Илон Маск вливает свои средства в разработку корабля, способного доставлять людей на Красную планету. Starship должен стать первой многоразовой транспортной системой, способной доставить на Марс за раз до 100 человек. По оценкам Маска, разработка этого корабля стоила ему до $10 млрд. Зато каждый отдельный транспортник обойдется в $30 млн — уникально дешево. Собственно, это и позволит запустить их в массовое производство.
Учитывая, что запуск будет стоить всего $2 млн, цена килограмма, доставленного Starship на низкую околоземную орбиту, составит всего 10 долларов. Для некоторых доставка с «Амазона» обходится дороже! Можно сравнить это с 65 400 долларами для космического корабля «Колумбия», дебютировавшего в 1981 году.
В пятницу Федеральное авиационное управление США (FAA) выдало долгожданную лицензию для SpaceX на первый орбитальный запуск массивной ракетной системы.
Этот запуск состоится сегодня в 15:00 по МСК.
Я решил написать, чего от этого всего можно ждать.
Что такое Starship
Собственно, сам корабль Starship — это вот то черное, что сидит сверху. Длиной 50 метров и весом 1300 тонн (вместе с топливом). Он меньше половины длины и только треть веса всей системы. Он расположен сверху огромной ракеты, самой большой в истории человечества, названной Super Heavy.
В целом вся конструкция имеет высоту 120 метров и весит 4900 тонн. Чтобы дополнительно запутать народ, тоже называется Starship.
Черный корабль сделан из нержавеющей стали (хотя когда-то Маск обещал, что будет углеродное волокно). Это огромная булдыга без особых технологических или дизайн-компонентов, предназначенная выводить в далекий космос важные грузы. Сзади у неё установлены 6 двигателей Raptor, работающих на жидком метане (22%) и кислороде (78%, нужен для сгорания метана). Один такой двигатель весит 1600 килограмм, и это самая высокотехнологичная часть корабля.
Метан+кислород (металокс) — довольно необычная комбинация для ракетных двигателей. Сегодня американская космическая программа и компании, занимающиеся коммерческими запусками спутников, предпочитают в основном жидкий водород. Металокс выбрали в том числе из-за марсианских планов SpaceX. Метан можно будет синтезировать из подземных вод Красной планеты и CO2 в её атмосфере, так что топливо не надо будет везти с собой с Земли. Это сделает космические путешествия Starship экономически более целесообразными.
Ближе к середине машины находятся топливные баки, на которых приходится большая часть веса корабля. В передней части расположен большой отсек, предназначенный для полезных грузов: людей или карго. Ожидается, что там будет находиться разгонный блок, выводящий эти грузы на целевую орбиту.
Снизу, белая и куда более крупная — это, собственно, ракета. Super Heavy. Её длина — 70 метров. Она будет доверху забита охлажденным металоксом, той же смесью метана и кислорода. Его там 3400 тонн — это в 22 раза больше, чем вес самого космического корабля. Запуск обеспечат 33 двигателя Raptor. Этого должно хватить для вывода на околоземную орбиту 100-150 тонн полезного груза.
Конструкция выходит гораздо мощнее, тяжелее и длиннее пусковой установки «Сатурн-5», которая выводила корабли на Луну в 70-х годах. Хотя полезной нагрузки будет выводить примерно столько же (150 тонн против 140 тонн). Более низкая стоимость достигается за счет использования простых материалов и (потенциальной) многоразовости этого корабля, в том числе его бустера. Super Heavy стоит дороже самого Starship в основном из-за своих ракетных двигателей, которые очень сложны в конструкции.
Запуск и перезаправка
Если всё пойдет хорошо, уже по мере подъема со стартовой площадки, система станет немного наклоняться к своей околоземной орбите. В космосе Starship отделится от остального блока, продолжая свой путь, а Super Heavy перевернется и полетит обратно к Земле.
По мере снижения бустер развернет свои решетчатые стальные «плавники» по бокам, напоминающие огроменные сетчатые лопаты, каждая размером с машину. Они помогут регулировать угол падения Super Heavy.
