В августе американская компания SpaceX в местности Бока-Чика (Техас) завершила установку 29 двигателей Raptor на прототип ракетного ускорителя Super Heavy, который позднее в том же месяце на короткое время был интегрирован с прототипом космического корабля Starship. Многоразовая двухступенчатая транспортная система, ранее известная как Big Falcon Rocket (BFR), создается для выведения массивной полезной нагрузки на околоземную орбиту, а также полетов в дальний космос, прежде всего на Луну и Марс. О разрабатываемой компанией бизнесмена и инженера Илона Маска связке из сверхтяжелой ракеты и космического корабля, также получившей название Starship, рассказывает «Лента.ру».
О необходимости создания многоразовой транспортной системы, предназначенной для колонизации Марса, Маск начал говорить достаточно давно — почти 20 лет назад. Однако приступили к конкретной реализации заявленных планов в SpaceX только около пяти лет назад, когда компании, во-первых, удалось совершить успешную посадку первой ступени среднего (тогда еще) носителя Falcon 9 и, во-вторых, начать разработку нового ракетного двигателя Raptor.
За последние годы концепция многоразовой транспортной системы претерпела несколько изменений, в частности, по заявляемой грузоподъемности, числу используемых двигателей и конструкционных материалов ракеты. Если SpaceX доведет задуманное до конца, связка из Super Heavy и Starship станет самой крупной, мощной и грузоподъемной ракетной системой, когда-либо созданной человечеством, обойдя такие сверхтяжелые носители, как Saturn V, «Энергия» и Falcon Heavy. В частности, в многоразовом режиме Starship, как ожидается, будет способна выводить на низкую околоземную орбиту до 150 тонн полезной нагрузки, а в одноразовом — до 250. Несмотря на трудности, с которыми сталкиваются инженеры SpaceX, работающие над многоразовой транспортной системой, данная задача, стоящая перед ними, уже сегодня выглядит решаемой.
Ракета Saturn V
Фото: NASA
Новый курс
В настоящее время Starship отличает использование нескольких технических решений, которые определят наиболее прогрессивные ракетостроительные тенденции ближайших десятилетий.
Во-первых, двигатели Raptor, используемые на ускорителе Super Heavy и собственно космическом корабле Starship, работают на жидких метане и кислороде. В отличие от топливных пар керосин-кислород и водород-кислород, использование метана и кислорода в многоразовом силовом агрегате почти не дает нагара, что облегчает его сохранность и послепусковое обслуживание. В SpaceX заявляют, что Raptor отличает самая большая тяговооруженность (отношение развиваемой двигателем тяги к его весу) среди силовых агрегатов любых типов, когда-либо произведенных в мире.
Во-вторых, многоразовая транспортная система, вероятно, получила чрезвычайно эффективную систему управления, позволяющую Starship не только маневрировать в воздухе, но и использовать сразу около трех десятков двигателей Raptor. В данном обстоятельстве признается сам Маск, согласно которому именно отсутствие адекватной системы управления стало причиной провала советской сверхтяжелой ракеты Н-1 с 30 двигателями НК-15 на первой ступени.
Маневрирование прототипа космического корабля Starship
Фото: Official SpaceX Photos
В-третьих, для вертикальной посадки Super Heavy, как и первая ступень тяжелой ракеты Falcon 9, получила специальные механизмы, прежде всего — посадочные опоры и решетчатые стабилизаторы. Пока не понятно, будут ли решетчатые стабилизаторы у Super Heavy складываться так же, как и у первой ступени Falcon 9. В развернутом положении решетчатые стабилизаторы увеличивают аэродинамическое сопротивление при пуске ракеты, поэтому можно допустить, что в перспективе они у Super Heavy все же будут складываться.
И в-четвертых, создание Starship, как и Falcon 9, отличает итеративный подход, в рамках которого используемые при конструировании ракеты инженерные решения непосредственно проверяются проведением физического испытания прототипа проектируемого изделия. Такой способ разработки предполагает наличие множества экспериментальных неудач, позволяющих за относительно небольшой промежуток времени получить максимум ценной информации, которая в разумные сроки не добывается посредством моделирования на суперкомпьютере.
Именно использование итеративного подхода выгодно отличает SpaceX от ее ближайших и менее успешных американских конкурентов — компаний Blue Origin, United Launch Alliance (ULA) и Northrop Grumman и сближает ее с немецкими, советскими и американскими ракетостроителями 1940-1960-х годов, у которых разработка принципиально новых изделий всегда сопровождалась последовательностью неудачных испытаний.
Установка на пусковой стол прототипа ракетного ускорителя Super Heavy
Фото: @elonmusk
Новое семейство
В перспективе Starship обещает получить несколько модификаций. Одна из них, Starship Human Landing System (HLS), представляет собой лунный посадочный модуль, финансирование которого поддержало НАСА. Стоимость соответствующего контракта, включающего разработку и производство Starship HLS, а также по одному полету на Луну без экипажа и с ним, составляет 2,9 миллиарда долларов. Согласно Маску, первые лунные посадочные модули будут одноразовыми и останутся на поверхности естественного спутника Земли в качестве посещаемых астронавтами баз.
Другая модификация Starship, над проектом которой работают в SpaceX, создается в интересах Военно-воздушных сил (ВВС) США. В рамках программы Rocket Cargo американские военные планируют использовать многоразовую транспортную систему для скоростной доставки грузов по всей Земле. За один пуск планируется доставлять 80 тонн военной техники и оборудования, что сопоставимо с возможностями стратегического военно-транспортного самолета C-17 Globemaster III. По проекту Rocket Cargo партнером SpaceX выступает компания Exploration Architecture Corporation (XArc), специализирующая на строительстве объектов ракетно-космической инфраструктуры. Специально для Rocket Cargo планируется построить два морских космодрома, которые в честь естественных спутников Марса уже получили названия Phobos и Deimos.
Идея использования Starship для межконтинентальных перелетов на Земле рассматривается в SpaceX и в контексте доставки людей — по словам президента и операционного директора компании Гвинн Шотвелл, стоимость билета на такой рейс будет дороже эконом-, но дешевле бизнес-класса для трансатлантических авиаперелетов (несколько тысяч долларов). За один пуск многоразовая транспортная система в пределах планеты сможет перенести около ста пассажиров.
Испытания прототипа космического корабля Starship
Фото: Official SpaceX Photos
Новая статистика
Первый орбитальный полет связка из ускорителя и космического корабля Starship может совершить уже в текущем году, для чего SpaceX потребуется разрешение Федерального управления гражданской авиации США. Неудачное испытание станет очередным полезным уроком для американской компании и еще одним поводом для насмешек и обвинений недоброжелателей. Если же полет пройдет успешно, то в дальнейшем SpaceX при помощи Starship попробует запустить спутники глобальной системы Starlink.
Пока в космос отправлено менее двух тысяч таких аппаратов, тогда как всего планируется запустить минимум 12 тысяч. Можно не сомневаться, что использование возможностей Starship позволит SpaceX не только завершить развертывание Starlink в сжатые сроки, но и наработать статистику успешных стартов многоразовой транспортной системы.