Ракета Starship отправилась в первый суборбитальный полет. Впрочем, второй испытательный полет, хоть и оказался успешнее первого, прошел не совсем по намеченному плану. Хотя ракета и достигла высоты в 148 км, с обеими возвращаемыми ступенями возникли проблемы. По задумке Маска Starship должен перевернуть всю космическую индустрию и открыть для человечества дорогу к другим планетам. О том, почему концепция Starship столь революционна, как будет работать космическая дозаправка и успеет ли Маск на Луну — в материале «Газеты.Ru».

Как прошел второй суборбитальный полет?

Перед стартом финальный отсчет был остановлен на -40 секундах, но вскоре был продолжен.

В конце третьей минуты полетного времени произошло успешное разделение ступеней, но через несколько секунд нижняя ступень взорвалась.

Верхняя ступень продолжила полет, вышла в космос и достигла высоты 148 км и скорости 24 121 км/ч. После этого связь с ней прервалась, а вскоре после этого SpaceX сообщила, что активировала систему аварийного прерывания полета. Это означает, что ракета почти наверняка не достигнет пункта назначения в Тихом океане. Тем не менее полет можно считать частично успешным, поскольку команде SpaceX удалось провести разделение ступеней и вывести аппарат в космос.

Почему Starship настолько важен для космической отрасли? Если разработка ракеты удастся согласно плану, то она будет иметь два преимущества над конкурентами, которые полностью изменят правила игры.

Во-первых, Starship должна стать первой ракетой, обе ступени которой можно использовать повторно, вместе с интегрированным в верхнюю ступень кораблем. С учетом заявленной полезной нагрузки в сто и более тонн, это потенциально позволит существенно снизить цену за килограмм доставленных грузов в космос, а также проводить запуски чаще, лишь после техосмотра и перезаправки ступеней. Наличие сверхтяжелой относительно дешевой ракеты сделает осмысленным создание очень массивных спутников (или космических станций), что откроет большое окно возможностей для инноваций в космической сфере.

Во-вторых, проект Starship предполагает возможность дозаправки на низкой околоземной орбите с помощью танкеров (об этом речь пойдет ниже). После дозаправки верхняя ступень с интегрированным кораблем будет использовать полученное топливо для полета на Луну или к другим планетам. В случае реализации этой идеи ракета сможет доставить в дальний космос десятки тонн полезной нагрузки: как исследовательские зонды с большим запасом топлива, так и грузы для помощи в исследовании Марса и Луны. Для сравнения, масса зонда Juno для исследования Юпитера равна 3,6 т, марсохода Perseverance вместе с перелетным модулем — почти 4 т.

Starship должен стать целым семейством ракет

По плану Илона Маска у верхней ступени будут три основных модификации, а нижняя будет единой. Модификации верхней ступени будут отличаться типом интегрированного корабля: грузопассажирского, беспилотного грузового для вывода спутников на орбиту и танкера-заправщика. Во всех случаях корабль находится сверху ракеты, над основными топливными баками.

Грузопассажирскую модификацию можно считать базовой. Именно она будет использоваться для полетов на другие планеты и для доставки грузов. Предполагается, что при посадке на необорудованный грунт (без стартовой башни) выходить из кабины можно будет с помощью внешнего лифта, на котором поместится и крупный груз. Для полетов между лунной поверхностью и лунной орбитой будут использовать подмодификации без аэродинамических рулей и теплозащиты. Именно такой аппарат выбрало NASA для высадки на Луну людей в 2026 году по программе Arthemis.

Грузовая версия будет напоминать обычную ракету — с той лишь разницей, что обтекатель для отделения спутников будет не сбрасываться, а раскрываться. Обтекатель с диаметром основания девять метров позволит размещать крупногабаритные грузы — для сравнения, зеркало телескопа James Webb пришлось делать складным, чтобы оно влезло под 4,5-метровый обтекатель ракеты Ariane 5.

Версия-танкер не будет иметь аналогов в космонавтике, его концепция позаимствована из боевой авиации. Предполагается, что направляющаяся в дальний космос грузопассажирская (или грузовая) ракета для начала выйдет на устойчивую низкую околоземную орбиту. После этого с земли запустят танкер-дозаправщик — вероятно, у него него не будет отсека для полезной нагрузки, а топливные баки сделают более объемными. Он выйдет на ту же орбиту, что и первая ракета, состыкуется с ней и начнет перекачку топлива. Оставив на борту необходимый для посадки запас, танкер отстыкуется и вернется на землю. Там его можно будет дозаправить и отправить в космос вновь — и так до тех пор, пока баки основной ракеты не заполнятся. После этого грузопассажирский Starship продолжит полет к Луне, Марсу или другим планетам.

Чтобы это схема была оправдана, необходимо научиться перезаправлять и готовить ступень гораздо быстрее, чем SpaceX это делает сейчас c Falcon 9. Рекорд скорости повторного запуска первой ступени на сегодняшний день составляет 21 день.

