Корабль SpaceX Starship смог запустить двигатель в космосе и приблизился к Луне

SpaceX в четвертый раз отправила корабль Starship в суборбитальный космический полет. На этот раз штатно посадить многоразовую первую ступень не удалось, зато сам Starship смог перезапустить двигатель в космосе. Это был "зачет", без которого американские регуляторы не могли разрешить орбитальные испытания. Однако прежде, чем Starship высадит людей на Луну в 2028 году, компании SpaceX предстоит пройти еще множество подобных "зачетов". О том, какие шаги отделяют Илона Маска от Луны - в материале "Газеты.Ru".

Повторное зажигание

13 октября 2024 года в истории ракетной техники произошло знаковое событие. Первую ступень Starship, многоразовый ускоритель Superheavy, удалось при посадке поймать в воздухе гигантскими "палочками для еды" - механизированным держателем стартовой башни, который сомкнулся вокруг ракеты и зацепился за специальные выступы. Такую схему посадки инженеры SpaceX выбрали, чтобы сэкономить массу на посадочных опорах. Высота Superheavy превышает 20-этажный дом, и потому наблюдатели не могли поверить своим глазам, что громадный механизм может в реальной жизни маневрировать как в фантастическом кино или в компьютерной игре.

В ходе полета номер шесть 19 ноября Superheavy возвращать на башню не стали из-за перестраховки: инженерам не понравились какие-то данные телеметрии в ходе спуска, и потому ускоритель сел на воду у техасского побережья, где находится стартовая площадка. Зато в этом же полете удалось достичь другой вехи, совершенно не зрелищной. На 38-й минуте полета на высоте 136 км, уже после завершения разгона и прохождения апогея баллистической траектории кораблем Starship (одновременно играющим роль второй ступени), один из двигателей повторно включился на несколько секунд.

Сомнения были не в самой возможности перезапуска. Хотя для большинства ракетных двигателей даже единичный перезапуск требует установки отдельной системы, кислородно-метановая смесь внутри Raptor зажигается от электроискровой системы, которая может срабатывать десятки раз подряд (это было доказано на испытаниях в октябре). Сомнения касались работы топливной системы в условиях невесомости.

На земле жидкое топливо в баке стекает вниз и попадает в трубопроводы, равно как и в случае, если работающий двигатель создает перегрузку. ~В невесомости же жидкость в баке перемешивается с парами и может висеть по всему его объему.~ Для предотвращения этого баку требуется диафрагма, разделяющая жидкость и газ, либо другая функционально аналогичная система. В целом эта проблема в космонавтике считается решенной, но было неясно, смогла ли SpaceX реализовать подобную систему с учетом использования уникального топлива (метана), редкого материала для ракеты (стали) и авральных темпов производства.

Повторный запуск необходим для контролируемого схода с орбиты, и если двигатели по любым причинам не запустятся, то 100-тонный корабль спустя дни, месяцы или годы (в зависимости от орбиты) ~упадет в случайном месте~ Земли. Теперь, когда этот вопрос решен, SpaceX может перейти к новой фазе испытаний.

Земная твердь до тверди небесной

Следующие две вехи увязаны между собой: орбитальный полет и посадка корабля Starship на сушу вместо вод Индийского океана. Одно едва ли возможно без второго, поскольку Маск планирует сажать корабль так же, как и ускоритель, на башню. Две единственные в мире стартовые башни для него находятся на техасском космодроме SpaceX, и чтобы вернуться туда после старта, необходимо сделать полный виток по орбите.

С этим могут быть связаны неожиданные трудности. Полет Superheavy целиком проходит над Мексиканским заливом, и в случае аварии она упадет в заранее расчищенные от судов воды. Однако в случае, если Starship совершит полный виток по орбите, к космодрому он будет подходить не со стороны моря, а с востока, пролетая над населенной сушей.

Еще хуже то, что траектория пройдет над мексиканским городом-миллионником Монтеррей, падение на который привет к многим сотням жертв и поставит под удар отношения США с Мексикой.

Получить разрешение от американских регулирующих органов на такую миссию вполне возможно, в конце концов, примерно по такой же траектории садились шаттлы. Однако нельзя исключать, что разрешения удастся добиться лишь после того, как будет доказана надежность корабля Starship в ходе посадок в безопасных местах.

В связи с этим первые посадки Starship могут пройти не в Техасе. Согласно слухам, SpaceX ведет переговоры об этом с Австралией, в которой есть множество незаселенных районов, а также рассматривает возможность посадки на тихоокеанском атолле Джонстон, который находится в американской юрисдикции.

В этом случае Starship ~потребуются посадочные опоры~, добавляющие лишнюю массу и усложняющие конструкцию, - как минимум, ее придется специально под это менять. С другой стороны, разработки опор для корабля все равно не избежать, поскольку ни на Луне, ни на Марсе стартовых башен нет.

Космический лайнер с дозаправкой

После нескольких удачных посадок на сушу для SpaceX настанет момент истины, - придется на практике продемонстрировать, что стоящая за Starship революционная концепция жизнеспособна. Нет почти никаких сомнений, что Starship-Superheavy сможет выполнять роль классической сверхтяжелой ракеты, вроде Saturn-V, доставляя на низкую околоземную орбиту 100-200 тонн груза. Даже согласно самым скептическим оценкам это будет стоить не более $100 млн, тогда как обычно цена сверхтяжелой ракеты начинается ~от миллиарда долларов~. Однако никто бы не превозносил Маска как пророка космонавтики, если бы он всего лишь удешевил сверхтяжелые ракеты, ведь в них все равно нет большой нужды.

