Starship - Рассвет многоразовой сверхтяжёлой ракеты

SpaceX стала доминирующей силой в американской космической отрасли. Теперь они мечтают о большем.

Илон Маск никогда не скрывал своих амбиций. В 2005 году, за год до того, как SpaceX запустила свою первую ракету, он уже намекал на планы создать космический корабль, более мощный, чем всё, что когда-либо летало. BFR — официально Big Falcon Rocket, хотя буква "F" иногда означала нечто иное — в его воображении должна была поднимать более ста тонн на орбиту, открывать двери на Марс и позволить человечеству распространиться по Солнечной системе.

Это было головокружительное видение, и выглядело оно довольно амбициозно. Всего год спустя SpaceX потерпела неудачу при первой попытке запуска ракеты — Falcon 1 вышла из-под контроля и рухнула обратно на Землю. К 2008 году, после ещё двух неудач, у Илона Маска и SpaceX заканчивались деньги. Ещё одна неудача, как позже говорил Маск, означала бы конец.

К счастью для него, четвёртая попытка оказалась успешной. 28 сентября 2008 года Falcon 1 достигла высоты в 400 миль, включила двигатели для выведения на круговую орбиту и вывела в космос кусок металла. Это был первый реальный успех SpaceX: победа, доказавшая, что они действительно могут запускать ракеты.

Тем не менее, идея BFR — ракеты, способной вывести на орбиту в 200 раз больше массы, чем Falcon 1 — казалась слегка нелепой. К началу 2010 года SpaceX сумела вывести на орбиту всего полтонны — ничтожное количество по любым меркам. Чтобы двигаться дальше, им нужна была более крупная ракета — и, чтобы сделать её дешёвой, им нужно было научиться её сажать.

С самого начала Falcon 9 разрабатывалась как многоразовая ракета. В то время это было ново. Правда, космический шаттл был частично многоразовым, включая два возвращаемых ускорителя, но технология не оправдала ожиданий по снижению стоимости. К 2010 году, когда SpaceX работала над Falcon 9, шаттл уже подходил к завершению эксплуатации и считался слишком опасным для дальнейшего использования.

Многие инженеры-ракетостроители в то время считали идею многоразовых ракет экономически нецелесообразной. В статье, вошедшей во введение к книге Space Mission Analysis and Design, одному из главных учебников по этой теме, Джеймс Вертц раскритиковал концепцию. Многоразовые ракеты, по его мнению, были бы неэкономичны, ненадёжны и трудно модернизируемы.

Маск был иного мнения — и в течение десятилетия он оказался прав. Falcon 9 значительно снизила стоимость космических запусков, доставляла астронавтов на Международную космическую станцию и запускала тысячи спутников. Это несомненный успех: ракета настолько универсальная и дешёвая, что она стала доминировать в американской космической индустрии.

В 2022 году SpaceX вывела в космос сотни тонн за 61 запуск. В этом году она достигла ещё большего — Falcon 9 вышла на орбиту более ста раз. Однако компания начинает упираться в пределы возможностей своей основной ракеты. Чтобы идти дальше, им нужно нечто более амбициозное, способное поднимать сотни тонн в космос за один раз. Что-то, что очень похоже на BFR.

I. Последняя сверхтяжёлая

В четырёхстах милях к востоку от Флориды, на глубине трёх миль под водой, лежит набор ракетных двигателей. Каждый из них огромен, способен сжигать шесть тысяч фунтов топлива в секунду и выдавать полтора миллиона фунтов тяги. Они работали чуть менее трёх минут, пятеро из них вместе поднимали в орбиту могучую ракету Saturn V. А затем, выполнив задачу, были отброшены и погрузились в ледяные глубины океана.

Saturn V, сверхтяжёлая ракета программы «Аполлон», была воплощением красоты и мощи. Она могла выводить 140 тонн на низкую околоземную орбиту и отправлять более 40 тонн на поверхность Луны. Всего было построено 15 таких ракет, каждая стоимостью миллиард долларов в сегодняшних деньгах. 13 из них летали: доставляли астронавтов на Луну и выводили на орбиту космическую станцию Skylab.

Её конструктор, бывший нацист Вернер фон Браун, имел смелые планы на будущее. Для него высадки на Луну были только началом. С новым флотом ракет Saturn V — или ещё большей — Америка могла бы охватить Солнечную систему, отправить астронавтов исследовать Марс и построить постоянную базу на Луне.

Но политическая реальность вмешалась. Стоимость Saturn V можно было оправдать в условиях национального престижа, пока Америка соревновалась с Советским Союзом за Луну, но после окончания гонки деньги закончились. Второй партии ракет построено не было, а оставшиеся экземпляры отправились в музеи.

Эра сверхтяжёлых ракет завершилась в 1973 году с запуском Skylab. В течение последующих 50 лет ничто столь мощное не летало, и ни один человек не удалялся от Земли более чем на 400 миль. Вместо Луны и Марса космические агентства сосредоточились на орбитальных станциях и спутниках, отправляя роботов исследовать Солнечную систему вместо людей.

Главной причиной была стоимость. Возвращение на Луну или полёт на Марс входили в пожелания многих американских президентов, но каждый раз разбивались о гигантские суммы. Лишь в последние годы, с разработкой новой сверхтяжёлой ракеты NASA — SLS — начали появляться реальные шансы на изменение ситуации. Однако даже в этом случае цифры выглядят нереальными: каждый запуск SLS обходится в не менее чем четыре миллиарда долларов.

