В минувшее воскресенье состоялся уже четвертый пуск одной и той же ракеты New Shepard с суборбитальным кораблем. В этот раз в беспилотном корабле летели научные эксперименты, сам корабль тестировал успешность посадки в случае отказа одного из парашютов, и, главное, мы впервые увидели полную трансляцию пуска. Теперь мы мы смогли наблюдать полный цикл полета, крупные планы техники и можем сказать, как проходит полет, какие технические решения использовали конструкторы, и как они смешали идеи, реализованные в ракете-носителе «Энергия» и кораблях «Apollo» и «Союз».
Краткий ликбез
New Shepard — многоразовые ракета и корабль для суборбитального туризма. Ракета совершает «прыжок» в космос, поднимаясь вместе с кораблем выше 100 км, затем и корабль и ракета совершают мягкую посадку. Полет занимает примерно десять минут, при этом 3-4 минуты в корабле длится невесомость. Ракета и корабль названы в честь Алана Шепарда, совершившего в мае 1961 первый в мире суборбитальный полет в космос. Разработчиком является компания Blue Origin под руководством Джефа Безоса.
Полеты комплекса New Shepard начались в 2015, при этом первая успешная посадка состоялась 23 ноября. С тех пор одна и та же ракета совершила уже три успешных полета (и три мягких посадки), полет в воскресенье стал четвертым.
Научные эксперименты
В этот раз в полет была впервые взята полезная нагрузка из научных экспериментов, которые должны были проводиться в течение нескольких минут невесомости. Дело в том, что невесомость можно получить, подпрыгнув в машине/автобусе на ухабе (меньше секунды), в самолете (до 30 секунд), в суборбитальном полете (несколько минут) или в орбитальном полете (сколько нужно). Очевидно, каждый последующий вариант сильно дороже предыдущего. Некоторым экспериментам может хватить суборбитального полета, который дешевле орбитального. А участие в испытательном пуске дает дополнительную скидку.
На New Shepard летели следующие эксперименты:
Collisions Into Dust — изучение процессов столкновений твердых объектов с пылью. Университетский эксперимент может помочь понять процессы, которые происходили в формирующейся Солнечной системе, а сейчас происходят, например, в кольцах Сатурна. Судя по видео, университет проводил эксперименты в самолете — лаборатории невесомости, ну а тут они получили почти на порядок большее время.
3D Wetting — изучение процессов смачивания в невесомости. Версия этого эксперимента уже летала на МКС, а здесь в невесомости оказалась камера новой формы (сферическая). Исследование процессов смачивания в невесомости позволяет создавать более продвинутые космические агрегаты, в которых, например, топливо будет лучше попадать в двигатели, а еще благодаря накопленным в этой сфере знаниям теперь космонавты и астронавты могут пить кофе в невесомости из специальных чашечек, а не пластикового закрытого пакета.
Microgravity Experiment on Dust Environments in Astrophysics-B — немецкий эксперимент, в котором сталкивающиеся в невесомости шарики пыли могут помочь узнать больше о процессах, происходивших при формировании планет Солнечной системы из протопланетного диска.
Летные испытания
Кроме попутной полезной нагрузки, в этот раз в корабле намеренно выключили систему выбрасывания одного парашюта из трех. На New Shepard нет запасных парашютов, поэтому, в случае отказа одного из основных парашютов, корабль все равно должен совершить мягкую посадку. Что любопытно, дикторы говорили о том, что корабль должен совершить успешную посадку даже в случае отказа двух парашютов из трех, возможно, такой тест будет проведен в будущем.
Трансляция
Вот видео трансляции, до 28 минуты идет заставка, можно спокойно проматывать.
Интересные вещи начинаются практически с первых кадров. Оказывается, New Shepard вывозят на автоприцепе, в горизонтальном положении. Для небольшой ракеты использование обычного седельного тягача рационально, а горизонтальная транспортировка — самая простая. На верхней части ракеты видны верхние стабилизаторы, в условиях, когда в сервомеханизмах нет давления, они занимают положение под собственным весом, поэтому нижние стабилизаторы раскрыты.
Следующий сюрприз — оказывается, конструкторы Blue Origin вдохновлялись идеей стартово-стыковочного блока «Блок Я» ракеты-носителя «Энергия»:
Стартово-стыковочный блок позволяет в комфортных условиях монтажно-испытательного комплекса соединить разъемы «ракета-блок» и затем уже установить ракету со стыковочным блоком в более грубые разъемы «блок-старт». Это решение может сэкономить человеко-часы на установку ракеты, тем самым упростив и удешевив пуск. Как видно из последующих кадров, стартовая команда составляет всего несколько человек.
На 34:26 слышны «пшики» от проверки газовых рулей ракеты. В целом у ракеты много различных управляющих агрегатов — нижние рули, верхние стабилизаторы, газовые двигатели, тормозные щитки. Для сравнения, у Falcon 9 есть только верхние решетчатые рули и газовые двигатели, а посадочные ноги открываются только перед самой посадкой и не успевают поработать ни стабилизаторами, ни тормозами.
Следующими проверяются тормозные щитки. Они будут использоваться для торможения при спуске, поэтому открываются снизу вверх. В этом случае гидравлике (или пневматике) не придется пересиливать поток набегающего воздуха, наоборот, он сам раскроет щитки.
