Аннотация:
Сегодня рано утром SpaceX в очередной раз устроила сцену, достойную научно-фантастического фильма. После более чем 22 часов космического полета и 14 витков вокруг Земли гигантский космический корабль высотой около 52 метров вновь вошел в атмосферу и улетел обратно на базу звездолетов в Техасе, США. Недалеко от земли звездолет повторно запустил двигатель, завершил последний разворот и торможение и точно вошел между двумя огромными механическими рычагами стартовой башни. Затем двигатель выключился, и роботизированная рука уверенно поймала космический корабль.
Это первый случай, когда люди успешно использовали роботизированную руку стартовой башни, чтобы захватить космический корабль, возвращающийся с околоземной орбиты. Это также означает, что SpaceX делает большой шаг навстречу полностью многоразовой орбитальной транспортной системе.
Перед запуском Маск заявил на X, что SpaceX попытается захватить сверхтяжелую ракету-носитель и верхнюю ступень космического корабля одновременно. Если оба проекта окажутся успешными, это будет означать первое полное возвращение всех основных сегментов полета орбитальной ракеты на Землю.
Он назвал это «ключевым прорывом, необходимым для того, чтобы жизнь стала многопланетным видом».
Однако на этот раз SpaceX не добилась ожидаемого «двойного восстановления». При возвращении ракета-носитель Super Heavy столкнулась с аномалией и в конечном итоге упала в Мексиканский залив. Что действительно вошло в историю, так это верхняя ступень звездолета.
Возвращение из космоса и попадание в ловушку «палочками для еды»
Насколько это сложно?
За последнее десятилетие или около того SpaceX доказала с помощью Falcon 9, что ракеты нельзя использовать только один раз.
После запуска ракета-носитель первой ступени Falcon 9 может повторно запуститься, замедлиться и приземлиться вертикально, а затем возобновить свою миссию после проверки и ремонта. Эта технология существенно меняет структуру затрат на коммерческие космические полеты.
Но у Falcon 9 всегда есть ограничение: его ракету второй ступени невозможно восстановить.
Корабль SpaceX надеется распространить возможность повторного использования на всю систему запуска.
Полная система космического корабля имеет высоту около 124 метров и состоит из сверхтяжелой ракеты-носителя, оснащенной 33 двигателями Raptor внизу, и космического корабля наверху.
По задумке, сверхтяжелая ракета-носитель отвечает за отправку звездолета в космос и последующее возвращение на стартовую площадку; звездолет продолжает ускоряться на орбиту, развертывать спутники или выполнять другие задачи и, наконец, возвращается на Землю.
Обе части можно использовать повторно, что позволит космическому транспорту постепенно приблизиться к режиму эксплуатации гражданской авиации.
Но сложность в том, что вернуть космический корабль из космоса гораздо сложнее, чем вернуть ракету-носитель первой ступени.
Ракета-носитель первой ступени отделилась на относительно низкой скорости и имела относительно короткий процесс возврата. Звездолет, выходящий на низкую околоземную орбиту, летит со скоростью около 7,8 километров в секунду. Чтобы позволить такому гиганту безопасно вернуться, необходимо одновременно решить ряд проблем, таких как высокоскоростной вход в атмосферу, тепловая защита, ориентация и точная посадка.
Самое сложное – термозащита.
Когда космический корабль снова входит в атмосферу на орбитальной скорости, воздух впереди сильно сжимается, образуя воздушный поток чрезвычайно высокой температуры. В космическом корабле используются тысячи изоляционных плиток, покрывающих наветренную сторону, чтобы защитить корпус ракеты из нержавеющей стали от повреждений при высоких температурах.
Эти изоляционные плитки должны не только выдерживать сильные вибрации во время запуска, но также выдерживать воздействие космической среды и высокоскоростного входа в атмосферу и оставаться максимально неповрежденными.
В ходе предыдущих испытательных полетов SpaceX проверяла надежность изоляционных плит и даже взяла на себя инициативу снять некоторые плитки, чтобы наблюдать за работой отдельных участков при экстремально высоких температурах.
В ходе этого 15-го испытательного полета компания SpaceX дополнительно усовершенствовала метод крепления изоляционных плиток и приняла новую изогнутую конструкцию изоляционных плиток, пытаясь уменьшить локальный нагрев между зазорами между плитками.
Интересно, что на этот раз Starship также развернул 26 спутников Starlink V3, некоторые из которых оснащены специальными камерами для проверки состояния теплового экрана Starship снаружи.
Другими словами, спутники, отправленные звездолетом в космос, должны, в свою очередь, помочь проверить, сможет ли космический корабль безопасно вернуться.
После того, как мы пережили самый опасный этап входа в атмосферу, началась еще одна экстремальная операция.
Звездный корабль не всегда приземляется хвостом вниз, как традиционная ракета. Сначала он будет снижаться примерно брюхом навстречу ветру, используя свой огромный корпус для увеличения сопротивления воздуха, и в то же время корректировать положение и траекторию полета с помощью четырех передних и задних закрылков.
Этот стиль называется Belly Flop.
Когда космический корабль приближается к земле, двигатель Raptor повторно зажигается, и тяга используется для быстрого переворота корпуса корабля в вертикальное положение. Затем он непрерывно регулирует тягу и положение и, наконец, входит между двумя роботизированными руками пусковой башни.
Это знакомая внешнему миру «ракета с палочками».
Это звучит как сложная акробатика, но за кулисами она включает в себя скоординированную работу множества систем, таких как управление тягой двигателя, навигация и позиционирование, регулировка ориентации и управление роботизированной рукой.
Почему вам приходится использовать этот, казалось бы, рискованный подход? Причины – вес и эффективность.
