Этот загадочный «Старшип»

Этот загадочный «Старшип». О странностях самого амбициозного космического проекта

За очень недолгое время своего существования компания достигла огромных успехов в области космической деятельности, разработав и поставив на эксплуатацию ракеты-носители Falcon 1 («Фэлкон 1» – «сокол 1»), Falcon 9 и Falcon Heavy с возвращаемыми блоками 1 и 2 ступеней, систему глобального спутникового интернета Starlink («Старлинк»), а также пилотируемые и грузовые космические корабли Dragon («Дрэгон» – «дракон») для полётов на орбитальную космическую станцию и туристических рейсов.

При этом, по заявлению SpaceX, уже более 10 лет компания работает над своим главным проектом Starship («Старшип» – «звёздный корабль»), который сделает возможной колонизацию Солнечной системы. В середине августа 2021 года Маск заявил, что первый орбитальный полёт «Старшипа» состоится уже «в ближайшие недели»! Однако скудность и противоречивость официальных сообщений о деталях этого проекта вызывает серьёзные вопросы, ответы на которые неизвестны. В данной статье рассмотрим некоторые из них.

Кратко о проекте

Проект предусматривает создание универсальной многоразовой космической транспортной системы сверхбольшой грузоподъёмности, способной доставлять грузы и людей с одной точки Земли в другую, с Земли на околоземную орбиту, на Луну, на Марс и обратно. При этом стоимость таких перевозок должна быть в разы, а то и десятки (!) раз меньше, чем при использовании «традиционных технологий».

Основа системы – двухступенчатая ракета с одним блоком I ступени Super Heavy и второй ступенью, которая также является кораблём, поскольку выводится в космос и имеет отсеки для размещения полезного груза или людей. Эта ступень, как и вся ракета, также называется Starship. Корабли для разных вариантов применения должны отличаться, но иметь очень высокую степень унификации. Двигательные установки обеих ступеней используют специально разработанные SpaceX двигатели Raptor, работающие на сжиженных кислороде и метане.

Несмотря на то, что реализация этого сложнейшего проекта явно находится на ранней стадии, руководство компании заявляет, что первый «грузовой» полёт на Марс состоится уже в 2020-х годах.

Особенности информационной работы компании SpaceX

Как нетрудно заметить, PR-деятельность компании SpaceX в целом имеет выраженный эпатажный оттенок, что вызывает ожидаемую эмоциональную реакцию у значительной части публики. В частности, практически постоянно анонсируются события с заведомо нереалистичными сроками. Эта игра на грани фола пока в целом не привела к падению народного интереса.

При этом SpaceX не считает необходимым посвящать публику во все детали своих планов и их изменения, как, например, это принято требовать от НАСА. Статус «частника» позволяет ей в значительной мере скрывать свои реальные планы, при этом поддерживая публичный образ достаточно открытой и располагающей к себе компании.

Вместе с тем при подаче информации во «внешний мир» часто используется рациональный, научно-технический, язык, который, наоборот, оперирует категориями холодного разума и объективных знаний.

Рациональный и иррациональный подходы к работе с общественностью являются диаметрально противоположными, но их совместное применение даёт синергетический эффект, который прекрасно поддерживает образ «технаря-романтика» Маска в глазах широких масс. Этот стиль вообще характерен для этого человека, который полностью раскрыл его в SpaceX, став одной из ведущих публичных личностей. При этом неполнота объяснений тех или иных концептуальных и частных технических решений компенсируется аффективно заряженным общим фоном, а также авторитетом компании и её хозяина. Авторитет этот подтверждается уже достигнутыми результатами.

Благодаря суммарному действию указанных факторов в разных странах мира сложилась большая группа почитателей Илона Маска. Многие из них ведут себя как адепты секты и почти боготворят его, несмотря на то, что SpaceX пока не достигла в исследовании космоса ничего нового. Однако появилось большое количество скептиков, которые понимают, что сложность задач проекта Starship несоизмеримо выше тех, что были решены ранее. Для этих людей далеко не все решения проекта Starship понятны, а некоторые из них вообще кажутся откровенным блефом.

Таким образом, одни люди верят в реализуемость проекта, другие – нет. Недостаток и противоречивость официальной информации затрудняют ведение достаточно аргументированных споров на эту тему.

О некоторых странностях проекта

Для начала скажем о главной, общей, странности проекта Starship. Он предусматривает создание дешёвой универсальной многоразовой космической транспортной системы, которая предоставит принципиально новые возможности. Но при этом он не предлагает использовать никаких принципиально новых, более эффективных, технических решений (использование метана в качестве горючего не «спасает» утяжеление и удорожание системы, вызванное с многоразовостью, универсальностью и др.).