Концепция Starship как межпланетной транспортной системы (таково ее изначальное название) вращается вокруг идеи дозаправки корабля на орбите. По задумке, пассажирский или грузовой Starship будет выходить на околоземную "парковочную" орбиту, израсходовав почти все топливо. После этого стартует аналогичный корабль, но превращенный в топливозаправщик, который также займет "парковочную" орбиту и состыкуется с основным кораблем, перекачивая в него топливо. В зависимости от миссии таких рейсов может потребоваться от шести до пары десятков. Когда баки Starship вновь наполнятся, он продолжит полет к Луне, Марсу или другим планетам.

Чтобы воплотить это в реальность, требуется выполнить одновременно два условия. Во-первых, и Superheavy, и заправщики-Starship должны начать летать как самолеты: садиться, проходить минимальный техосмотр, заправляться и взлетать опять в течение часа или нескольких. Описать сложность этой задумки невозможно, достаточно сказать, что никто никогда так ракеты не эксплуатировал, и рекорд темпа повторного полета для ускорителя Falcon 9 составляет три недели.

"Самолетную" частоту и цену полетов, например, когда-то обещали при проектировании Space Shuttle. Степень бесстыдства, с которой это обещание дали, стала в американской космической отрасли анекдотом. На практике инженеры вручную перебирали детали двигателей шаттлов после каждого полета, да и в целом их обслуживание стоило примерно как постройка новой ракеты аналогичного класса. Однако то, что сделало Space Shuttle малоудачной системой, на Starship может поставить крест. Либо же SpaceX придется построить флот из десятков ускорителей и кораблей для каждого полета к Луне и Марсу, а техобслуживание проводить потом. На данный же момент ни одна Superheavy не летала повторно, и первая удачная попытка станет ключевой вехой.Маск обещает сделать систему полностью многоразовой в 2025 году, но между первой посадкой и первым повторным полетом ускорителя Falcon 9 ~прошло два года~, - а Starship/Superheavy намного больше и сложнее.

Наконец, помимо запуска космического топливного танкера необходимо разработать саму систему дозаправки. Разговоры о чем-то подобном шли еще во время первой "космической гонки" 1960-1970-х годов, но на практике ни СССР, ни США ни разу такую дозаправку не опробовали, особенно с криогенным топливом. Перекачка жидкого метана и кислорода между баками космических кораблей не противоречит законам физики, вопрос лишь в том, как выполнить конкретную систему, уложившись в требования по массе и надежности. Известно, что во время испытательного полета Starship 14 марта 2024 года SpaceX успешно перекачала более 10 тонн жидкого кислорода из вспомогательного бака в основной. Однако никаких новостей об испытаниях системы стыковки со встроенными трубопроводами не было.

Без системы дозаправки Starship ни при каких обстоятельствах не окажется на Луне, и потому не сможет выполнить контракт NASA по доставке туда астронавтов в рамках программы "Артемида".

100 дней в открытом космосе

Последние вехи Маска на пути к Луне во многом связаны с необходимостью превратить ракету в космический корабль. В данный момент внутренний отсек Starship выглядит как голый стальной ангар, внутри которого надо разместить кабину. Ей потребуются: герметичная оболочка, теплоизоляция, солнечные панели и система электропитания, система регенерации воздуха и очистки воды, климатическая установка, приборы для управления кораблем, система связи, система навигации, отсеки для жизни и сна, туалеты, склады инструментов и провизии, грузовой отсек или ангар для лунного автомобиля и крупногабаритных грузов, люки для стыковки в космосе и шлюзы для выхода на поверхность, лифт или лестница для спуска из шлюза, - словом, список "надо сделать" практически бесконечен. Хорошая новость заключается в том, что у SpaceX уже есть опыт разработки космического корабля Dragon, который регулярно летает на МКС.

Далее необходимо будет выполнить требования NASA по сроку автономного существования. По плану проекта "Артемида", HLS (лунная версия Starship) будет выходить на окололунную орбиту без экипажа, и лишь через три дня там к нему пристыкуются люди на корабле Orion. После этого корабль сядет на Луну, а в нужный момент доставит астронавтов обратно на окололунную орбиту для перехода в Orion, направляющийся к Земле. Однако NASA требует, чтобы Starship мог автономно находиться на орбите не менее 100 дней и не терять функциональности. Вероятных препятствий для выполнения этого требования масса: от общей надежности до постепенного выкипания метана и кислорода из баков из-за недостаточной теплоизоляции.

Лишь когда и эта веха будет пройдена, можно будет приступать к посадкам на Луну под эгидой NASA (за свой счет и без людей Маск, вероятно, сможет посылать туда корабли и раньше). Первая посадка будет генеральной репетицией высадки астронавтов и пройдет в беспилотном режиме в районе южного полюса, куда нацелены миссии "Артемиды". Важно помнить, что посадочные опоры лунных аппаратов времен "Аполлонов" были широко расставлены, а сам корабль был весьма приземистым. Starship же напротив вертикален, а его центр тяжести расположен намного выше грунта. По данным источника издания Ars Technica, уклон в зоне посадки HLS не должен превышать 1,5 градуса.

Сев, корабль компании SpaceX должен будет продемонстрировать работу шлюза и лифта, но самое главное - вовремя взлететь. Этому может помешать чрезмерное выкипание криогенного топлива от жаркого дневного лунного солнца. Однако требование NASA о 100-дневном автономном полете, вероятно, заставит сделать задел по теплоизоляции, который с избытком защитит от любой лунной жары. Ожидается, что это испытание пройдет в 2027 году.

Лишь после этого на Луне, впервые за пол столетия, могут вновь оказаться люди. Если, конечно, Маска не обгонят китайцы или конкуренты из Blue Origin/National Team, которые так же разрабатывают лунный посадочный аппарат для "Артемиды".