Пока США запускают ракеты, в России пьют водку и закусывают колбасой
В апреле 2018 года SpaceX запустит последнюю версию (Block 5) своей ракеты-носителя Falcon 9, после чего сконцентрируется (особенно активно — после завершения работ по Dragon 2) на разработке многоразовых супертяжелой ракеты и космического корабля BFR (Big Falcon Rocket). В планы американской компании входит постепенная замена всех своих действующих ракет (тяжелой Falcon 9 и сверхтяжелой Falcon Heavy) и космических кораблей (грузового Dragon и создаваемого пилотируемого Dragon 2) на универсальную BFR. "Лента.ру" вспоминает, как появились и развивались ракеты семейства Falcon.
Из России с любовью
История SpaceX началась, мягко говоря, неожиданно. Илон Маск, принимавший участие в создании таких компаний, как Zip2 и X.com (впоследствии объединилась с Confinity, куда входила PayPal), в октябре 2001 года посетил Россию. Американский предприниматель встретился с представителями государственной компании "Космотранс", отвечающей за транспортировку ракет до космодромов, и "Объединения Лавочкина", производящего разгонные блоки и космические аппараты. В планы Маска входила отправка мышей на Марс, для этого ему требовалась недорогая ракета. Американские, европейские и японские носители были слишком дорогостоящими, поэтому за ракетой предприниматель отправился в Россию. В Москве бизнесмена встретили столом с колбасой и водкой, но не восприняли всерьез.
Маск уехал домой, но в феврале 2002 года вернулся обратно, на этот раз в поездке бизнесмена сопровождал будущий глава НАСА Майкл Гриффин. Американцу требовались три межконтинентальные ракеты. В "Космотрансе" согласились продать Маску ракеты по восемь миллионов долларов за штуку, тогда как бизнесмен хотел купить за такую же сумму сразу два носителя. Стороны выпили за космос, однако так и не пришли к согласию. По дороге домой американец решил создать свою ракету.
Так в мае 2002 года с целью обеспечения недорогого доступа в космос и отправки человека на Марс была создана SpaceX. К работе в компании привлекались заинтересованные выпускники аэрокосмических отделений американских университетов, а также сотрудники Boeing, Lockheed Martin и Orbital ATK (в современном названии). Тогда же в SpaceX пришли конструктор Томас Мюллер, отвечающий в компании за разработку двигателей Merlin для ракет семейства Falcon (а впоследствии и Raptor для BFR), и инженер Гвинн Шотвелл, занимающаяся развитием бизнеса. Маск, получивший образование в области прикладной физики, будучи гендиректором, фактически выполнял еще и обязанности генерального конструктора.
Сборочный цех и конструкторские бюро располагались в одном помещении в пригороде Лос-Анджелеса, в компании планировали максимальное число элементов ракеты производить своими силами. В первоначальные планы входило создание трех ракет — Falcon 1, Falcon 5 и Falcon 9. Семейство получило свое название в честь корабля Millennium Falcon из "Звездных войн", индекс обозначал число двигателей первой ступени. Как показало время, Falcon 1 ушла в прошлое, Falcon 5 вообще не появилась, а кроме Falcon 9 у SpaceX есть Falcon Heavy и, возможно, появится BFR. Первоначальный капитал Маска составлял около ста миллионов долларов, сегодня капитализация SpaceX оценивается в 25 миллиардов долларов.
Первая ракета
Изначально двухступенчатая Falcon 1 в длину достигала 21,3 (позднее — 22,3), а в диаметре — 1,7 метра. Ракета легкого класса была рассчитана на выведение на низкую околоземную орбиту до 670 килограммов полезной нагрузки. На первой ступени носителя устанавливался один двигатель Merlin (сначала версии 1A, затем — 1C, версия 1B оказалась неудачной), в качестве горючего использовался керосин, окислителя — жидкий кислород. Вторая ступень получила один Kestrel, представляющий собой кастомизированную (без турбонасоса), менее мощную версию Merlin. В SpaceX, создавая такие маломощные по сравнению с последующими разработками ракету и двигатели, хотели свести к минимуму финансовый риск в случае неудачи.
