Starship: взлёты и падения огромной ракеты Илона Маска

Чертовски большая ракета

Всё началось ещё в 2012 году, когда в SpaceX публично заявили, что намерены создать полностью многоразовую транспортную систему для колонизации Марса. Тогда большинство экспертов если и не открыто посмеялись, то, по крайней мере, скептически восприняли анонс, сочтя его не более чем попыткой пиара. Ведь SpaceX десятилетней давности была ещё совсем не тем аэрокосмическим монстром, которым стала сейчас. Компания только-только начала эксплуатацию ранней версии ракеты Falcon 9. До первой успешной посадки её ступени (в то, что это получится, тогда верили далеко не все) оставалось ещё три долгих года.

Шло время. SpaceX укрепляла позиции на космическом рынке, не забывая о планах по созданию новой транспортной системы. Илон Маск показывал публике красивые арты с кораблями, облетающими Луну, садящимися на Марс и бороздящими кольца Сатурна. При этом неизменной оставалась лишь общая концепция: создание оснащённого большим количеством двигателей многоразового ускорителя и многоразового космического корабля — сам же их дизайн постоянно менялся.Менялись и названия. Вначале система называлась Mars Colonial Transporter, затем Interplanetary Transport System, а потом BFR, что официально расшифровывали как Big Falcon Rocket (а неофициально — Big Fucking Rocket). Название Starship появилось в 2018 году. Тогда же система начала обретать знакомые очертания. Изначально в SpaceX собирались использовать для изготовления Starship углеродные композиты, но затем сделали ставку на сталь.Постепенно в компании определись с общим количеством двигателей и размерами Starship. Но даже сейчас она всё ещё находится в стадии разработки, инженеры то и дело вносят в её конструкцию изменения. Так, между двумя орбитальными испытаниями Starship подросла на метр, потому что изменилась схема отделения ускорителя и это потребовало установки дополнительной секции.

Что же сейчас представляет собой Starship? Это крупнейшая и самая тяжёлая в истории ракета-носитель из всех, какие когда-либо строило человечество. Её общая высота — 121 метр, масса в заправленном состоянии — 5000 тонн. Для сравнения, использовавшаяся для полётов на Луну легендарная Saturn V имела высоту 110 метров при массе в 3000 тонн, а советская Н1 — 105 метров и 2750 тонн. Крупнейшая из ныне действующих ракет SLS имеет высоту 98 метров и массу 2600 тонн.

Starship состоит из двух частей: одноимённого космического корабля и ускорителя (первой ступени) Super Heavy. Длина Super Heavy составляет 71 метр. Ускоритель оснащён 33 двигателями Raptor, которые используют метан в качестве горючего и жидкий кислород в качестве окислителя. Основная причина выбора метана заключается в том, что в отличие от керосина при сгорании он даёт намного меньше сажи. Это значительно упрощает задачу очистки двигателей при их подготовке к повторному полёту. У Super Heavy также весьма необычная схема посадки. SpaceX собирается «ловить» возвращающийся на космодром ускоритель в воздухе при помощи 140-метровой башни с «руками». Ей дали весьма подходящее название Mechazilla.Длина корабля Starship — 50 метров. Он оснащён шестью двигателями Raptor и сочетает функции второй ступени и космического аппарата. В полностью многоразовой конфигурации Starship способен вывести 100–150 тонн груза на низкую околоземную орбиту, а также совершать управляемые взлёт и посадку как на Землю, так и на поверхности других небесных тел.

Полёты на Луну и межконтинентальные рейсы

У многих возник вопрос: для чего нужна ракета, которая может выводить на орбиту такой большой объём грузов? Марс — это, конечно, хорошо, но SpaceX всё же коммерческая компания, и чтобы добраться до Красной планеты, для начала нужно не разориться. А сверхтяжёлые ракеты не пользуются особой популярностью потому, что для них просто нет такого количества грузов. Тут можно вспомнить судьбу советской «Энергии», которая в итоге оказалась невостребованной. Да и для Saturn V не нашлось применения вне лунной программы.Но в SpaceX придумали решение: если нет спроса — создадим его сами. Компания рассчитывает задействовать одну из модификаций Starship, чтобы вывести на орбиту следующее поколение аппаратов Starlink, предназначенных для сети глобального спутникового интернета. За последние годы компания уже запустила свыше 5000 таких аппаратов. Но следующее поколение Starlink будет иметь слишком большие габариты и массу для того, чтобы разместить аппараты на обычных ракетах вроде той же Falcon 9. И именно здесь SpaceX пригодится Starship с её гигантским отсеком и грузоподъёмностью.

