Головокружение от успехов четвертого испытательного полета Starship/Super Heavy охватило не только его создателя Илона Маска, но и надзорные органы. Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) впервые не стало расследовать обстоятельства запуска самой мощной ракетно-космической системы. Настолько чиновники были впечатлены в целом успешно проведенным стартом и приводнением обеих частей системы. Сам создатель «Звездолета» не устает восхищаться мощью и перспективами своего детища. Но насколько технологически оправданы эти восторги? Сможет ли Starship уже через три года отправиться на Марс, а башня обслуживания «Мехазилла» ловить Super Heavy прямо в воздухе?
«Starship - самый мощный летающий объект из когда-либо созданных. В настоящее время общая тяга его двигателей на взлете в два раза превышает тягу двигателей ракеты Saturn V, а при будущих модернизациях, превысит ее в три раза и составит ~10 000 тс", - самый свежий случай, когда Илон Маск не смог сдержать свое восхищение техническими возможностями«Звездолета.
Вроде все так. Четвертый испытательный полет (IFT-4) стал первым успехом для Starship, поскольку все цели были достигнуты: ускоритель и корабль приводнились, пережив спуск в атмосфере и выполнив манёвр вертикального ракетного торможения. Впервые в истории две ступени орбитальной ракеты вернулись на Землю сравнительно целыми. Все благодаря тому, что после осложнений третьего полёта специалисты SpaceX внесли в систему несколько изменений.
Модернизация стартовой площадки
Наблюдатели отмечают последовательную модернизацию стартовой площадки Starbase после каждого полета. В частности, самые большие горизонтальные резервуары в хранилище компонентов теперь работают вместе со старыми вертикальными баками, которые постепенно выводятся из эксплуатации. Изменение технологии резко сократило продолжительность заправки. Предполагается, что следующей целью станет уменьшение времени межполётного обслуживания.
Выведена из эксплуатации последняя из двух старых площадок, с которых демонстраторы отправлялись в суборбитальные полёты. Криогенные и огневые тесты сейчас проводятся на другом полигоне, в Мэсси. Это помогает освободить место для второй орбитальной площадки.
Ещё одно обновление — механизм быстрой отстыковки магистралей корабля от наземных систем — позволяет повысить надёжность и сократить время обслуживания.
Super Heavy стал прочнее
SpaceX не комментирует меры, направленные на улучшение характеристик Starship/Super Heavy, и большинство модернизаций наблюдатели оценивают «на глазок». Вероятно, со времени третьего полёта в конструкцию вносились сотни или даже тысячи изменений, большинство из которых не видны снаружи или касаются программного обеспечения.
Перед четвертой миссией первую ступень (Booster 11) сделали прочнее: в три раза увеличили число внутренних продольных силовых элементов бака метана, добавили усиления в кормовой части бака жидкого кислорода, установили дополнительные опоры под решетчатыми рулями. Требовалось увеличить жёсткость ускорителя, когда баки не находятся под давлением, и снизить деформацию корпуса при входе в атмосферу.
В третьем полете 6 из 13 двигателей, использованных во время манёвров торможения и мягкой посадки ускорителя, преждевременно отключились из-за засорения фильтра подачи кислорода. Для решения проблемы SpaceX улучшила возможности фильтрации и изменила процедуру запуска двигателей при посадке.
Делая обе ступени из нержавеющей стали, Маск надеялся, что ускоритель выдержит проход через атмосферу без специальной теплозащиты, примерно как первая ступень ракеты Electron компании Rocket Lab. Третий полет показал, что это возможно, но тогда посадка не удалась из-за потери управляемости в нижних слоях атмосферы. Сейчас систему управления усовершенствовали, а аэродинамические решётки сделали постоянно открытыми.
Кольцо горячего разделения, оборудованное тяжёлой теплозащитой, теперь сбрасывается вскоре после отделения корабля, чтобы уменьшить массу ускорителя перед повторными включениями двигателей.
Красный скотч вместо синего и другие секреты теплозащиты
Безусловно, самое большое отличие между третьим и четвертым полётами — повышенное внимание к теплозащите, поскольку основной целью миссии стало возвращение и посадка обеих ступеней.
Вероятно, до третьего полёта Маск не считал необходимым тратить время и силы на то, чтобы убедиться в работоспособности теплового экрана, поскольку не было уверенности, что корабль дойдёт до входа в атмосферу. Теперь, когда SpaceX осознал необходимость выживания системы на всех этапах, этим занялись всерьёз.
После третьего полёта стали видны слабые места экрана. Большинство шестиугольных керамических плиток крепятся к «брюху» «Звездолёта» механически, но есть участки, где их приходится приклеивать, как это делалось на орбитальной ступени системы Space Shuttle. И, как и в случае с шаттлом, эти места — головная боль технических специалистов. Локальные «горячие точки» возникают — что вполне резонно — в поперечных швах между мозаикой плиток и на стыке управляющих аэродинамических поверхностей и фюзеляжа.