Это не будет проверяться в данном тесте, но вообще SpaceX планирует ловить падающую ракету-носитель с помощью специального механизма на пусковой башне. Из башни должны будут вытягиваться стальные рычаги-«руки», и отработавший ускоритель аккуратно на них упадет. Основную нагрузку при столкновении примут на себя как раз «плавники», зацепившись за конструкцию, но их после каждого использования можно будет легко заменить. Сам Маск называет этот гигантский механизм для ловли бустера «Мехазилла»: внешне действительно чем-то похоже на это существо из фильмов.
В то же время сам корабль Starship, продолжая свой путь, будет выводиться на «орбиту дозаправки» (опять же, в теории). Там его повторно будут заполнять топливом. Илон Маск в 2017-м рассказал, что это будет одним из главных лайфхаков, помогающих справиться с полетами на Марс и на Луну уже при нынешних технологиях:
Если вы просто пошлете Starship в космос — вы доставите 150 тонн груза на низкую околоземную орбиту, и дальше у вас не будет топлива.
Но если вы сначала пошлете туда заправщики и разместите их на орбите, то у вас там будет свой пит-стоп. Вы сможете доверху заправить баки и отправить ваши 150 тонн полезного груза в направлении Марса.
Для такой дозаправки Starship будет стыковаться с другим космическим кораблем (вероятно, тоже Starship), который уже вращается вокруг Земли и служит исключительно как склад топлива.
Для чего нужен Starship?
В идеале, понятно, для полетов на Марс и обратно. Это главная цель. Маск хочет установить в передней части корабля 40 кают. И говорит, что в теории в каждой можно разместить 5-6 человек (если нужно доставить как можно больше людей). Но в целом, чтобы путешественникам было комфортно, в каждой кабине будет по 2-3 человека. То есть на Марс в Starship смогут отправиться примерно 100 человек. Такой путь займет у корабля минимум 9 месяцев в одну сторону.
При этом в грузовом отсеке хватит места и для кухни, и для складских помещений, и для специального защищенного убежища, в котором космонавты смогут спасаться от солнечных бурь, выбрасывающих потоки радиоактивных заряженных частиц. Если вдруг такая возникнет, пока они будут в пути.
Еще одна ключевая роль Starship — он выбран в качестве корабля для Луны. Именно он будет доставлять туда людей в рамках программы NASA Artemis. В 2019 году космическое агентство США объявило, что хочет закрепить присутствие людей на Луне и построит там постоянную базу уже в 2020-е годы. Для этого в 2021-м они заключили со SpaceX контракт на $2,9 млрд, чтобы те разработали для Starship посадочный модуль, удобный для доставки астронавтов на поверхность спутника Земли. Путешествия на Луну по контракту должны начаться уже в этом десятилетии.
Версия корабля, адаптированная для полетов Artemis, не будет иметь теплозащитного экрана и закрылков, требуемых для обратного полета на Землю. Вместо этого корабли после запуска останутся в космосе и будут в дальнейшем использоваться для путешествий между околоземной орбитой и поверхностью Луны.
Помимо «марсианской» и «лунной» версии корабля, будет также «грузовая» (или «беспилотная») конфигурация. В ней передняя часть будет представлять собой один большой грузовой отсек, раскрывающийся посередине. Такая конструкция позволит перевозить и запускать на орбите даже очень крупные аппараты — скажем, другие корабли или огромные телескопы, крупнее, чем Джеймс Уэбб. Но вообще большая часть запусков будет предназначена для вывода на орбиту спутников, в том числе Starlink. Ожидается, что так можно будет выводить до 400 спутников за раз (сейчас они запускаются по 50-60 штук внутри ракеты Falcon 9).
Систему также можно будет использовать для космического туризма. Илон Маск уже пообещал обеспечить путешествие вокруг Луны в 2023 году японскому миллиардеру Юсаку Маэдзаве. Starship также будет способен совершать крайне высокоскоростные путешествия между различными пунктами назначения на Земле. Миллионеры смогут быстро, за пару часов, перемещаться между Китаем и Бразилией, например.
Ну и Маск, конечно, надеется, что в итоге корабль — вероятно, в улучшенной своей модификации — станет доставлять людей в нужные им места назначения в Солнечной системе, включая газовые гиганты, такие как Сатурн и Юпитер. Но это цель точно не на ближайшие десятилетия.