Вывод Starlink — далеко не единственная задача Starship. У SpaceX также есть контракт с NASA на доставку людей на Луну в рамках миссий Artemis III и Artemis IV. Для этого будут задействованы аж три модификации Starship. План таков: вначале на околоземную орбиту выведут топливное хранилище. Далее SpaceX запустит несколько танкеров Starship, которые постепенно заполнят хранилище топливом. После этого состоится запуск лунной версии корабля Starship HLS, который как раз и должен будет высадить людей на Луну. Он состыкуется с хранилищем, заправится и полетит к Луне. Там Starship HLS состыкуется с кораблем Orion, астронавты перейдут на его борт и высадятся на южный полюс Луны.Звучит сложно? Так и есть. Основная интрига в том, сколько рейсов потребуется, чтобы заправить хранилище. Баки Starship вмещают 1200 тонн топлива, в то время как корабль может вывести на орбиту до 150 тонн груза. Также надо учитывать, что за время нахождения в космосе часть топлива может выкипеть (точные цифры потерь станут понятны, когда схему опробуют на практике). Так что речь, похоже, идёт о двухзначном числе рейсов.Но если SpaceX удастся отработать технологию орбитальной дозаправки и запускать Starship хотя бы с такой же периодичностью, как сейчас летают ракеты Falcon 9 (при такой же надёжности), компания действительно получит межпланетную транспортную систему, способную доставлять множество людей и грузов на Луну, астероиды и в перспективе на Марс. Причём речь идёт не только о возможной колонизации. Например, Starship могла бы выводить в космос телескопы, которые слишком велики для современных ракет. С помощью неё можно будет построить на обратной стороне Луны радиообсерваторию, о которой давно мечтали астрофизики. Или отправлять зонды к другим планетам.

Вспомним и про разрабатываемый совместно NASA и ESA проект миссии Mars Sample Return по доставке на Землю образцов марсианского грунта. Сейчас MSR переживает не лучшие времена. Его бюджет стремительно растёт и, по последним оценкам, может достичь 11 миллиардов долларов, что ставит миссию под угрозу отмены. Starship мог бы спасти этот проект.Есть также проект «туристического» Starship. Ещё в 2018 году японский миллиардер Юсаку Маэдзава объявил, что выкупил все места на корабле, который облетит Луну и затем вернётся на Землю. Впоследствии он назвал имена восьми людей искусства, которые составят ему компанию в этом рейсе.На момент анонса полёт Маэдзавы был намечен на 2023 год. Но уже тогда было ясно, что эта дата слишком оптимистична. Так что Маэдзава не стал ждать, пока Starship будет готов к путешествию к Луне, и отправился в космос на российском «Союзе». В декабре 2021 года он вместе с видеорежиссёром Йозо Хирано посетил МКС. Недавно Маэдзава заявил, что не уверен, когда именно состоится полёт к Луне, но всё ещё с нетерпением его ждёт.

Наконец, Starship можно использовать для межконтинентальных пассажирских рейсов. Так, он способен осуществить перелёт по маршруту Нью-Йорк — Шанхай всего за 39 минут. Но это в теории. На практике же перелёты на ракетах между мегаполисами пока что выглядят утопически. Во-первых, даже если стоимость полётов Starship будет соответствовать самым оптимистичным оценкам Илона Маска, цена билета на такие рейсы будет слишком высока, чтобы на них появился устойчивый спрос. Во-вторых, никто и никогда не даст разрешение на строительство космодрома ни в Нью-Йорке, ни в Шанхае, ни в их пригородах, что сводит на нет всю экономию времени за счёт такого перелёта. И это ещё не говоря о безопасности, об уровне шума, о вопросах экологии и других факторах. Пассажирские межконтинентальные рейсы Starship пока что выглядят красивой фантазией.Но возможностями корабля уже интересуется Пентагон. По мнению ведомства, его можно использовать для быстрой доставки грузов или солдат в любую точку земного шара. Очевидно, что шум от Starship и высокая стоимость полёта военных не волнуют.

