SpaceX. Идея создания «сверхтяжа».
Встречайте! SpaceX Falcon Heavy - сверхтяжелая ракета-носитель, разработанная фирмой SpaceX. На данный момент этот громила является самым мощным носителем из всех ныне летающих.
Как мы уже знаем основной идеей «Марсианского общества» была колонизация, как можно догадаться, Марса. Илон Маск еще в начале 2000-х, будучи связан с этим обществом, основал компанию SpaceX и декларировал полеты на красную планету в качестве основной долгосрочной миссии своей новой компании. Но в начале миссии с делами не совсем стыковалось. Разрабатывающаяся в то время Falcon-1, будучи ракетой-носителем легкого класса, не сказать, чтобы очень подходила для полетов к другим планетам. И уже тогда возникали планы создания сверхтяжелого носителя на основе будущей старшей модели Falcon-5. Но, как показала история тогдашние планы остались планами. Пятерка так создана и не была, уступив роль основного детища компании ракете Falcon-9.
В начале 2010-х, идеи сделать что-то большое и клевое начали перерастать в реальные проекты. После выполнения первых испытательных запусков ракеты Falcon-9, когда она доказала, что:
- во-первых, она ракета, а не бомба
- во-вторых, что она имеет весьма приличные характеристики.
Уже тогда SpaceX заявляла, что их будущая сверхтяжелая ракета станет самой мощной в мире и уступит лишь легендам времен космической гонки. При этом, как всегда, были названы убойные сроки – первый старт, Ванденберг, 2013 год. Но красоты не случилось, Илон Маск обычно доказывает свои слова делом, но со сроками у него не очень.
Преодолевая трудности…
Идея соединения трех первых ступеней для создания более тяжелой версии оказалась не столь проста, как виделось. Конструктора столкнулись с большим количеством непростых задач, требующих сложных решений. С финансированием тоже было сложнее. Falcon-9, будучи ракетами среднего и тяжелого класса, отлично подходили, точнее создавались под грузовые и пилотируемые полеты на орбиту. Создание ракеты частично финансировалось программой NASA «COTS» и, в дальнейшем «CRS».
Сверхтяжелый носитель, конечно полезный девайс, но NASA он не был особо интересен.
Для полетов к МКС он слишком мощный и тяжелый, а для программ, требующих сверхтяжелый носитель, они и сами делают ракету SLS. Так что SpaceX осталась с 500 миллионной программой Falcon Heavy наедине.
Еще одной большой преградой для Falcon Heavy можно назвать, как ни странно, Falcon 9. После начала эксплуатации ракета постоянно модернизировалась, развивая свои характеристики. Но все это веселье не бесплатное, к тому же ракета требовала к себе очень много внимания и на сверх тяжелую версию банально не хватало времени. Но идею тем не менее не забрасывали. Работа медленно, но продвигалась. Испытание ряда специально созданных систем начались в 2013 году. Одним из главных вызовов для Spacex был тот факт что, если Falcon 9 был так назван из-за 9-ти двигателей в ее силовой установке, то будущую сверхтяжелую ракету можно было спокойно назвать “Falcon 27”. Хэви представляла собой объединение трех первых ступеней “девятки”. А это значило, что нужно было обеспечить синхронную и бесперебойную работу сразу 27 двигателей. Больше двигателей было только на Советском гиганте Н1 - 30 штук. И в тот раз такое количество двигателей успешному отрыву от земли совсем не помогло (все 4 пуска были неудачными).
Чтобы флагман Spacex не повторил судьбу “Царь-ракеты”, над силовой установкой долгое время работала куча людей, в основном на полигоне MacGregor. После того как Falcon 9 доказала свою эффективность Spacex получила один большой и ценный трофей - контракт на аренду стартовой площадки LC-39A космического центра Kennedy. Именно оттуда когда-то пускали ракеты Saturn-5, а позже комплексы Space Shuttle. После ухода челноков на пенсию площадка по большей части оставалась без дела. Экономисты NASA решили что вместо того, чтобы тратить деньги на ее содержание будет лучше зарабатывать деньги на ее аренде. А тут Маск со своим Falcon Heavy.
Начало запусков.