Затем проверяются посадочные опоры. На нижней их части установлены амортизаторы, которые, как бампер у автомобиля, будут сминаться в случае слишком жесткой посадки. На Falcon 9 есть похожие амортизаторы, только они находятся внутри телескопических приводов ног:
На фото также отлично видно стравливание газа из газовых двигателей
Обратите внимание на башню недалеко от старта. В дальнейшем она будет видна левее и ниже ракеты и может показаться, что она совсем рядом. Об этой башне мы поговорим чуть позже.
Простое и красивое решение — кабели стартового стола после отстыковки просто повиснут на тросах. Это гораздо проще в разработке и сопровождении, чем отстыковка кабелей и шлангов некоторых других ракет.
Saturn V, для примера
Начиная примерно с Т-30 минут на площадке не видно ни одного человека, очевидно, подготовка к пуску с этого момента автоматизирована. Это уже привычное решение, позволяющее сэкономить деньги и человеко-часы.
Заправка ракеты начинается примерно в Т-20 минут. Обратите внимание на дымок из башни. Почти наверняка (если нет еще одной такой же дальше, не попавшей в кадр) это башня дренажа жидкого водорода. Дело в том, что жидкий водород имеет очень низкую температуру кипения, поэтому необходимо до последних секунд перед пуском доливать его в баки и избавляться от испарившегося. Газообразный водород взрывоопасен, поэтому его обычно отводят подальше и поджигают:
Любопытно, что в случае New Shepard дренажная башня расположена близко от ракеты, и водород, похоже, просто сбрасывают в атмосферу. Он, конечно, легче воздуха и тут же устремится вверх, но с системой сжигания водорода обстановка на старте была бы безопасней.
Ракета уже выглядит потрепанной, на ней облезает краска. Это — результат воздействия атмосферы при подъеме и спуске. Если многоразовые системы будут успешными, то вид облезлой ракеты станет привычным. Кстати, на ракете не видно инея. Если на кислородно-керосиновых ракетах можно обойтись без теплоизоляции баков, и, например, «Союзы» покрываются льдом и белеют:
То в случае кислородно-водородной ракеты без теплоизоляции водорода не обойтись, а кислород изолируют «за компанию». Поэтому, например, на Saturn-V иней при старте сыплется только с первой, кислородно-керосиновой ступени.
Процедура запуска двигателя начинается в Т-0, а ракета начинает подниматься в Т+07 секунд. Это нормально, жидкостной ракетный двигатель не может сразу выйти на полную тягу.
Участок максимального скоростного напора. В этот момент ракета испытывает максимальную нагрузку от набегающего потока воздуха, который потом станет слабее из-за падающего давления. Обратите внимание, что выхлоп практически не видно — кислородно-водородные двигатели в результате сгорания топлива производят воду без сажи или других видимых частиц (исключение — двигатель RS-68 на РН Delta-IV, там сгорает теплоизоляция сопла, и пламя имеет отчетливо красный оттенок).
139 секунда. Широкий шлейф за ракетой показывает, что двигатель выключился. Если не считать толчка при разделении ракеты и корабля, невесомость уже наступила.
Апогей — 101 042 метра.
Обратите внимание — корабль дает импульс газовыми двигателями, чтобы уйти вбок от ракеты. Пуск производится вертикально, поэтому ракете и кораблю надо разойтись в стороны, чтобы гарантировано не столкнуться.
Высота чуть меньше 9 км. Видны раскрытые верхние стабилизаторы и тормозные щитки.
На высоте 3 км отчетливо слышен хлопок от преодоления звукового барьера при торможении. Это совершенно нормальное явление.
Интересно, что двигатель начинает запускаться на полутора километрах, когда скорость составляет 600 км/ч.
На высоте нескольких метров ракета гасит скорость почти до нуля и с постоянной скоростью 8 км/ч идет на посадку.
Уже после успешной посадки ракеты, капсула раскрывает два тормозных парашюта, которые стабилизируют падение.
И, как это предусмотрено программой, раскрываются два из трех основных парашютов. Вообще, технологическое решение «два тормозных и три основных парашюта» — это уже ставшая классикой парашютная система корабля «Apollo». И в его истории был случай, когда уже после успешного раскрытия всех трех парашютов один схлопнулся.
Тогда астронавты «Аполлона-15» совершили успешную посадку, потому что этот вариант отказа предусматривался при проектировании. Но «Аполлон» садился на воду, которая смягчала удар. А тут, как мы видим, скорость снижения километров 30 в час.
И тут, оказывается, инженеры Blue Origin вдохновились системой посадки «Союза» — специальные двигатели мягкой посадки включаются перед самым касанием и смягчают удар. На «Союзе» это выглядит еще красивей:
Любопытно, что New Shepard очень низко открывает парашют — корабль от раскрытия основных парашютов до касания земли снижался примерно минуту. Например, «Союз» снижается на парашюте минут пятнадцать. Но там нужно иметь запас времени на раскрытие запасного парашюта в случае отказа основного.
Заключение
В будущем, по словам дикторов, ожидается испытание системы спасения на участке максимального скоростного напора (max Q). Это будет очень красивое зрелище — на летящей ракете корабль озарится пламенем и улетит в сторону. По словам Безоса люди могут полететь на New Shepard уже в 2017 году. На многоразовую ракету Безоса действуют те же факторы, что и на многоразовую ракету Маска, и она может в итоге может оказаться убыточной, но, если у вас есть лишние $200 000 на космический туризм, то я бы посоветовал именно New Shepard, по уровню безопасности и продвинутости технологии среди суборбитальных туроператоров они лидируют.