Чем Starship похожа на Space Shuttle?

Концепция и той, и другой системы подчинена одной цели — существенно сократить стоимость космического запуска за счет повторного использования ракет. Shuttle эту задачу выполнить не удалось из-за чрезвычайно трудоемкого и дорогого техобслуживания, необходимого между каждым полетом. Во многом это было связано с использованием водорода в качестве топлива — сам по себе этот газ дешев, но требует сложной и дорогой инфраструктуры из-за способности проходить сквозь мельчайшие щели в материале и температуры сжижения лишь на 20 градусов выше абсолютного нуля. В том числе существовал риск просачивания водорода через уплотнители внутри двигателя RS-25, что при соединении с кислородом-окислителем привело бы к аварии. Поэтому инженеры тщательно перебирали RS-25 вручную перед каждым запуском.

Топливом Starship служит гораздо менее текучий метан, который, к тому же, удобно держать в баке рядом с кислородом из-за схожей температуры кипения. Разработанный SpaceX двигатель Raptor меньше RS-25, дешевле его и, как надеется Маск, намного надежнее. При этом у Starship нет мощных твердотопливных ускорителей шаттла, и потому при старте на нижней ступени будут работать 33 двигателя Raptor. Это рекорд для космонавтики, причем использование 30 маленьких двигателей считалось основной причиной провала разработки советской сверхтяжелой лунной ракеты Н-1. Маск же считает, что его инженеры преодолеют эти сложности, а избыточное число двигателей делает систему более отказоустойчивой.

В отличие от Shuttle, у Starship нет крыльев: она садится на хвост с помощью двигателей, а аэродинамические рули нужны лишь для управления полетом. Это требует оставлять в баках какое-то количество топлива, которое бы пригодилось для разгона. Однако наличие на ступени (или корабле) крыльев создает еще больше проблем. Во-первых, они имеют собственный вес, сопоставимый с массой требуемого остатка топлива. Во-вторых, они требуют адаптировать космический корабль выдерживать как силу, прикладываемую двигателями, так и крыльями (грубо говоря, самолет должен быть прочным в месте прикрепления крыльев). То же самое касается убираемых стоек шасси.

Зато космический челнок и Starship роднит использование керамической теплозащиты, которая выглядит как черная плитка. За счет очень малой теплопроводности она позволяет кораблю выдержать нагрев, возникающий при гиперзвуковом спуске в атмосфере. Хотя Starship и не способна к полноценному аэродинамическому полету, в атмосферу она входит боком и использует это для торможения ради экономии топлива. Разворот двигателями внизу происходит лишь на небольшой высоте перед посадкой.

Когда ракета будет готова? И вообще, насколько реалистичны эти планы?

Мнения экспертов космической отрасли на этот вопрос расходятся. Известно, что Starship в нынешнем варианте — это сильно урезанная производная прошлых аналогичных концепций Маска (ITS и BFR). Так, запланированная полезная нагрузка ITS могла доходить до 500 тонн, а в BFR вместо плиток теплозащиты предполагался впрыск жидкого метана под «брюхо» при входе в атмосферу. Для каждой следующей ревизии проекта характерно, во-первых, значительное уменьшение амбиций, во-вторых, сдвиг сроков на многие годы. В частности, еще в 2020 году Маск настаивал, что ракета будет готова к полету на Марс в 2022 году — в итоге первый суборбитальный тестовый полет состоялся весной 2023 года и закончился взрывом спустя несколько минут.

SpaceX — это частная компания, а разработка Starship, судя по всему, не стоит колоссальных денег из-за фирменного подхода по снижению затрат. В других обстоятельствах Маск мог бы проектировать свою любимую ракету столько, сколько пожелает. Однако все меняет заключенный в 2020 году контракт с NASA, который предполагает использование Starship для доставки людей на Луну в ходе полета Arthemis 3. Более того, в 2021 году SpaceX осталась единственным подрядчиком для этой задачи, и NASA через суд отвергло заявку Blue Origin, ближайшего конкурента.

С тех пор срок запуска Arthemis 3 сдвинулся с 2024 на 2025 или даже 2026 год из-за неготовности множества компонентов, но государственная программа не может растягиваться на произвольный срок. Starship почти наверняка не будет готов к 2025 году, но, если его не сертифицируют для пилотируемых полетов в течение пары лет после этого, у проекта Arthemis, руководства NASA и компании SpaceX могут возникнуть серьезные проблемы. Разработку также затрудняют непрерывные жалобы экологов — по их мнению, расположенный в Техасе ракетный полигон у деревни Бока-Чика вредит местным желтоногим зуйкам и другим обитателям.

Весьма вероятно, что необходимую для полета на Луну версию Starship будут дорабатывать в авральном порядке с урезанными возможностями, а остальные модификации будут готовы лишь годами позже.