Теперь рассмотрим логику и последовательность реализации проекта, которые не только не являются традиционными для сложных технических проектов, но и вообще часто не поддаются логическому осмыслению, что усугубляется постоянными изменениями облика транспортной системы и сроков достижения отдельных этапов, а также неясными или противоречивыми заявлениями официальных представителей SpaceX.

Для сравнения можно привести близкий по сложности (но со значительно более скромными целями) проект – создание системы Space Shuttle. В период проработки концепция системы активно эволюционировала в течение нескольких лет и была окончательно утверждена в 1972 году. Далее, в течение примерно восьми лет, происходила интенсивная реализация принятого проекта, включающая разработку ракетно-космической системы и создание (местами – модернизацию) наземной инфраструктуры. Этот процесс потребовал привлечения и создания огромного числа научно-технических и производственных ресурсов США. Материальная база системы продолжила создаваться после начала полётов. Программа Space Shuttle стала самым дорогостоящим проектом американской космонавтики.

Эволюция концепции системы Starship вышла на публичную стадию в 2010 году (примерно через восемь лет с момента основания компании), после чего ещё в течение девяти лет претерпевала кардинальные изменения. Сразу после этого (точнее, даже несколько раньше) началась серия «лётных испытаний» множества «прототипов» корабля, которая продолжается по сей день. Данные «прототипы» фактически являются максимально дешёвыми полноразмерными макетами, самой дорогой частью в которых являются двигатели. На все макеты ставится минимальное количество двигателей, заправка топливом не превышает 1/3 от штатной. Практически каждое испытание заканчиваются разрушением конструкции макета, что не мешает компании объявлять его удачным.

Судя по всему, в этих полётах отрабатывается работа двигателей на разных режимах (включая отработку качания двигателей в двух плоскостях в условиях полёта); управление аппаратом на участках подъёма и посадки (она производится при помощи двигателей); а также производится измерение механических напряжений, возникающих в корпусе аппарата от статических и динамических нагрузок во время полёта.

Производство баков макетов и их окончательная сборка развёрнуты практически в полевых условиях: под открытым небом или в лёгких укрытиях, с минимумом оборудования и оснастки.

Но даже при максимально дешёвом изготовлении корпусов макетов такой метод испытаний двигателей и систем управления представляется странным. Не только из-за его необычности, но и по причине экономической и технической нерациональности. Хотя бы потому, что двигатели в этом случае практически обречены, что требует значительно большего их количества на этапе отработки (при том, что опытные образцы, как правило, в разы дороже серийных экземпляров), а также может сильно затруднять их дефектацию (исследование состояния после испытания).

До настоящего времени летающие макеты были выполнены в виде II ступени –космического корабля Starship. Летом 2021 года был собран макет I ступени Super Heavy, на стартовом столе произведено статическое огневое испытание её двигателей. SpaceX обещает выполнить «орбитальный запуск» (!) комплекса из двух ступеней «в течение ближайших недель».

Отдельного внимания заслуживает маршевый жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) обеих ступеней Raptor, который создаётся самой SpaceX (вслед за ЖРД Merlin для ракет серии Falcon).

Дело в том, что для этого двигателя была выбрана самая совершенная схема с точки зрения экономичности расхода топлива: с дожиганием генераторного газа, с полной газификацией компонентов перед подачей в основную камеру сгорания (схема «газ – газ») с высоким давлением; с раздельными турбонасосными агрегатами и отдельными газогенераторами для них, один из которых является окислительным, второй – восстановительным.

Эта схема теоретически была известна ещё в 1960-х годах прошлого века, но ракетные двигателисты двух ведущих космических сверхдержав с их огромным научно-техническим потенциалом так и не смогли воплотить её в отработанную конструкцию за истекшие десятилетия. Поэтому вызывает крайнее удивление то, что эту задачу удалось решить молодой маленькой фирме всего за несколько лет.

Сложность задачи усугубляется применением новой топливной пары «жидкий кислород – жидкий метан», которая даёт энергетическое преимущество ракете в сравнении с парой «жидкий кислород – керосин», но создаёт определённые трудности при разработке двигателя. К тому же этот ЖРД должен быть многоразовым! И уже практически совсем не остаётся причин поверить в заявление компании, что такой двигатель почему-то будет значительно дешевле более простых аналогов.

