не произошло с "Наукой", только там двигатели вышли из строя и её пришлось поднимать на маневровых, пока они не запустились. Из-за этого начались слухи о риске нехватки топлива, но они оказались лишь слухами.

- Его хватило даже на то, чтобы после стыковки хорошенько покрутить саму МКС в течение ~40 минут, пока баки не опустели.

22 декабря 2019 капсула Spacecraft-3 приземлилась в Нью-Мексико, после чего её забрали обратно в боинг. Специалисты NASA, расследовавшие причины неполадок при пуске корабля Starliner - обнаружили серьёзные ошибки в боинговском ПО (Видимо не только у нас кто-то косячит с кодом для космических аппаратов).

- Устранение заняло кучу времени, и теперь эта же капсула полетит в конце года на станцию с астронавтами на борту. На полтора года позже, чем первый пилотируемый Crew Dragon.

Что касается сегодняшнего полёта - в космос отправится Spacecraft-2, дополнительный тестовый полёт организаторы сочли необходимым из-за вышеописанного аномального сбоя полётного компьютера корабля из первого тестового пуска.

- В ходе полёта, корабль автоматически пристыкуется к МКС и доставит около 200 кг грузов для станции, а до отстыковки, корабль проведёт на станции 5—10 дней.

И теперь важный момент - предполагается, что компания Boeing покроет все расходы, связанные с миссией, не потратив деньги налогоплательщиков. Да, я тоже с этого проорал, как будто Боинг может просто так взять из кармана 410 млн. $ и не распределить их между следующими кораблями серии.

Ну а если серьёзно - то всё равно этот полёт достаточно важный, мы потихоньку переходим в новую эпоху освоения космоса, обыденно и незаметно...