О причинах неудачного пуска системы Starship

Причиной взрыва американской космической системы Starship в начале второго испытательного полета 18 ноября могли стать неполадки в ходе «горячего разделения» ступеней, полагают наблюдатели.

«Быстрая внеплановая разборка»

В отсутствие официальных заявлений о причинах самоподрыва носителя от SpaceX, разработчика Starship, нет недостатка в версиях случившегося после старта сверхтяжелой ракеты Илона Маска утром в субботу с корпоративного космодрома Starbase в Бока-Чика в Техасе. Наиболее правдоподобно выглядит версия, которую по горячим следам события изложил авторитетный американский отраслевой еженедельник Aviation Week and Space Technology.

Все 33 двигателя ускорителя, ракеты SuperHeavy работали штатно первые 2 минуты и 39 секунд полета, после чего в соответствии с графиком начался процесс так называемого горячего разделения ступеней. Он состоит в том, что вторая ступень начинает работу еще до отделения первой ступени. «Это позволяет поддерживать перегрузку, чтобы газ наддува не перемешивался с топливом, иначе произойдет взрыв двигателя», – пояснил «Моноклю» Натан Эйсмонт, ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН.

Итак, расположенные по внешней и внутренней концентрическим окружностям соответственно 20 и 10 двигателей Super Heavy перед разделением планово отключились, а оставшиеся 3 двигателя в центре носителя продолжали работать, когда включились все шесть двигателей второй ступени, корабля Starship.

Разделение ступеней произошло через 2 минуты и 51 секунду полета, визуально штатно. Первая ступень начала снижение, однако примерно через 30 секунд взорвалась. Вторая ступень продолжала разгон, но на 9-й минуте полета на высоте 150 км от Земли (граница между верхней кромкой атмосферы и космосом, как принято считать, находится в 100 км от поверхности) она также взорвалась.

Можно предположить, что в процессе горячего разделения в ходе воздействия работающих двигателей второй ступени на верх нижней ступени последняя получила повреждения (вследствие перегрева и/или деформации), приведшие либо к ее разрушению (что сопровождалось взрывом, так как ступень сохраняет часть топлива для ракетной посадки в вертикальном положении на место старта), либо срабатыванием системы автоподрыва.

Более сложный вопрос — причина потери второй ступени. Не исключено, что раскаленные газы в момент горячего разделения отводились из переходника между двумя ступенями недостаточно эффективно и в итоге повредили вторую ступень. В результате телеметрическая информация от нее перестала поступать и сработала система самоликвидации, активирующаяся в случае риска падения носителя в нерасчетный район. По изначальному плану полет второй ступени должен был продлиться 80 минут (из них с работающими двигателями около 10), в течение которых ожидался выход на орбиту, частичный облет Земли и спуск в формате вертикальной ракетной посадки на морскую платформу неподалеку от Гавайских островов.

SpaceX вновь, как и после первого испытательного запуска Starship в апреле нынешнего года, когда носитель взорвался еще до разделения ступеней, для описания происшедшего со своей ракетой использовала замысловатый технократический эвфемизм «быстрая внеплановая разборка» (rapid unscheduled disassembly) и поздравила своих сотрудников с «захватывающим испытанием». А глава NASA Билл Нельсон счел результат запуска «прогрессом». «Сегодняшнее испытание — это возможность научиться, а затем снова летать», — написал он на своей странице в X (бывший Twitter, приобретен Маском за 44 млрд долл в апреле 2022 года).

Уже в понедельник неутомимый Маск написал в своей соцсети, что "Ракета Starship для третьего полета должна быть готова к запуску через 3-4 недели". Он отметил, что стартовая площадка, с которой в субботу был осуществлен запуск Starship, не требует ремонта и находится в отличном состоянии.

Впрочем, для очередного теста понадобится получать новое разрешение Федерального управления гражданской авиации США. Разрешения на последний пуск Маск дожидался от регулятора полтора месяца, так что вряд ли ему удастся провести третий тестовый полет в этом году.

Экономика многоразовости

Тем не менее, прогресс в доводке ракеты до стадии устойчивой рабочей эксплуатации очевиден. Первые комплексные летные испытания SpaceX Starship 20 апреля завершились на пятой минуте полета самоподрывом после того, как ускоритель и верхняя ступень не смогли разделиться из-за многочисленных отказов двигателей и потери системы рулевого управления ракеты. Во втором полете двигатели работали штатно, разделение ступеней произошло и вторая ступень даже вышла в космическое пространство.