Для сравнения, концепция двигателя Merlin, созданного SpaceX ранее, выглядит вполне уместно: кислород-керосиновый ЖРД с «открытой» схемой (без дожигания генераторного газа) с умеренным давлением в камере сгорания. Но и создание всего за несколько лет такого двигателя является очень большим достижением для новой компании.

Таким образом, феномен рождения в SpaceX сверхсовершенного, надёжного, многоразового и дешёвого метанового «Раптора» не поддаётся логическому осмыслению. Для дополнения реальной картины нужно сказать, что Raptor в настоящее время ещё не доработан и, по имеющимся данным, ещё ни один его образец на стендовых испытаниях не приблизился к достижению заявленного ресурса при номинальной тяге.

Кроме рассмотренного выше обращает на себя внимание отсутствие полноценного стартового комплекса. Прежде всего, отсутствует сколько-нибудь значительная система отвода газов, истекающих из двигателей I ступени при их работе. Надёжному отводу газов стартующей ракеты всегда придаётся большое значение, чтобы исключить их воздействие на неё и не допустить её опрокидывания. Чем больше ракета, тем важнее эта проблема. Как известно, для отвода газов ракеты Р-7 (и ракет-носителей на её основе) выкапывался огромный котлован глубиной 45 метров. Стартовые комплексы сверхтяжёлых ракет (Saturn V / Space Shuttle, Н-1, «Энергия») имели системы отвода газов циклопических размеров.

Размерность ракетно-космического комплекса Super Heavy / Starship и поток газов его двигателей при старте соответствуют сверхтяжёлым ракетам-носителям, но SpaceX утверждает, что для запуска полноразмерной ракеты будет использована всего лишь этакая «табуретка» (с отверстием в сидении) высотой всего около 20 метров.

Можно было бы продолжить перечисление и разбор технических и организационных странностей данного проекта, но и уже рассмотренных вполне достаточно, чтобы считать, что он имеет скрытые цели, отличные от заявляемых.

Заключение

Итак, мы приходим выводу, что проект Starship содержит много загадок, анализ которых позволяет предполагать, что он имеет скрытые цели, не имеющие отношения к официально заявляемым.

Будущие события, скорее всего, сделают картину более ясной.

Медный таз для конкурентов: Зачем Илон Маск построил самую “большую и толстую” ракету в мире

Фото © Loren Elliott / Getty Images

Для чего создают корабль Starship и ракету Super Heavy

Приготовления на объекте StarBase в Техасе идут полным ходом — ракета SpaceX Super Heavy, которая и без того должна была получиться просто огромной, окажется значительно мощнее ожидаемого. Вместо 29 Raptor на первой ступени установлены 33 ракетных двигателя. И это только первая ступень, высота которой уже сейчас составляет 70 метров, а ёмкость топливных баков — 3400 тонн. Благодаря таким решениям тяга ракеты Starship вдвое превышает таковую у “Сатурна-5”.

Новейший на данный момент прототип Booster 4 проходит испытания, и, возможно, он же и совершит первый полёт в составе программы Starship. Три предыдущие попытки серьёзных успехов не принесли: и сами ускорители, и корабль Starship, который за внешнее сходство называли “летающей скороваркой”, испытывают серьёзные проблемы, связанные с правильной работой всех систем — от подачи топлива до управления полётом. Ракетная система SpaceX нового поколения во многом уникальна — по слухам, эффективность многоразовой и одноразовой версий комплекса после установки 33 двигателей Raptor может вырасти примерно на 5–10%. Незначительная на первый взгляд цифра, но, когда речь идёт о полёте на Луну, каждая пара тонн полезного груза — это (потенциально) минус один полёт за несколько сотен миллионов долларов.

Не просто круче Falcon Heavy, но и дешевле

Для проекта с характеристиками Starship необходимы соответствующие задачи. Первое, для чего может пригодиться уникальная ракета, — для вывода спутников Starlink. Если сейчас на ракетах Falcon 9 компания Илона Маска выводит по 60–80 спутников, то верхом на Super Heavy можно будет вывести на орбиту в несколько десятков раз больше всего за один пуск многоразовой конфигурации. Но спутники — это про деньги и зарабатывание репутации здесь и сейчас. А что насчёт по-настоящему масштабных задач?

Истинным предназначением Starship считаются дальние и сложные космические перелёты, хотя сам Илон Маск никогда не рассказывал о своих увлечениях колонизацией Луны. Другие планеты — пожалуйста, но Луна — только если попросят и хорошо заплатят. И здесь вырисовывается вполне конкретное партнёрство: компания Маска принимает участие в подготовке высадки на Луну и параллельно не забывает про реализацию главной идеи — полёте на Марс. Компания ставит перед собой амбициозную цель создания транспортной системы Земля — Марс с дозаправкой на орбите или на поверхности Красной планеты, что хоть и трудно для понимания обычному человеку, но важно в контексте будущего космических путешествий.