Традиционные посадочные опоры увеличат конструктивную массу самой ракеты и повлияют на грузоподъемность. Разрешение наземным стартовым башням выполнять задачи поддержки и захвата может уменьшить количество дополнительных конструкций, которые должен нести космический корабль.
Что еще более важно, так это то, что космический корабль может вернуться прямо к стартовой башне, что потенциально устраняет необходимость в утомительных действиях, таких как восстановление, транспортировка и повторный подъем в море.
Конечно, это также делает процесс переработки более опасным. Если космический корабль значительно отклонится в последние несколько секунд, может быть потерян не только космический корабль, но и дорогостоящая пусковая башня.
Поэтому SpaceX установила несколько узлов проверки статуса для этой миссии и зарезервировала запасной план на море. Только если и космический корабль, и наземные объекты будут соответствовать условиям, захват роботизированной руки продолжится.
В конце концов, звездолет успешно завершил весь процесс: от орбитального полета, входа в атмосферу до захвата башни.
Ранее SpaceX много раз добивалась захвата ракеты-носителя Super Heavy с помощью роботизированной руки, но возвращающаяся с орбиты верхняя ступень так и не была поймана до этого момента.
Полное повторное использование расстояния
Еще несколько финальных уровней
Следует отметить, что во время того же запуска сверхтяжелая ракета-носитель потерпела неудачу в восстановлении.
Примерно через 6 минут после запуска при возвращении ракеты-носителя произошла аномалия, и она не выполнила условия для возвращения в пусковую башню. Затем система управления полетом отменила захват и позволила ему долететь в заданный район Мексиканского залива.
Маск объяснил
Он предложил два возможных направления улучшений: улучшение производительности и стабильности двигателя Raptor и корректировка времени выключения двигателя, чтобы сохранить больше возвращаемого топлива. Однако конечная причина все равно требует полного анализа данных телеметрии.
Это также обнажает основную проблему полного повторного использования: ракета должна максимизировать эффективность несущей способности, оставляя при этом достаточно топлива для возврата.
Если оставить больше топлива, то полезная нагрузка может быть уменьшена; Если оставить слишком мало топлива, двигатель может потерять способность к восстановлению из-за колебаний производительности двигателя.
Но по сравнению с этим технология, проверенная высшим классом звездолетов, на этот раз является более прорывной.
Ранее SpaceX доказала, что первую ступень ракеты можно использовать повторно. Реальная проблема, которую необходимо решить, — это позволить верхней ступени вернуться в целости и сохранности после завершения орбитальной миссии.
Конечно, успешная переработка и полное повторное использование — это по-прежнему две разные концепции.
Далее SpaceX еще предстоит доказать, что: восстановленный звездолет может снова летать, изоляционные плитки выдерживают многократные входы в атмосферу при высоких температурах, двигатель и система управления полетом имеют достаточно высокую надежность, а процесс проверки, ремонта и заправки топлива достаточно эффективен.
В противном случае, даже если его можно будет каждый раз успешно восстанавливать, если стоимость обслуживания по-прежнему высока, а период подготовки по-прежнему длителен, звездолету будет трудно по-настоящему достичь высокочастотной работы.
Утилизация звездолетов
Изменились не только космические запуски
SpaceX пытается изменить базовую логику аэрокосмической отрасли: если самолет придется утилизировать каждый раз, когда он летает, насколько дорогими будут сегодня авиаперевозки?
Рокетс уже давно сталкиваются с подобными проблемами.
Falcon 9 изменил экономику коммерческих космических полетов за счет повторного использования первого уровня. Starship надеется сделать еще один шаг вперед и сделать всю систему доставки многоразовой.
Если будущие звездолеты смогут выполнять проверку, дозаправку и повторный запуск за более короткий период времени, затраты на производство ракет можно будет распределить на большее количество задач, а также ожидается, что стоимость одной орбитальной перевозки будет еще больше снижена.
Наиболее прямым преимуществом может стать собственная сеть Starlink компании SpaceX.
Помимо завершения восстановления, в ходе этого испытательного полета также было успешно развернуто 26 спутников Starlink V3. Согласно данным, опубликованным SpaceX, пропускная способность сети, обеспечиваемая этими спутниками, примерно эквивалентна 10 миссиям по запуску спутников Starlink V2 Mini Falcon 9.
Как только в будущем космические корабли перейдут на высокочастотную работу, SpaceX сможет выводить на орбиту более крупные и высокопроизводительные спутники с меньшими транспортными расходами.
Помимо Starlink, такие концепции, как космические центры обработки данных, крупномасштабная орбитальная инфраструктура и транспорт в дальний космос, также требуют мощных недорогих транспортных средств.
Дальнейшие цели — Луна и Марс.
НАСА выбрало Starship в качестве одной из пилотируемых систем посадки на Луну для программы «Артемида». Но прежде чем фактически осуществить миссию по высадке на Луну, SpaceX также должна решить технические проблемы, такие как транспортировка топлива на орбиту, крупномасштабное криогенное хранение топлива и полет в дальний космос.
Это означает, что звездолет впервые был подхвачен роботизированной рукой, и это еще далеко не конец.
От первого общего испытательного полета в 2023 году до первого захвата сверхтяжелого ракеты-носителя в 2024 году и успешного захвата космического корабля, возвращающегося сегодня с орбиты, SpaceX постепенно воплощает эти, казалось бы, безумные инженерные идеи в реальность.
Но в будущем, которого с нетерпением ждет Маск, настоящий переломный момент, возможно, еще впереди.
Когда один и тот же космический корабль сможет полететь в космос второй, третий или даже больше раз, и когда восстановление ракеты перестанет быть новостью мировой науки и техники, а станет повседневной операцией космических запусков, SpaceX действительно близка к будущему, которого она хочет достичь.
Комментарии