II. Starship

На протяжении многих лет стремление SpaceX создать дешёвую сверхтяжёлую ракету почти не ослабевало. В 2014 году компания объявила, что начала работу над новым ракетным двигателем, способным отправлять корабли на Марс. К 2016 году Маск говорил уже о 300 тоннах на орбите и о ста людях, летящих на Марс. В 2019 году BFR, наконец, приняла нынешний облик: гигант из нержавеющей стали, способный поднимать по крайней мере 100 тонн на орбиту и однажды высадить людей на Марсе.

Ключевым моментом стало то, что ракета проектируется полностью многоразовой. В отличие от Falcon 9, в которой вторая ступень всё ещё одноразовая, SpaceX надеется возвращать на Землю и бустер, и верхнюю ступень после каждого полёта. После ремонта, проверки и дозаправки обе ступени смогут летать снова.

В теории это может резко снизить стоимость запусков. Безусловно, это позволит ракете летать чаще. SLS, единственная другая существующая сверхтяжёлая ракета, может запускаться максимум раз в год и ограничена медленным производственным циклом.

У Starship количество полётов будет ограничено лишь временем на восстановление ракеты. Маск, как всегда амбициозный, считает, что каждая ракета может летать по несколько раз в день. Возможно, более реалистичным ориентиром является Falcon 9: сейчас между посадкой и новым запуском проходит около трёх недель.

Точную стоимость одного запуска определить трудно. Маск называл сумму в миллион долларов за запуск — что, мягко говоря, кажется чересчур оптимистичным. Сейчас запуск Falcon 9 обходится SpaceX примерно в двадцать миллионов долларов. Starship, даже если она будет полностью многоразовой, вряд ли приблизится к этой цифре в ближайшее время. Гораздо более вероятны оценки в 50–100 миллионов за запуск.

Даже если стоимость Starship составит 100 миллионов за запуск, это всё равно на порядок дешевле, чем у Saturn V или SLS. В сегодняшних ценах Saturn V стоила около $7000 за каждый килограмм полезной нагрузки на орбите. SLS — абсурдные $40,000 за килограмм. Falcon Heavy — $1500/кг. А Starship, по расчётам, способна побить все рекорды: не более $1000/кг, а при оптимистичных сценариях — всего $300/кг.

Когда Starship полетит, это станет революцией. Влияние частых и недорогих запусков на орбиту невозможно переоценить: они откроют космос так, как это раньше было невозможно. Появление многоразовой сверхтяжёлой ракеты станет переломным моментом в истории человечества — началом эры, когда наш вид действительно начнёт выходить за пределы Земли.

III. Заставить его летать

Прежде чем революция сможет начаться, SpaceX нужно, чтобы Starship вообще полетел. Более того, им необходимо довести до совершенства целый набор технологий, связанных с этим — от посадки самого корабля и его ускорителя до дозаправки Starship на орбите. Даже если всё это получится, цены снизятся только в том случае, если ракета начнёт летать регулярно.

Не стоит недооценивать масштаб задачи. SpaceX пытается сделать сразу много вещей, которые до этого никто всерьёз не предпринимал. Никто раньше не пытался вернуть и посадить космический корабль таких размеров, как Starship, или проводить орбитальную дозаправку в таких масштабах, какие потребуются.

Это серьёзные технические вызовы, но, скорее всего, у SpaceX хватит воли и денег, чтобы их преодолеть. Ключевым фактором является способность компании быстро производить технику, а это значит, что они могут часто запускать испытательные полёты. Это должно упростить тестирование новых подходов к сложным задачам — и снижает страх перед неудачами вроде тех, что мы наблюдали в прошлом году.

В этом плане Starship резко контрастирует с SLS. Поскольку каждая ракета SLS требует многих лет на сборку и подготовку, неудача здесь не допустима. Ракета должна работать идеально с первого раза — а это, естественно, делает проектировщиков чрезмерно осторожными. В результате SLS застряла на технологиях, разработанных десятилетия назад, и при этом стоит колоссальных денег.

В ближайшие годы Starship, скорее всего, будет летать часто. Первоначальная цель — совершить суборбитальный полёт и приводниться в океан — заняла значительную часть последних лет. Но теперь, когда базовая концепция эксплуатации доказала свою жизнеспособность, ракета начнёт переходить к более сложным задачам: повторный вход в атмосферу, выход на орбиту, дозаправка и многоразовое использование.

Теоретически Starship должен принять участие в высадке на Луну уже в 2026 году. На практике, за пределами оптимистичных прогнозов Маска, достичь этой цели к тому сроку вряд ли удастся. Резервной датой считается 2028 год — и она выглядит куда более реалистичной, а заодно и служит хорошим ориентиром для всего проекта. К концу десятилетия, без сомнений, революция Starship должна развернуться во всю силу.

Когда это произойдёт, Starship изменит наше представление о космосе. Он снова позволит людям ступить на поверхность Луны. Он сделает достижимым Марс — и, возможно, даже больше. Он откроет путь к новым космическим станциям, телескопам невероятной мощности и сделает полёты в космос доступными для миллионов. Это по-настоящему захватывающе — и поистине революционно.