На участвовавшем в четвертом испытании корабле Ship 29 устранили большинство поперечных швов, а носовую часть специально подготовили (прошлись шабером) для адгезии клея к нержавейке. Наблюдатели заметили на Ship 29 новый красный клеящий материал, отличный от синего, знакомого по предыдущим миссиям.
Как помним, Ship 28 в третьем испытании не смог сохранить ориентацию на пассивном участке полёта в космосе, и теплозащита, наклеенная только на нижнюю часть поверхности, не спасла его от разрушения при аэродинамическом нагреве при возвращении в атмосферу. Поэтому Маск сосредоточил внимание на сохранении ориентации, чтобы корабль заходил в атмосферу с необходимым углом атаки, а реактивные и аэродинамические инструменты управления сохраняли работоспособность.
SpaceX определила, что причиной неправильного входа в атмосферу во время IFT- 3 стало засорение клапанов некоторых микродвигателей реактивной системы, отвечающих за управление креном. Проблему решили, сделав систему более устойчивой к подобным засорам, а также добавив ещё один набор креновых двигателей для резервирования.
"Мехазилла" ловит ракету... или взрывается вместе с ней
SpaceX планировал сажать обе ступени не просто так, а «чтобы впоследствии перейти к повторному применению матчасти с укороченными межполетными работами».
При приводнении ускорителя предполагалось выполнить виртуальный «захват башней обслуживания»: нацелиться в заранее намеченное место в Мексиканском заливе, а затем попытаться рулить ускорителем так, чтобы подтвердить амбициозную цель поимки ракеты «Мехазиллой» — механическими руками-фермами. Такая цель ставилась уже в третьем полете, но тогда ускоритель при входе в атмосферу оказался неуправляем. Предполагалось, что в случае сохранения управляемости, реальная попытка поймать Super Heavy может быть предпринята уже в пятом полете.
Вскоре после четвёртого полёта Маск сделал ряд заявлений, взбудораживших публику. Прежде всего, о том, что следующее испытание IFT-6 состоится уже через месяц и будет включать захват Super Heavy стартовой башней. Эксперты раздумывают, возможно ли такое?
С одной стороны, как и при возвращении на сушу первых ступеней ракеты Falcon 9, траектория спуска выбирается так, что если «что-то пойдёт не так», ускоритель закончит свой путь в воде. Кроме того, для торможения при посадке Super Heavy использует совсем мало топлива, поэтому возможный взрыв не закончится апокалипсисом.
Жидкий кислород для посадочного манёвра бустера содержится в относительно небольшом резервуаре диаметром 3 метра в основании главного бака окислителя, а жидкий метан — внутри центрального трубопровода для перекачки горючего из главного бака (вверху) в моторный отсек.
С другой стороны, если в последний момент откажет хотя бы один «Раптор» или выйдет из строя система управления, ускоритель врежется в башню, упадет на старт или повредит другие наземные объекты. Хотя ущерб не должен быть огромным (все-таки это не взрыв полностью заправленной системы), он приведёт к задержке последующих пусков, не говоря уже о возможных последствиях для окружающей среды.
В любом случае, возможно SpaceX планирует полностью или частично перестроить «наземку» орбитального стартового комплекса «из-за конструктивных дефектов и с целью оптимизации для следующей версии Starship». Скептики говорят, что нынешняя система из-за усилений конструкции перед четвертым полётом может вывести на низкую околоземную орбиту лишь 50 тонн полезной нагрузки вместо 100 тонн по плану. На последнее способны следующие усовершенствованные варианты при максимальной тяге всех двигателей ускорителя.
В любом случае, столкновение Super Heavy с башней не будет столь драматичным... с точки зрения Маска, конечно — он оценивает вероятность успеха "ловли ракеты" в следующей миссии в 50%.
Как садился Starship: "На честном слове и на одном крыле"
Кроме того, в следующий раз Starship должен выполнить реальный орбитальный полет, для чего придётся продемонстрировать повторный запуск двигателей в космосе и доказать, что спуск с орбиты контролируем и не оставит после себя огромный кусок космического мусора массой свыше 100 тонн, который в конечном итоге бесконтрольно вернётся на Землю.
Пока же можно было наблюдать зрелище IFT-4, которое оказалось весьма фееричным. Начнём с того, что система ушла со старта на 32 из 33 работающих двигателей: отказал один «Раптор» из внешнего кольца (тех, что закреплены на ускорителе неподвижно и включаются единожды), а затем, при торможении вышел из строя один из тринадцати качающихся «Рапторов» второго кольца (они включаются три раза: при старте, при торможении перед входом в атмосферу и для динамо-реактивной посадки), и перед приводнением ускоритель охватил пожар.