И во всём этом великолепии кроется один важный секрет, из-за которого поначалу Илона Маска и весь его инженерный отдел подняли на смех. Starship в связке с ракетой Super Heavy может оказаться значительно дешевле при эксплуатации, чем ракеты Falcon 9 и Falcon Heavy, — последние после начала полноценной эксплуатации “старшипов” вообще рискуют уйти в небытие. В отличие от алюминий-литиевого сплава, сварки трением и других высоких технологий, которые используются в Falcon 9, Super Heavy производить гораздо проще и гораздо дешевле — при выводе спутников на ракете Falcon 9 за каждый килограмм полезной нагрузки придётся заплатить 2700 долларов, при использовании Falcon Heavy — на тысячу меньше, а Super Heavy может “уронить” стоимость полезной нагрузки ниже психологической отметки в 1 тыс. долларов за килограмм. И это при том, что итоговая грузоподъёмность новой ракеты, вероятно, превысит заявленные 100 тонн и всё-таки достигнет 150 тонн, побив текущий рекорд Falcon Heavy в 63 тонны для низкой опорной орбиты в одноразовой конфигурации.

Гениальный вор или талантливый инженер: 5 российских изобретений, на которых Илон Маск заработал миллиарды

Чтобы была понятна разница в цифрах: сейчас для вывода 150 тонн груза потребуется потратить две ракеты Falcon Heavy и примерно 180 млн долларов. Super Heavy упрощает эту задачу до одного пуска и примерно 100 млн долларов расходов. За счёт чего? Всё просто — чуть дешевле материалы, чуть больше двигателей и больше дешёвого, экологически чистого топлива. Кстати, про материалы. Для Starship и Super Heavy был выбран специальный сплав нержавеющей стали — он не только не деформируется под серьёзными нагрузками и температурами, но и стоит в пять раз дешевле тех материалов, что применялись для ракет Falcon 9.

Лоукостер в мире ракет

Фото © Loren Elliott / Getty Images

В конечную цель Илона Маска — примерно 20–30 долларов за килограмм полезной нагрузки — почти никто не верит. Но, с другой стороны, лет 15 назад никто не верил и в то, что маленький космический стартап, у которого постоянно взрываются ракеты, сможет создать многоразовую ракету и научится зарабатывать на ней деньги. Однако по-настоящему дешёвыми для клиентов ракеты Илона Маска ещё не стали, и Super Heavy — это попытка финализировать весь накопленный компанией опыт в ракетостроении, чтобы прихлопнуть всех конкурентов одним махом.

Если создание Super Heavy, её лётные испытания вместе с кораблём Starship пройдут нормально, то традиционные одноразовые ракеты, может, и не придётся хоронить сразу. Но в объективной реальности заказчик космического запуска голосует в пользу того или иного решения кошельком. И, если появится возможность заплатить за вывод своего спутника 15 миллионов вместо 90, любой здравомыслящий клиент, почти не задумываясь, пойдёт на этот шаг.

Сражение за космос. “Морской старт” выставят против Илона Маска

В идеальную вселенную космических лоукостеров SpaceX попадёт не так скоро. Для этого хотя бы в первое время нужно попробовать продавать запуски Super Heavy ниже психологической отметки — примерно за 25–30 млн долларов. Тогда же станет ясна и примерная ёмкость рынка, то есть спроса на такие ракеты. По некоторым данным, снижение стоимости пусковых услуг хотя бы вдвое может увеличить портфель заказов SpaceX в несколько раз, а самой компании это даст дополнительные 200–300 млн долларов в год. С учётом того что стран с ограниченным бюджетом на космические технологии, но большими амбициями за время создания Starship не стало меньше, “летающая скороварка” появляется в наиболее подходящий исторический момент.

Фото © Pavlo Gonchar / SOPA Images / LightRocket via Getty Images

В контексте новой космической технологии у Илона Маска остаётся нерешённым всего один вопрос — земля под космодромы, которую он вынужден либо арендовать, либо покупать у федеральных властей США. Если инженерный центр SpaceX успеет доработать морской космодром под размеры и массу Super Heavy аккурат к началу запусков этих ракет, то стоимость запуска самой большой и тяжёлой ракеты в мире может упасть до критических 10–15 млн. А соревноваться в этом ценовом сегменте не умеет ещё никто.