Для запуска Falcon 1 предполагалось задействовать две стартовые площадки. Первая, 3W, располагалась на базе ВВС США Ванденберг в Калифорнии на месте стартового комплекса для ракет Thor-Agena и Atlas, последний раз использовавшегося в 1995 году для финального запуска Atlas-E/F. Вторая стартовая площадка находилась на острове Омелек, входящем в состав испытательного полигона Рейгана, в Тихом океане, практически на экваторе.
Первый пуск Falcon 1 с экпериментальной нагрузкой TacSat-1 в интересах Научно-исследовательской лаборатории ВМС США было запланировано провести с 3W. Поскольку траектория ракеты пролегала над стартовой площадкой 4E, ВВС США выступили против пуска Falcon 1 с 3W. Старты с 3W были разрешены только в октябре 2005 года, когда с 4E последний раз стартовала ракета Titan IV. В результате Falcon 1 ни разу не стартовал с 3W и так и не запустил TacSat-1. Первый пуск Falcon 1 — теперь с экпериментальным аппаратом FalconSAT-2 для Академии ВВС США — состоялся уже с острова Омелек.
Falcon 1 с FalconSAT-2 был готов к запуску в конце ноября 2005 года, однако два раза откладывался. Первый раз — из-за неисправности наземного вспомогательного оборудования, в результате чего на стартовый стол из топливного бака пролился кислород. Вторая попытка, предпринятая в декабре, закончилась выкипанием жидкого кислорода из топливного бака, вызванного задержкой старта в результате продолжительного ожидания подходящих погодных условий.
Тем не менее первый пуск ракеты, произведенный в марте 2006 года, закончился неудачей. После старта в районе двигателя возникла протечка керосина, а затем — возгорание, вследствие чего на 34-й секунде Merlin отключился, а ракета начала падать. Конечной причиной неполадки стала коррозия алюминиевой гайки, установленной на входе в турбонасос, которая спровоцировала растекание топлива по нижней части первой ступени. Такие алюминиевые гайки в дальнейшем были заменены на нержавеющие стальные. Спутник FalconSAT-2 почти уцелел — падая, он провалился сквозь крышу хранилища и оказался недалеко от собственного грузового контейнера, в котором был доставлен на Омелек.
Второй раз Falcon 1 полетел в марте 2007 года, ракета несла демонстрационную полезную нагрузку для военных и два небольших аппарата в интересах НАСА. На этот раз первая ступень отработала штатно, однако, отсоединившись от второй, спровоцировала в последней вибрации, в результате которых в Kestrel перестало поступать топливо. Ракета проработала 474 секунды и достигла высоты в 289 километров.
Третий пуск Falcon 1 состоялся в августе 2008 года. Первая ступень получила более мощный двигатель Merlin версии 1C вместо 1A. В головной части ракеты находились военный спутник Trailblazer, пара кубсатов НАСА и капсула компании Celestis с кремированными останками астронавта Гордона Купера и актера из "Звездных войн" Джеймса Духана. Запуск закончился неудачей, поскольку при отделении первая ступень столкнулась со второй. Впоследствии стало ясно, что обновленному двигателю первой ступени требовалось большее время для безопасного отсоединения от второй, что было учтено при следующем полете.
В четвертый раз Falcon 1 полетела в сентябре 2008 года. Пуск оказался успешным. Двигатель второй ступени первый раз отключился спустя 9,5 минут после старта. Полезная нагрузка, в качестве которой на этот раз использовался муляж, была выведена на расчетную орбиту. SpaceX стала первым стартапом, ракета-носитель которой, оснащенная двигателями, работающими на жидком топливе, успешно запустила полезную нагрузку в космос.
 |
| Пуск ракеты Falcon 1. |
| Источник: SpaceX |
Пятый и последний пуск Falcon 1, а также последний проведенный SpaceX старт с острова Омелек, состоялся в июле 2009 года. Ракета успешно вывела второй в истории малайзийский спутник дистанционного зондирования Земли RazakSAT. Таким образом, из пяти пусков Falcon 1 три первых оказались неудачными, а на создание работающей ракеты (время от основания компании до первого удачного старта) SpaceX потребовалось менее 6,5 года.
