Большой успех Маска: чем значим для мировой космонавтики новый полет Starship

Научный журналист Михаил Котов — о том, как было осуществлено испытание сверхтяжелой космической системы Starship.

Эти слова звучат слишком высокопарно, но обойтись без них нельзя — на наших глазах вершится история. Пятый испытательный полет сверхтяжелой космической системы Starship выполнил свои цели и закончился удачно. Илон Маск показал, что итеративный подход в космонавтике работает и дает удивительные результаты.

Впервые в истории ускоритель многоразовой сверхтяжелой ракеты вернулся обратно на Землю и совершил посадку на стартовый стол. Он был пойман при помощи роботизированных манипуляторов, причем с первой попытки.

Что это такое?

Сверхтяжелая космическая система Starship наверняка станет одним из главных достижений мировой космонавтики первой половины нынешнего века. Почему именно система, а не ракета или ракета-носитель? Дело в том, что Starship конструкционно состоит из двух частей — первой ступени (или ускорителя Super Heavy) и второй ступени (собственно корабля Starship). Обе эти части многоразовые и возвращаемые.

Для реализации этого система Starship создана из нержавеющей стали, а не из алюминиевых сплавов, как это принято в мировой космонавтике. Да, алюминий легче, но он не позволяет выдержать нагрев и перегрузки при возвращении.

Первая ступень — Super Heavy — имеет высоту 71 м и ширину 9 м. Баки ускорителя вмещают 3 600 т топлива, включая 2 800 т жидкого кислорода и 800 т жидкого метана. Для того чтобы поднять в космос эту махину, на нее установлено 33 двигателя Raptor, которые расположены тремя концентрическими кольцами.

Вторая ступень — сам Starship — чуть меньше, около 50 м длиной. Он объединяет в себе две функции — аппарата для достижения орбиты и многоразового космического корабля, способного выполнять полет и возвращаться обратно на Землю. В целом эта система — реализация давней мечты всех космических конструкторов, когда ракета и корабль целиком возвращаются на Землю.

Система Starship способна доставить на низкую околоземную орбиту 100–150 т полезной нагрузки в многоразовой версии и до 250 т в случае одноразового использования ускорителя.

Как это было?

13 октября был осуществлен уже пятый полет Starship и четырнадцатый, если считать все прототипы. Илон Маск с самого начала заявлял, что выбирает итеративный подход к проектированию такой сложной системы. Это значит, что изменения в конструкцию вносятся постоянно, после каждого запуска, а к началу разработки у создателей не было единого четкого плана.

Два испытания Starship в 2023 году закончились неудачами, что породило множество скептических замечаний и комментариев. Однако SpaceX продолжила работу, не обращая внимания ни на бюрократические проблемы, связанные с выдачей официальных разрешений на полет, ни на технологические сложности с изготовлением двигателей Raptor. В этом году компания представила новую, уже третью итерацию этих двигателей — это облегченная версия двигателя Raptor 2, не нуждающаяся в тепловом щите и системе пожаротушения.

Два испытания в 2024 году (до 13 октября) были гораздо более успешны. Каждый раз создатели усложняли задачу, поставленную перед космической системой Starship. Основной целью октябрьского — пятого — полета было возвращение и успешная посадка не на воду, как раньше, а на стартовый стол, прямо на опоры специальной удерживающей башни, получившей название Mechazilla (Мехазилла, "Механическая Годзилла").

Этот полет Starship продлился чуть больше часа. Спустя 145 секунд после старта на высоте около 70 км произошло разделение ступеней и запуск двигателей второй ступени. Разделение у Starship проводится по "горячему методу", это значит, что двигатели второй ступени начинают работать еще до момента расстыковки. Это не новинка в космонавтике, именно так происходит разделение второй и третьей ступеней российской ракеты-носителя "Союз".

После расстыковки первая ступень начала маневры и повторное включение двигателей для торможения. В этот момент она уже набрала большую скорость и высоту, а значит, ей нужно было развернуться и долететь обратно до места старта, попутно погасив скорость. Дело в том, что для выхода на орбиту ракете очень важна не столько высота (ее набрать не проблема), сколько скорость, а потому все современные ракеты выходят на орбиту по дуге, двигаясь на восток и используя скорость вращения Земли. Последний участок полета практически горизонтальный, он нужен для набора первой космической скорости, как правило, к этому моменту высота уже давно набрана.

13 октября на финальном этапе торможения первой ступени из центра управления (ЦУПа) первой ступени отдали команду о посадке на стартовый стол, а не в океан. В этот момент у нее была еще довольно большая вертикальная скорость. Когда ракета находилась примерно в километре от стартового стола, включились 13 двигателей, расположенных на внутренних кольцах ускорителя. В последние секунды полета 10 внешних двигателей отключились, а работу продолжили лишь 3 центральных. Затем ступень оказалась точно между двумя парами элементов механизма захвата Mechazilla, они сблизились и захватили ее.

Тем временем, спустя почти восемь минут после старта, вторая ступень вышла на орбиту Земли. Затем она совершила повторный вход в атмосферу в районе Индийского океана. В этот раз, судя по видео, повреждений Starship получил меньше, чем в прошлые разы, — очевидно, за счет дополнительного укрепления плиток и добавки абляционного слоя в наиболее подверженных высоким температурам местах. Starship запустил тормозные двигатели и снизил скорость перед приводнением, однако, как видно на съемке, уже в воде произошел взрыв. Почему так произошло, должно показать расследование SpaceX. Однако четко видно, что Starship приземлился строго в установленном месте. Это говорит об успешности полета.

Что это значит?

На самом деле сложность проведенных операций тяжело даже представить. 71 м Super Heavy — это высота 23-этажного дома. Ускоритель такого размера, весящий без топлива 180 т и движущийся при помощи трех ракетных двигателей, был пойман огромной стойкой Мехазиллы. На съемке отлично видно, как аккуратно и изящно приземляется эта громадина. Повторюсь, такого в истории космонавтики еще не было.

Спустя короткое время ускоритель был опущен на стартовый стол. Очевидно, эта операция проводилась, чтобы показать, как это будет происходить в будущем, которое практически наступило. Судя по кадрам, Super Heavy тоже получила лишь небольшие повреждения, что подтвердил и Илон Маск: "Осмотрел ускоритель Super Heavy, который руки Мехазиллы установили обратно на стартовый стол. Он выглядит отлично! Несколько сопел двигателей деформированы из-за нагрева и некоторых других мелких проблем, но это легко устранить. Super Heavy спроектирован так, чтобы в конечном итоге быть готовым совершить новый полет в течение часа после старта. Ускоритель совершает возврат за ~5 минут, поэтому оставшееся время уходит на заправку топливом и интеграцию корабля".

Конечно, разговоры о часовом промежутке между стартами одного ускорителя — это пока из разряда фантастики. Однако, судя по скорости разработчиков SpaceX, они очень быстро двигаются в этом направлении. За 2024 год компания показала, что сверхтяжелая космическая система в их исполнении все ближе к реальности. Уже сейчас Starship может использоваться как одноразовая сверхтяжелая ракета-носитель с возвращаемой первой ступенью. Однако, судя по всему, до дня, когда исполнится мечта человечества — слетать в космос и вернуться на той же самой ракете — остаются считанные месяцы. 

Подробности на ТАСС