Ожидания и реальность

Практическое воплощение всего описанного зависит от реальной стоимости эксплуатации Starship и её надёжности. SpaceX уже вложила порядка 5 миллиардов долларов в проект. Цифра выглядит внушительной, но всё познаётся в сравнении. Так, c 2011 по 2022 год NASA потратило свыше 20 миллиардов на ракету SLS, которая пока совершила лишь один полёт в космос. А ведь SLS — традиционный одноразовый носитель, который не предполагает какой-либо революции.Что до Starship, за счёт её регулярного повторного использования SpaceX рассчитывает радикально снизить пусковые расходы. По заверениям Маска, всего за два-три года эксплуатации стоимость запуска упадёт ниже 10 миллионов долларов, что в сочетании с рекордной грузоподъёмностью как раз позволит произвести космическую революцию.Конечно, многие эксперты по-прежнему скептически относятся к заявленным цифрам. Да и Маск славится чересчур оптимистичными оценками, когда речь заходит о сроках полётов новых ракет и о ценах. В то же время у нас перед глазами есть пример Falcon 9, которая всего за несколько лет чуть ли не монополизировала западный пусковой рынок и сейчас летает раз в четыре дня. Если SpaceX удастся сделать то же со Starship, мы действительно можем стать свидетелями новой эры в освоении космоса.

Основная проблема в том, что Starship куда более сложная система, чем Falcon 9. И тут мы переходим к результатам её полётов. Первые испытания ещё простеньких и напоминавших бочку прототипов Starship начались в 2019 году. За ними последовали более сложные высотные атмосферные тесты. После нескольких эффектных взрывов SpaceX всё уже удалось отработать процедуру посадки Starship.Но самое интересное началось в 2023 году, когда в SpaceX наконец-то приступили к орбитальным испытаниям корабля. Первый полёт состоялся 20 апреля. Уже с самого начала возникли проблемы — в момент отрыва от стартового стола у Super Heavy отключились 3 из 33 двигателей Raptor. А в ходе полёта вышли из строя ещё несколько силовых агрегатов.Несмотря на это, корабль, хоть и с трудом, продолжил набирать высоту. Ему удалось пройти Max-Q — участок, на котором ракета подвергается максимальному аэродинамическому сопротивлению. Развязка наступила, когда корабль приблизился к отметке в 40 километров и уже был близок к отделению от Super Heavy. Этого так и не произошло. Вместо разделения связку из Starship и Super Heavy закрутило, она сделала несколько кульбитов, на первый взгляд невозможных для ракеты таких размеров, и разрушилась.

Первый полёт Starship (фото © SpaceX)Первый полёт Starship оставил неоднозначные впечатления. С одной стороны, он доказал неплохую живучесть системы: несмотря на отказ нескольких двигателей Raptor, корабль продолжал набирать высоту, а его конструкция показала высокий запас прочности. И, хоть ракета подверглась перегрузкам значительно выше расчётных, она долго сохраняла целостность, а двигатели продолжали работать.С другой стороны, столь большой процент отказа двигателей напомнил неприятную историю советской ракеты Н1. Все четыре её запуска завершились авариями именно из-за того, что конструкторам так и не удалось наладить стабильную работу установленных на её первой ступени 30 двигателей. А ведь на Super Heavy, напомним, находится целых 33 силовых агрегата — рекорд для всех когда-либо построенных ракет.