Первая многоразовая
Первоначально в SpaceX хотели заменить Falcon 1 на Falcon 1e, которая бы получила не только более мощный двигатель первой ступени, но и усовершенствованный силовой агрегат для второй, однако в компании решили, отказавшись в том числе от ракеты Falcon 5, все внимание переключить на разработку носителя с девятью двигателями на первой ступени (а также, конечно, корабля Dragon). Такой носитель смог бы выводить крупные спутники, тогда как малые космические аппараты запускались бы в качестве попутной полезной нагрузки. Так появился Falcon 9.
Двухступенчатая ракета Falcon 9 на первой ступени получила девять двигателей Merlin 1D, усовершенствованных по тяге и дросселированию силовых агрегатов версии 1C. В дальнейшем 1D неоднократно модернизировалась, вплоть до своей финальной версии в Falcon 9 Block 5. Вторая ступень Falcon 9 получила один Мерлин 1D Vacuum, рассчитанный для работы в вакууме (у ракет SpaceX нет отдельного разгонного блока, как, например, в большинстве российских ракет, его функции выполняет вторая ступень).
В первой версии Falcon 9 v1.0 (фактически Block 1) двигатели первой ступени занимали центры квадратной сетки 3 на 3. Хотя первоначально запускать Falcon 9 планировалось с острова Омелек, впоследствии все запуски компания проводила с материковых космодромов. Кроме площадки 4E на базе ВВС США Ванденберг, в распоряжении SpaceX оказались стартовый комплекс 40 на базе ВВС США на мысе Канаверал, с которого до 2005 года запускались ракеты Titan IV. Также к настоящему времени в распоряжении компании имеется пусковой комплекс 39A в Космическом центре Кеннеди, севернее комплекса 40, и ведется строительство собственного космодрома в деревне Бока Чика в Техасе.
Первый полет Falcon 9, состоявшийся в июне 2010 года с комплекса 40, вывел на околоземную орбиту макет Dragon. В ходе второго пуска, состоявшегося в декабре 2010 года, Dragon совершил два оборота вокруг Земли и приводнился у берегов Калифорнии, одновременно с этим ракета вывела на орбиту несколько кубсатов в интересах правительства США. В мае 2012 года состоялся третий пуск Falcon 9, в ходе которого Dragon впервые доставил груз на Международную космическую станцию. В течение шести суток грузовик был пристыкован к модулю Harmony, после чего успешно вернулся на Землю.
В ходе четвертого пуска ракеты в октябре 2012 года отказал один из двигателей первой ступени. Тем не менее миссия оказалась успешной, Dragon достиг Международной космической станции, а попутная нагрузка, коммерческий спутник связи компании Orbcomm, самостоятельно осуществила довыведение на расчетную орбиту. В SpaceX были готовы к такой ситуации, поскольку первая ступень Falcon 9 спроектирована таким образом, что допускает продолжение работы даже после отказа двух из девяти двигателей. Пятая и последняя миссия Falcon 9 v1.0, состоявшаяся в марте 2013 года, также прошла с Dragon и оказалась успешной. В результате всех пяти первых стартов Falcon 9, прошедших с площадки 40 и оказавшихся успешными, компания SpaceX показала себя чрезвычайно хорошо.
Модернизированная ракета Falcon 9 v1.1 (фактически Block 2) впервые полетела в сентябре 2013 года. Кроме традиционного апгрейда двигателей, изменению подверглась компоновка Merlin 1D на первой ступени. Теперь один силовой агрегат располагался в центре, тогда восемь остальных — вокруг него, симметричным образом. Старт впервые состоялся с площадки 4E в Калифорнии, в качестве основной нагрузки выступал канадский спутник CASSIOPE (CAScade, Smallsat and IOnospheric Polar Explorer), попутной — пять меньших космических аппаратов. Тогда же впервые полезная нагрузка Falcon 9 была защищена головным обтекателем.
