Выживет ли он на этот раз?
1971 год. По всей стране из радиоприёмников гремит «Stairway to Heaven». Тем временем у NASA тоже есть «лестница на небеса» — ракета Saturn V совершает свой десятый полёт, успешно доставляя восьмой экипаж в космос и четвёртый — на Луну. Созданная с помощью логарифмических линеек и компьютеров, которые сегодня уступили бы даже дешёвым калькуляторам за $15, и построенная из архаичных материалов и методами прошлого века, Saturn V была инженерным чудом.
«История в деталях» — телеграм канал для тех, кто любит видеть прошлое без прикрас, через неожиданные факты и забытые мелочи. Погружайтесь в историю так, как будто вы там были. Подписывайтесь!
Спустя 54 года десятый полёт SpaceX Starship вот-вот состоится. Эта ракета спроектирована суперкомпьютерами, построена из передовых материалов, но до сих пор не достигла орбиты, не доставила и малой доли заявленной полезной нагрузки и чаще взрывалась, чем нет… Да, дела у Starship идут неважно, правда? Но сможет ли десятый полёт всё изменить?
После катастрофических неудач и с Super Heavy Booster (SHB), и со Starship в ходе девятого полёта, а также после взрыва Starship, предназначенного для десятого запуска, во время заправки (он даже не добрался до стартового стола), SpaceX внесла изменения после расследований, которые наконец установили причины происшествий.
Недавно SpaceX и FAA завершили расследование девятого полёта, и диагноз оказался болезненно простым: оба аппарата оказались структурно ненадёжными.
Газовый диффузор — устройство, контролирующее перекачку топлива под высоким давлением, расположенное в носовой части Starship, — разрушился в обычных условиях, вызвав утечку жидкого метана. Это изменило траекторию входа в атмосферу и привело к разрушению корабля при возвращении. Это достаточно простое устройство, поэтому странно, что именно оно стало слабым звеном. Бустер при посадке применил более «смелый» манёвр, вероятно, чтобы сэкономить топливо. Но его топливные баки, являющиеся частью конструкции, не выдержали дополнительной нагрузки и разрушились, вызвав огромный взрыв.
У Starship тоже есть проблемы с топливными баками. Несколько недель назад Starship, предназначенный для десятого полёта, взорвался во время заправки на испытательном стенде. Причиной стала поломка COPV (композитного баллона высокого давления), что также привело к взрыву. И снова — конструкция оказалась ненадёжной.
Но не стоит бояться — у SpaceX есть решение! Ну, вроде бы…
Газовый диффузор заменили на новый, испытанный в условиях, при которых прежний разрушился. Странно, что этого не сделали раньше. Кроме того, SpaceX теперь проводит дополнительные проверки, чтобы убедиться, что все COPV исправны, и снизила рабочее давление в них, что уменьшило топливную ёмкость как у Starship, так и у SHB. Будущие посадки SHB будут выполняться под меньшим углом атаки (т.е. более вертикально — с использованием двигателей для торможения, а не аэродинамического сопротивления), а также будут применяться усовершенствованные решётчатые рули.
Но хватит ли этого?
Все эти аварии и изменения лишь подтверждают мою теорию, почему Starship не движется вперёд.
Дело в том, что сама концепция Starship фундаментально порочна: ему нужно нести столько топлива, что полезная нагрузка оказывается фактически нулевой. Ни один Starship так и не вывел на орбиту даже имитацию полезной нагрузки, а все полёты заканчивались провалом при грузах менее 10% от заявленных характеристик.
SpaceX строит облегчённые версии Starship, чтобы хоть как-то повысить грузоподъёмность, но из-за этого они становятся гораздо слабее конструкционно. Это и вызывает поломки — например, те самые COPV. Замечу, что NASA использует их десятилетиями, и ни разу не было отказа! Более того, это вызывает каскадные разрушения топливной системы. На последних запусках каждый раз появлялись утечки топлива из-за перегрузок — сначала у двигателей. После устранения проблемы слабым местом становилась следующая часть системы, и в итоге на девятом полёте проблема дошла до топливных баков. Такой каскад указывает, что вся система слишком хрупкая, а SpaceX вместо комплексного решения чинит лишь точечные слабые места.
Сможет ли это устранить коренные проблемы? Я сомневаюсь.
SHB, вынужденный садиться более вертикально, лишается возможности использовать аэродинамическое торможение и полагается исключительно на двигатели. Это значит, что нужно больше топлива, причём учитывать «ракетное уравнение» дважды: при старте он должен нести топливо ещё и для посадки. Это сильно утяжеляет систему и уменьшает грузоподъёмность. А снижение давления в COPV уменьшает количество топлива, доступное и SHB, и Starship, что ещё больше ограничивает полезную нагрузку. Это также значит, что будущие версии Starship придётся делать больше, чтобы уместить дополнительное топливо, что ещё больше увеличит массу и снизит грузоподъёмность.
Эти «решения» проблем с взрывами на самом деле лишь усугубляют главный недостаток Starship — его бесполезно малую полезную нагрузку.
И даже они не решают все причины взрывов. На восьмом полёте Starship взорвался не из-за COPV или утечки, а из-за «flash event» в двигателе — когда топливо воспламеняется до камеры сгорания. Это случается, когда двигатель перегружен. Но тогда Starship нёс всего 8 тонн груза — лишь 5% от обещанного Маском! Двигатели не должны были работать на пределе. И до сих пор SpaceX ничего не сказала о том, как решит эту проблему. Хуже того, в новых версиях двигателя уберут теплозащитные экраны, что усугубит ситуацию! И просто замена газового диффузора не означает, что проблема каскадных разрушений решена: более прочный элемент лишь переложит нагрузку на соседние слабые узлы.
Десятый полёт назначен на 24 августа. Его миссия будет схожа с девятым. SHB сядет более вертикально, протестирует резервный двигатель и попытается выполнить мягкое приводнение. Starship попытается доставить макет полезной нагрузки, эквивалентный восьми спутникам Starlink V3 (15,2 тонны), на суборбитальном полёте и также выполнить контролируемое мягкое приводнение.
Честно говоря, я не верю, что это получится. Буду рад ошибиться. Но улучшения, которые внедрила SpaceX, не решают основную проблему. SHB, возможно, выполнит задачу (хотя я подозреваю, что резервный двигатель подведёт), но я почти уверен, что Starship потерпит неудачу — либо взорвётся в космосе, либо разрушится при входе в атмосферу.
И даже если я ошибаюсь, и десятый полёт окажется «дико успешным», а SHB и Starship сядут идеально, Starship всё равно будет крайне далёк от реальной эксплуатации. Его полезная нагрузка составит всего 10% от заявленной и окажется даже меньше, чем у обычной Falcon 9. Чтобы доставлять в 10 раз больше и оправдать сам проект Starship, потребуется колоссальная переработка. Нужен гораздо больший запас топлива и куда более прочная конструкция — то есть почти полный редизайн. SpaceX уже работает над третьим поколением Starship, которое будет значительно больше. Но это не гарантия успеха: ведь более крупная ракета столкнётся с ещё большими нагрузками. Это фактически возвращение к началу пути.
Поэтому нет — даже если десятый полёт окажется удачным (а все признаки говорят об обратном), он не сдвинет проект Starship вперёд.