Другой проблемой стало повреждение космодрома. До запуска наибольшие опасения вызывал сценарий, при котором Starship и Super Heavy взорвались бы прямо на стартовой площадке. Взрыв 4600 тонн топлива был бы сравним с детонацией небольшой ядерной бомбы и, скорее всего, полностью уничтожил бы весь космодром. В 1969 году что-то подобное произошло с уже упомянутой Н1. Тогда СССР потребовалось почти два года, чтобы восстановить стартовый комплекс.К счастью, система Starship избежала подобной судьбы. Но, хоть она и благополучно покинула стартовый стол, тот всё равно получил серьёзные повреждения. Тяга двигателей Raptor оказалась столь велика, что раскрошила укреплённый бетон. Крупные бетонные осколки и арматура разлетелись в радиусе километра от места запуска, повредив инфраструктуру космодрома. А под самим стартовым столом образовался 20-метровый кратер. И возник вопрос: какой толк от многоразовой ракеты, если после её пуска нужно каждый раз заново отстраивать космодром?Специалистам SpaceX пришлось укрепить стартовый стол и оснастить его системой водяного охлаждения. Инженеры также внесли массу изменений в конструкцию Starship и Super Heavy. Корабль получил новую электрическую систему управления вектором тяги, также была изменена схема отделения ускорителя.К концу августа в SpaceX завершили основные приготовления к новому полёту. Но получения всех необходимых разрешений пришлось подождать ещё несколько месяцев. Второй полёт Starship и Super Heavy состоялся 17 ноября. В этот раз SpaceX удалось посрамить скептиков, утверждавших, что у инженеров не получится решить задачу синхронизации 33 ракетных двигателей. Все силовые агрегаты сработали в унисон. Они полностью отработали весь участок полёта, после чего Super Heavy отделился от Starship.

Второй пуск Starship в ноябре 2023 (фото © SpaceX)Далее ускоритель приступил к выполнению манёвра возврата. Но тут-то и начались проблемы. После отделения Super Heavy не сумел осуществить повторное включение всех необходимых двигателей и начал отклоняться от траектории, а затем взорвался. В этот момент он находился на высоте 90 километров. Возможно, ускоритель был уничтожен системой прекращения полёта.Starship же продолжил набор высоты. В итоге корабль добрался до отметки 148 километров, а его скорость достигла 6,7 километров в секунду. Но когда до отключения двигателей оставалось всего несколько десятков секунд, сработала система прекращения полёта, которая подорвала корабль. Что именно стало причиной её активации, тоже пока не известно. Вероятно, произошла утечка топлива, которая могла привести к отклонению корабля от заданного курса.И всё же второй полёт Starship оказался куда продуктивнее первого. SpaceX удалось решить несколько ключевых задач — наладить работу всех двигателей Raptor, опробовать систему отделения ускорителя, а также получить данные по большей части полёта.Ещё одним плюсом стало состояние стартовой площадки. Судя по снимкам, она получила намного меньшие повреждения, чем в первый раз. Так что внесенные в её конструкцию изменения явно оказались полезны.

Что дальше?

Ближайшие месяцы в SpaceX будут анализировать полученные данные и выяснять, что привело к «быстрой разборке» ускорителя и подрыву Starship. Одновременно инженеры будут готовиться к следующему орбитальному испытанию. Илон Маск уже заявил, что всё может быть готово через три-четыре недели. Но скорее всего, на это уйдёт значительно больше времени. Вначале потребуется расследование причин аварии, после чего SpaceX будет получать разрешение на новый полёт, что вновь может затянуться. Реалистичной выглядит оценка в шесть-семь месяцев.Основными задачами станут вывод корабля на орбиту и тестирование его теплозащиты. Во время двух первых полётов ряд плиток теплозащиты осыпались с него в момент старта. Поэтому, даже если бы Starship добрался до орбиты, вероятнее всего, он бы разрушился при входе в атмосферу. Также стоит поработать над процедурой перезапуска двигателей Super Heavy, которое происходит после отделения ускорителя от корабля и его возвращения на Землю. Если третий полёт окажется успешным, новыми задачами SpaceX станут мягкая посадка Starship, а также отработка орбитальной дозаправки и «ловли» ускорителя Super Heavy при помощи башни Mechazilla.Успех в этих областях откроет дорогу к запуску Starship HLS и высадке людей на Луну в рамках миссии Artemis III. Пока она формально назначена на конец 2025 года — но учитывая, сколько задач нужно решить, к этой дате стоит прибавить пару лет, а то и больше.Но если в SpaceX продолжат работать над Starship в нынешнем темпе и не изменят своим принципам, то у нас есть шанс увидеть полёты корабля: вначале с грузами, а потом и с людьми. Даже это не гарантирует, что Starship произведёт обещанную революцию: стоимость его эксплуатации может оказаться намного больше, чем предполагает SpaceX. Или же компании не удастся выдержать нужную частоту полётов. Ещё очень многое может пойти не так. Но какое бы будущее ни ждало Starship, мы точно знаем одно: за ним будет очень интересно следить.