Первые пуски планировалось начать в 2015-ом, но судьба распорядилась иначе. В том самом 2015-ом году произошла громкая авария Falcon 9, когда она взорвалась в полете. Это привело к срыву миссии CRS 7 на международную космическую станцию и компании пришлось бросить все силы на расследование и решение проблем с ракетой.
В следующем 2016 году произошла еще одна авария. На этот раз мало того, что Falcon Heavy снова потеряла приоритет перед очередным расследованием, так “девятка” еще и взорвалась на земле, разрушив стартовую площадку космодрома на мысе Канаверал. На время ее ремонта часть стартов Falcon 9 перенесли в центр Кеннеди, на площадку предназначенную для “сверхтяжей”.
Сама же будущая Falcon Heavy продолжала подбрасывать инженерам задачки. Как оказалось центральный блок нужно было прилично усилить. Мало этого, так все Falcon’ы теперь многоразовые, а значит и блоки должны уметь возвращаться... Три блока одновременно... Даже для таких отчаянных парней было крутовато.
Сроки первого пуска аккуратно перешагнули за 2017 год, а риски были столь высоки, что даже обычно очень оптимистичный Маск допускал вероятность аварии. Шоу в любом случае планировалось весьма красочным! Но было желательно, что хотя бы новый дорогущий стартовый стол это шоу пережил.
Я буду считать успехом, если она просто поднимется вверх и не разнесет пусковую площадку вдребезги! Все-таки это эквивалент четырех миллионов фунтов динамита. В любом случае шоу будет красочным.
В декабре 2017 года подготовка ракеты к пуску вышла на финальные этап, вместо стандартной массо-габаритной нагрузки под обтекатель “припарковали” автомобиль Tesla Roadster.
Наконец, 6 февраля 2018 года был выполнен первый испытательный пуск Falcon Heavy. Это было очень красочное шоу учитывая, что новостные ленты сейчас состоят в основном из дурацких политических шоу и криминальных хроник. Запуск новой ракеты эти ленты ненадолго, но разбавил.
Звездой шоу был Starman. За рулем был манекен одетый в прототип полетного скафандра Spacex который скоро будет применяться в пилотируемых миссиях. Вообще, этот костюм на работу в открытом космосе не очень рассчитан, но в этом есть главный плюс пластиковых астронавтов они - не жалуются на трудовые условия.
Три, два, один…
Ярко красный автомобиль Tesla Roadster Илона Маска закреплен на специальной платформе с смонтированными камерами. В полете играл трек Дэвида Боуи Space Oddity. А в качестве багажа в машину также загрузили особый дисковый накопитель с записанным на него циклом романов “Основние” Айзека Азимова.
Обычному обывателю со стороны может показаться что этот пуск был не более чем обычным шоу: прорекламировали Spacex, прорекламировали Илона Маска, прорекламировали Тесла... Хотя могли бы и новый родстер послать, а не старый... В общем, как бы и все на первый взгляд. Но не стоит переоценивать приоритеты маркетинга. Начать можно с той же теслы. Первый пуск будучи тестовым - не предполагает выведение какой-либо действующий полезной нагрузки. Чаще всего в таких операциях используется макет, который должен лишь имитировать массу и габариты некоего аппарата. В данном же случае в местной металлической болванки запустили машину с пластиковым мужиком в дорогом костюме. По большому счету разницы нет, зато с родстером намного веселее.
Важно делать глупые и забавные вещи, потому что реальность скучна, а машина в космосе впечатлит кучу людей по всему миру.
Но если выключить рекламу и посмотреть по факту, картина будет несколько серьезней. В этом тестовом пуске во-первых, была испытана наземная инфраструктура — стартовый комплекс, который только на первый взгляд кажется нагромождением металлических конструкций. Кто сказал что там все сработает четко, стол не развалится при старте, на минуточку, штуковины массой почти 1500 тонн? Во-вторых, нужно было подтвердить способность всех систем ракеты эффективно и безопасно работать. Одновременное зажигание 27-ми двигателей, отделение боковых ускорителей в полете, возвращение на землю сразу трех блоков, один из которых должен был вернуться из очень высокоэнергетического полета на большой высоте и скорости. Тут было больше всего рисков, никто не мог гарантировать что один из этих этапов не закончится фейерверками. И в-третьих, манекен в костюме, полет на марс и Дэвид Боуи - это конечно клёво, но это по-прежнему был испытательный запуск полезной нагрузки в далёкий космос.