«Безопасные отказы и быстрое обучение часто являются самым быстрым путем к успешному развитию», — заявил в октябре вице-президент SpaceX Уильям Герстенмайер на слушаниях подкомитета сената по космосу и науке, наиболее емко выразив новаторский подход своей компании к освоению космической техники.

И этот подход оправдывает себя. Falcon 1, первая ракета Маска, кажущаяся крохотным стебельком на фоне исполинской системы Starship, вышла на орбиту с четвертой попытки в сентябре 2008 года, через два с половиной года после начала тестовых испытаний.

В 2010 году впервые ушел в космос более мощный представитель «соколиного» семейства (falcon – сокол по-английски), ракеты Falcon 9, а еще через пять лет инженеры Маска впервые реализовали революционную идею главы SpaceX – обеспечить мягкую вертикальную посадку первой ступени носителя по ракетной схеме, чтобы добиться ее повторного использования. В 2017—2019 годах было осуществлено 24 повторных запуска первой ступени.

В 2020 году, в 21 из 26 запусков первая ступень использовалась повторно, одна из ступеней использовалась 5 раз в течение года и две ступени были запущены в седьмой раз. В 2021 году, только в двух запусках из 31 использовалась новая первая ступень, а одна из запущенных ступеней была использована уже в одиннадцатый раз. В 2023 году SpaceX запустила уже 80 возвращаемых «Фальконов», а в будущем году планирует запускать свой флот (без учета испытаний Starship) 12 раз в месяц — 144 полета в год. При этом планируется достичь 20 полетов на один ускоритель.

Благодаря повторному использованию первых ступеней – а в системе Starship предполагается возвращать и повторно запускать также и вторую ступень – Маску удалось добиться кардинального снижения удельной стоимости вывода полезной нагрузки на орбиту. Для действующего флагмана «соколиной семьи», сверхтяжелой ракеты Super Heavy (именно она работает в качестве первой ступени Starship) цена вывода составляет полторы тысячи долларов за килограмм против 12,6 тысяч долларов у одноразовой Falcon 1 и невероятных 65,4 тыс долларов для челноков системы Space Shuttle (все цифры сопоставимые, в долларах 2021 года, оценки CSIS Aerospace Security Project).

«Экономика многоразовости начинает хорошо сходиться, когда это мультимногоразовость. Маск сначала поставил инженерам требование запускать бустеры (возвращаемые ускорители первой степени) ракеты семейства Falcon не реже раза в неделю, и это уже достигнуто. Теперь таргет у Маска — один день. То есть Маск хочет довести технологию до того класса, при котором бустер «Фалькона» будет летать каждый день. Взлетел, сел, почистили, взлетел, сел, почистили. В самолетном графике. Естественно, для такой оборачиваемости никакие, даже микроудары ускорителя при возвращении на Землю недопустимы. Отсюда безальтернативность мягкой ракетной посадки — никаких парашютов. Кроме того, здесь работа на перспективу: Маску нужно было отработать технологию будущих посадок на Луну и на Марс, где парашюты в принципе не работают», пишет в материале для нашего журнала Евгений Кузнецов, генеральный директор «Орбита Капитал Партнерз» (подробнее см. «Программа Space Shuttle: смотрите, как не надо делать» в №4 «Монокля»).

Starship — многоразовая и крупнейшая из когда-либо построенных двухступенчатая космическая транспортная система, которая состоит из 70-метровой сверхтяжелой первой ступени Super Heavy и 50-метрового космического корабля Starship. Это самая большая в истории по размеру (120 метров), стартовой массе (4800 тонн – вдвое больше «Энергии», выведшей на орбиту наш космолет «Буран») и тяге двигательной установки первой ступени (7590 тонна-сил, у «Энергии» - 3544 тс, см. таблицу). Система предназначена для доставки грузов и людей на низкую околоземную, солнечно-синхронную и геопереходную орбиты, а в будущем — для полетов на Луну и Марс.

Starship оснащен двигателями Raptor-2 разработки SpaceX, работающими на необычной паре «жидкий метан (горючее) — жидкий кислород (окислитель)», в отличие от традиционной комбинации керосин-кислород, выдерживает невероятное давление в камере сгорания (30 МПа) и выдает великолепный удельный импульс (334 с.). К тому же Raptor-2 выдает хорошую тягу (230 тс у Земли), существенно (более чем на 15%) превосходящую лучшие керосино-кислородные ЖРД.

Три года назад SpaceX со своим флагманом Starship выиграла тендер NASA на космический корабль для доставки астронавтов на Луны и обратно в рамках миссий «Артемида III» и «Артемида IV», первая из которых, после неоднократных переносов ожидается сейчас в 2026 году. Печать