Михаил Котов — об особенностях работы над созданием многофункциональной, полностью многоразовой двухступенчатой сверхтяжелой ракеты-носителя
20 апреля 2023 года состоялись испытания ракетной системы Starship компании SpaceX. Без преувеличения, это был самый ожидаемый старт, который откладывался вот уже более полутора лет. По итогу ракета добралась до высоты 39 км, однако после этого потеряла ориентацию и была подорвана по команде с Земли.
Так что это — успех или провал? Чтобы разобраться, нужно вспомнить историю создания самой большой ракеты в мире.
Перпендикулярно
Схема создания ракет давно отработана — чаще всего выделяют девять стадий в их разработке. Все начинается с тактико-технического задания, затем составляется аванпроект, эскизный проект, разработка конструкторской документации и так далее. Летные испытания — это седьмая стадия из девяти, которая следует перед подготовкой аппарата к серийному производству. Так было создано множество самых разных ракет-носителей, однако Илон Маск решил пойти по другому пути.
Строительство Starship началось в 2018 году на частном космодроме в районе местечка Бока-Чика. Прямо под палящим техасским солнцем простые работяги на обычной строительной площадке начали сборку первого прототипа будущей ракеты. В отличие от привычных для ракетостроения легких алюминиевых сплавов Илон Маск решил сделать ставку на нержавеющую сталь. Куски нержавейки строители скрепляли между собой заклепками и сваркой, предварительно обработав болгаркой (все это можно было видеть на прямых эфирах со стройки).
На самом деле происходившее в Бока-Чика было так непохоже на классическое ракетостроение с цехами и чистыми комнатами, что над компанией SpaceX шутили почти беспрерывно. Илона Маска сравнивали с орками из вселенной Warhammer 40 000, строящими свои ракеты и роботов из подручных материалов прямо на свалке.
Получившийся в результате работы первый прототип Starhopper ("Звездный прыгун"), прямо скажу, не впечатлял — был больше похож на кусок водопроводной башни на ножках, чем на привычную ракету. Оснащенный одним двигателем Raptor (его специально разработали для проекта Starship), прототип совершил три испытания: в первом "подпрыгнул" на 1 м, во втором оторвался уже на 150, в третьем — поднялся уже на 400 м. А в конце испытаний двигатель вышел из строя, но тем не менее Starhopper смог приземлиться практически без повреждений.
После этого пришла очередь прототипов будущего Starship. Маск без устали рассказывал в различных интервью, что сознательно избрал метод создания сверхтяжелой ракеты, более всего похожий на Agile. Это такая система организации работы, которая чаще всего используется программистами: при Agile создается сначала минимальный работающий продукт, а затем постепенно он обрастает новыми функциями и возможностями. Вот и доработки Starship велись (и ведутся) по ходу проекта, опираясь на обратную связь и выявленные проблемы, уточнял Маск.
Дорогой изменений
По ходу работы у многофункциональной, полностью многоразовой двухступенчатой сверхтяжелой ракеты-носителя менялось очень и очень многое — форма корпуса, наличие и отсутствие крылышек (для управления в атмосфере), количество двигателей для первой и второй ступеней, теплозащита и т.д. Причем изначально, чтобы Starship пережил вход в атмосферу на обратном пути, предполагалось вообще сделать его корпус композитным. Затем основным материалом стала все же нержавеющая сталь. Еще позже был предложен вариант с охлаждением аппарата при помощи микроотверстий, из которых должно было подаваться топливо, превращающееся в газ (пиролиз). В итоге же остановились на плитке из вспененного кварца по корпусу, как на советском "Буране" и американском Space Shuttle.
Какие-то из прототипов будущего Starship были уничтожены во время тестирования прочности баков, какие-то — во время летных испытаний. Из семи испытаний по атмосферному полету без особых повреждений до Земли добрались только два прототипа. При этом над каждой новой попыткой шутили, как казалось, вообще все. Маск же упрямо продолжал идти к своей цели через взрывы, закопченные куски корпусов и поврежденных двигателей.
Отмечу, что при методе, выбранном Маском, требуется делать как можно более простые и дешевые прототипы, спокойно относиться к их уничтожению и использовать максимум полученной информации для исправления ошибок.
Вместо огромной стартовой площадки, оснащенной газоотводами и спрятанными вглубь земли коммуникациями, компания SpaceX создала небольшой стол или даже скорее нечто напоминающее табуреточку для запуска. И опять же, все это было сделано для удешевления каждого пуска; для того, чтобы иметь возможность провести как можно больше испытаний.
Однако в мае 2021 года начался длительный перерыв. Летных испытаний не было, а многие специалисты команды сосредоточились на модернизации и доведении двигателя Raptor 2, предыдущая версия которого была частой причиной аварий.
Все дополнительные работы по Starship заняли почти два года — очень много времени ушло на получение лицензии для полета от американского надзорного органа FAA. И вот наконец 20 апреля состоялся запуск.
Провал или успех?
Проблемы наблюдались еще во время отрыва Starship от стартового стола: например, включились не все двигатели — судя по всему, ракете не хватало тяговооруженности, возможно, специалистам пришлось вывести двигатели в максимальный режим. В целом же из 33 двигателей с самого старта не работали два, затем в течение минуты выключились еще три. Однако система управления смогла компенсировать эти проблемы и удержать ракету в вертикальном положении. На 30-й секунде полета взорвался агрегат, обеспечивающий работу первой ступени.
Тем не менее ракета упрямо продолжала набирать скорость и высоту. Огромная 122-метровая конструкция поднялась до высоты 38 км и прошла область максимального аэродинамического сопротивления атмосферы. Здесь выключился еще один двигатель, но затем снова включился. Я, как, думаю, и все, кто наблюдал за этим стартом, замер в ожидании. Невероятное зрелище — огромная ракета, пытающаяся продолжать полет несмотря на все отказы и проблемы.
Starship начал переходить к горизонтальной фазе полета, однако в этот момент не выдержала система управления, ракета начала заваливаться, дважды перевернулась и стремительно полетела к Земле. Тут центр управления полетом отдал команду на самоликвидацию этой огромной системе, которая до финала боролась за жизнь. Полет был прерван.
Вторая ступень вместе с самим Starship не смогла отстыковаться от первой и погибла вместе с ракетой. Еще при запуске стартовую площадку сильно повредило — разрушило практически все бетонное основание, сорвало коммуникации.
Но провалом этот запуск назвать все же нельзя. Это лишь еще один из этапов долгого и сложного пути по созданию многофункциональной, полностью многоразовой двухступенчатой сверхтяжелой ракеты-носителя от Илона Маска и его компании SpaceX. Еще один взрыв, за которым непременно последует череда модернизаций и изменений.
Получится ли у Маска пройти этот путь целиком? Лично мне хочется надеяться, что получится. Эта ракета нужна хотя бы как символ того, что можно пойти наперекор всем правилам и традициям и победить, довести работу до конца.