Сама ракета в первом пуске была собрана в полностью возвратном варианте, со всеми тремя ракетными блоками оснащенными посадочным оборудованием, титановыми решетчатыми рулями, посадочными опорами и прочими прибамбасами унаследованными от Falcon 9. При этом боковые ускорители ракеты являются первыми ступенями “девятки” ранее уже выполнявшими пуски. Полностью новым был центральный блок требовавший модификации усиления конструкции.
В полете боковые ступени успешно отделились от центрального блока и как две стройные балерины почти синхронно вернулись домой во Флориду. А вот центральному блоку фортуна не улыбнулась, на завершающем этапе когда ступень должна была сесть на плавучую платформу c говорящим названием Of course i still love you. У ступени не запустились два из трёх двигателей, торможение не удалось и сорокаметровый блок рухнул в воду на скорости около 500 километров в час неподалеку от платформы, да так, что сама платформа получила кучу повреждений. Вот тебе и проверка на прочность любви:)
Что в итоге?
Falcon Heavy является ракетой-носителем сверхтяжелого класса, с некоторыми оговорками, но об этом чуть позже. Конструкция ракеты основана на идеологии построения универсальных ракетных модулей или блоков, кому как нравится. Суть в том что, ступени ракет более легкого класса могут быть сгруппированы в более мощные носители. Фактически можно выпускать разные ракеты, делая при этом одни блоки, что позволяет прилично сэкономить. Подобная схема довольно популярно применяется например на ракетах Delta IV и Ангара. В качестве универсальных ракетных модулей в данном случае выступают первые ступени базовых ракет-носителей Falcon 9. Модифицированный и усиленный центральный блок + две обычные ступени в качестве боковых ускорителей. Силовая установка обычная для версии Full Thrust оснащена девятью двигателями Marilyn 1D, а всего их в ракете целых 27. И они создают тягу почти 23000 Килоньютонов - это более чем вдвое больше, чем у Протонов и Дельт, но конечно намного меньше чем у Энергии и Сатурна. У них эти цифры уходят за жутковатые 35000 Килоньютон.
Falcon Heavy способна вывести на низкую околоземную орбиту нагрузку массой под 64 тонны, что делает ее ракетным носителем сверхтяжелого класса. Ракета способна вывести на гео-переходную орбиту нагрузку массой почти 27 тонн, на отлетную траекторию до Марса может полететь до 16,8 тонн, а до очень не близкого к нам Плутона — 3.5 тонны.
Но конечно не обошлось без нюансов, пора почитать текст “мелким шрифтом”. Все эти характеристики относящие ракету к классу сверхтяжелых носителей касаются полностью одноразовой версии, не оснащенная дополнительными средствами и топливом для возвращения на землю. Конструкция многоразовой версии более тяжелая, что снижает массу полезной нагрузки. В случае если все три первых ступени будут иметь инструментарий для возврата, масса полезной нагрузки выводимой на гео-переходную орбиту будет снижена с 26,7 тонн до 8, а на низкую околоземную орбиту примерно до 30 тонн. Это означает что многоразовая версия Falcon Heavy возвращается в класс тяжелых ракет-носителей, обратно к Протоном и Дельтам. Правда стоит учесть, что многоразовые Falcon все равно остаются самыми мощными в мире и при этом довольно дешевы. Пуск одноразового «сверхтяжа» заставит похудеть ваш кошелек примерно на $150млн. - приличные деньги, но за топовые характеристики весьма неплохо, тем более, что такие массы запустить сейчас больше не на чем. Если же в вашем кошельке по непонятной причине нет лишних $150млн., то есть прейскурант на многоразовую версию. Характеристики конечно похудеют, но вот стоимость пуска упадет до $90млн.
Тем не менее Falcon Heavy остается довольно экзотической ракетой. И как видно из портфолио контрактов — будет использоваться намного реже «младшего брата». SpaceX же теперь, используя все наработки собранных ракет, работают уже над новым, еще более диким поколением носителей. Но это уже совсем другая история…