Через несколько дней SpaceX опубликовал захватывающую съёмку приводнения огромного Booster 11, снятое с буя. Тот факт, что буй оказался в нужном месте в нужный час подтверждает заявления о том, что спуск в этот раз «был очень точным. Настолько, что Маск подтвердил: в следующем полете будет предпринята реальная попытка захвата Super Heavy «Мехазиллой».
Ship 29 управлялся на всех этапах полёта. А вот результаты испытания теплозащиты оказались неоднозначны. С одной стороны, несмотря на отсутствие нескольких плиток, специально удалённых с днища для сбора данных о поведении корабля, Ship 29 пережил вход в атмосферу и посрамил критиков, высказывавшихся о том, что «такая примитивная теплозащита никуда не годится».
С другой стороны, "Звездолет" приводнился в паре километров от ожидаемой точки из-за прогорания передней аэродинамической управляющей поверхности (крыла). Поток плазмы на высоте 55 километров вызвал частичное разрушение, тем не менее, крыло выполняло свою функцию и смогло открыться при манёвре переворота перед приводнением. Это был его последний подвиг, после чего крыло отломилось.
На корабле функционировали лишь две внешние видеокамеры — одна смотрела на правое переднее крыло, вторая обеспечивала обзор левой части фюзеляжа и левого заднего крыла. Имелись также рокеткамы в моторном отсеке и для бокового обзора снаружи, но их изображения при входе в атмосферу опубликованы не были. Камера, смотрящая на заднее левое крыло, по-видимому, не передавала финальную фазу входа в атмосферу. В любом случае Маск заявил, что левое переднее крыло получило менее серьёзные повреждения, чем правое, хотя и для него спуск не прошёл даром.
Ship 29 приводнился в Индийском океане. Подъем ускорителя и корабля после приводнения не предусматривались. Поскольку все цели миссии IFT-4 были достигнуты, вполне возможно, после посадки активировалась система прекращения полёта. Обломки быстро затонули…
Если завтра - на Марс
Тем временем на Starbase недалеко от первой башни обслуживания для орбитальных пусков строится вторая. Её секции уже доставили в Техас на барже с объекта SpaceX во Флориде. Она будет иметь более короткие захваты, чтобы «Мехазилла» двигалась быстрее.
Из «Отчета о воздействии на окружающую среду» наблюдатели узнали, что SpaceX планирует построить ещё одну башню для сборки ступеней на стартовом комплексе 39А Космического центра имени Кеннеди во Флориде. Первый пуск отсюда запланирован на конец 2025 года.
В том же отчёте дана дополнительная информация о характеристиках варианта Starship 2: ускоритель будет иметь 35 двигателей вместо 33, а корабль — 9 вместо 6. Окончательная версия — Starship 3 высотой 150 метров — сможет выводить на орбиту до 200 тонн.
Самое удивительное заявление Маска прозвучало вскоре после приводнения Ship 29: владелец SpaceX сказал, что Starship в течение трех лет сможет выполнить… полет на Марс! Остается надеется, что это будет беспилотная миссия. Маск не стал вникать в кошмар сертификации «Звездолета» в соответствии с действующими протоколами биологической защиты объектов, улетающих на другие планеты.
Звучит, конечно, захватывающе, но до этого надо будет продемонстрировать доставку и перелив топлива между "Звездолетами" на орбите Земли. Напомним, что в рамках проекта Artemis по пилотируемому полету на Луну необходимо будет вывести на орбиту посадочный корабль HLS, орбитальный заправочный центр-депо и несколько (не менее десятка) грузовых «Звездолетов». Последние доставят топливо в депо, которое, в свою очередь, заправит топливом HLS. В 2025 году SpaceX должен впервые продемонстрировать эту возможность, выполнив два запуска Starship подряд. Сначала на орбиту выйдет корабль с активной стыковочной системой, а затем другой, с пассивной. Они состыкуются и перекачают топливо. Для НАСА это абсолютный приоритет, не нужно даже повторное использование — ведь запустить HLS на Луну можно и на одноразовых ракетах.
И повторим, речь идет о Луне. Расстояние до Марса в сотни раз больше. Хотя с Маска станется. Он способен в ближайшие годы после отработки системы дозаправки на околоземной орбите отправить "Звездолет" к Марсу в один конец. Будем надеется, что для начала все-таки без людей на борту.
Если же не увлекаться, то можно сказать, что система Starship/SuperHeavy технически способна (как сверхтяжёлый носитель) запустить на Марс (например, с помощью дополнительной разгонной ступени) 25-тонный автоматический зонд, но пока не готова полететь туда в том виде, в котором ее всем представляет Маск.