Приземление верхней ступени
Важнейший этап для снижения стоимости космических полетов — приземление корабля и его бустеров. Раньше, чтобы вернуть космические аппараты на Землю, разработчики полагались на огромные парашюты. Или проектировали систему так, чтобы она могла приземляться на взлетно-посадочную полосу, как было с шаттлами (которые, правда, перевозили в 6 раз меньше полезной нагрузки).
Здесь, в общем-то, и состоит главная инновация Маска: очень точное контролированное приземление за счет ракетных двигателей и умной конструкции. Верхняя ступень Starship сначала входит в атмосферу под углом 60º, а потом летит в горизонтальном положении, «плюхается» ровно так, как нас учили никогда не делать при прыжках в воду. Это позволяет ей сильно замедлить свою скорость, чтобы потом перейти в режим контролируемой посадки.
Весь этот процесс сильно зависит от атмосферы, которая замедляет падение корабля. И пока не факт, что всё это будет прекрасно работать на Луне и на Марсе, даже если все тесты на Земле будут исправными. Даже небольшая разница в погодных условиях может сильно повлиять на процесс и угол падения корабля.
Чтобы немножко регулировать этот процесс, тут тоже используются четыре «плавника»-лопаты, способные отходить с разных сторон. Это похоже на то, как парашютисты выпрямляют свои ноги и руки, чтобы регулировать свое свободное падение. Разница только в том, что ноги и руки у нас — значимая часть тела, а «плавники» у Starship — почти не видны. Поэтому многие попытки приземлить корабль заканчивались неудачей. Первое успешное приземление случилось два года назад, весной 2021-го, после пяти крушений. А успешного приземления Super Heavy не было до сих пор. Вероятно, это будет самый сложный этап всего процесса.
Когда Starship приближается к земле, он должен быть достаточно медленным, чтобы запустить двигатель, который перевернет корабль в вертикальное положение. Затем машина включает двигатели Raptors и безопасно приземляется на посадочных опорах. Точность здесь очень важна: отклонение на пару градусов — и весь огромный корабль со всем оставшимся топливом падает и взрывается.
Зато, как говорит Маск, этот общий подход, если его отшлифовать, можно будет использовать для посадки Starship на поверхность любой планеты в Солнечной системе. Он объяснил в Твиттере, что этот метод «самостоятельной посадки» особенно актуален для Луны и Марса с их меньшей гравитацией и отсутствием местной инфраструктуры. А большинство кораблей садить вообще не придется: они будут схвачены «руками» пусковых башен, Мехзилами, где-то на орбите.
Впрочем, в данной миссии сам звездолет тестировать это не будет. Его задача — достичь высоты около 230 км, обогнуть большую часть Земли и упасть в Тихий океан примерно в 225 км от побережья Гавайев. Тем временем ракета-носитель Super Heavy должна будет совершить свой обратный путь, аккуратно плашмя упав в Мексиканский залив примерно в 30 км от пляжа Бока-Чика, с которого она запускалась.
SpaceX не будет пытаться вернуть Starship или ракету-носитель Super Heavy. Но компания надеется продемонстрировать «мягкую посадку» ракеты — когда она зависает над океаном перед приводнением. Раньше SpaceX выполнила аналогичные мягкие посадки с ускорителями Falcon 9, хотя они в разы меньше (а по весу — почти на порядок).
Компания Маска начала в 2019 году с тестирования 39-метрового Starhopper, похожего на водонапорную башню. Он поднялся на 150 метров над землей. Первый прототип машины с носовым обтекателем и закрылками — Starship SN8 — поднялся на высоту 12,5 км в декабре 2020 года.
А сейчас — у нас уже есть ракета, способная выводить огромные корабли на околоземную орбиту. И корабль, модификациям которого суждено доставлять астронавтов и грузы на Луну. Сегодняшний запуск — следующий важный этап для проверки взлёта и посадки машины, которая сейчас является нашей главной надеждой долететь до Марса. Посмотрим, как полетит.
За запуском в прямом эфире можно наблюдать на Ютубе:
Промокод для читателей нашего блога!
— 15% на все тарифы VDS (кроме тарифа Прогрев) — по промокоду HabrFIRSTVDS.
60 тысяч активных серверов и 15 тысяч клиентов, которые с нами больше 5 лет.