 |
| Посадка первой ступени ракеты Falcon 9. |
| Источник: SpaceX |
В декабре 2013 года, после очередной модернизации, ракета впервые вывела нагрузку (спутник связи SES-8) на геостационарную орбиту. В январе 2014 года был произведен второй геостационарный запуск (космический аппарат Thaicom 6). В феврале 2015 года SpaceX в интересах НАСА, ВВС США и Национального управления океанических и атмосферных исследований в точку Лагранжа L1 системы Солнце-Земля запустила крупный исследовательский спутник DSCOVR (Deep Space Climate Observatory). В марте 2015 года компания впервые за один пуск вывела сразу два крупных спутника, ABS-3A и Eutelsat 115 West B. В дальнейшем SpaceX, наряду с ULA (United Launch Alliance), совместной компанией Boeing и Lockheed Martin, своего основного конкурента в США, получила разрешение на запуск космических аппаратов в интересах Пентагона.
Усовершенствования, внесенные в конструкцию Falcon 9 v1.1, позволили начать эксперименты по сохранению элементов ракеты. Хотя Falcon 1 и Falcon 9 v1.0 содержали парашютные системы, SpaceX ни разу не сохранила первые ступени таких ракет, вследствие чего было принято решение в пользу вертикальной схемы посадки, использующей двигатели. Соответствующие технологии были протестированы в 2012-2014 годах с использованием ракет Grasshopper и Falcon 9R Dev1. После нескольких неудач первая успешная мягкая посадка первой ступени Falcon 9 на землю произошла в декабре 2015 года, на морскую платформу (Of Course I Still Love You в Атлантическом океане) — в апреле 2016 года. Более того, Маск, ссылаясь на телеметрию, заявляет, что первое успешное приводнение первой ступени произошло еще в апреле 2014 года, однако из-за шторма элемент ракеты найти не удалось. Посадка на воде, в отличие от суши, требует меньше топлива. Впоследствии в SpaceX стали запускать уже использованные ступени.
В истории компании были две крупные неудачи. Первая случилась в июне 2015 года, когда спустя 2,5 минуты после старта взорвался грузовик Dragon. Аварию спровоцировало избыточное давление в баке с окислителем второй ступени, которое, в свою очередь, было обусловлено поломкой стального крепления, поддерживающего сосуд с гелием. По итогам расследования причин случившегося в SpaceX упрочнили крепление и усилили контроль за сборкой ракеты. Вторая авария произошла в сентябре 2016 года, когда в ходе предпусковых работ на стартовой площадке был утерян израильский спутник Amos-6. Взрыв произошел во второй ступени из-за лопнувшего баллона с гелием. В SpaceX заявили, что приняли необходимые меры к тому, чтобы подобное больше не повторилось.
От Falcon к BFR
Всего насчитывалось пять модификаций ракет Falcon 9. Совмещение производства с конструкторским бюро, а также выпуск ключевых компонентов ракеты собственными силами, позволило SpaceX оперативно вносить изменения в устройство носителя. В конце концов одноразовая ракета среднего класса, которой первоначально считалась Falcon 9, эволюционировала в многоразовый тяжелый носитель, на базе которого по модульному принципу была создана единственная действующая на планете сверхтяжелая ракета Falcon Heavy. Супертяжелый носитель BFR, над которым работают в компании, получит двигатели Raptor, где в качестве топлива используется уже не керосин, как в Merlin, а метан, и, что более важно, будет построен по принципиально иной схеме.
 |
| Корабль BFR на Марсе (в представлении художника). |
| Источник: SpaceX |
В многоразовом варианте BFR рассчитан на выведение на околоземную орбиту до 150 тонн полезной нагрузки и возвращение на Землю до 50 тонн. Корабль BFR предполагает комфортную транспортировку до ста человек (по 2-3 в каюте) к Луне и Марсу. Хотя Маск заявляет, что два BFR полетят к Марсу уже в 2022 году, скорее всего этот срок отложат.
Тут уместно сравнение: первую ракету Falcon 1 в SpaceX обещали запустить в ноябре 2003 года — менее чем через полтора года после основания компании; в итоге дату старта перенесли. Конечно же, у одной из сильнейших в мире аэрокосмической корпорации Lockheed Martin на это уйдет гораздо больше времени (и, очевидно, средств), хотя там уверены, что первого человека на Марс доставит именно их корабль (Orion).
Андрей Борисов
