Гигантская ракета Starship компании SpaceX готовится отправиться в космос из Южного Техаса.
18.11.2023, Стивен Кларк, Ars Technica
БОКА‑ЧИКА‑БИЧ, Техас — Ранним субботним утром SpaceX загрузит более 4,5 тысяч тонн сверххолодного метана и жидкого кислорода в топливные баки второй готовой к полету ракеты‑носителя Super Heavy и ракеты Starship.
Затем, если все пойдет по плану, в 7 часов утра по центральному поясному времени (13:00 по всемирному координированному времени) заработают 33 двигателя Raptor, чтобы поднять эту гигантскую ракету в небо над пляжем Бока‑Чика, отдаленным участком береговой линии Южного Техаса в паре миль к северу от границы США и Мексики. [Стартовое окно откроется в 08.00 по местному времени (16.00 по московскому времени)‑ примечания переводчика]
Поклонники космоса получили, как они надеются, последний взгляд на эту ракету в пятницу вечером, за несколько часов до того, как правоохранительные органы закрыли публичный доступ к месту запуска. Одна из замечательных особенностей частной стартовой площадки SpaceX в Южном Техасе под названием Starbase заключается в том, что публика может приблизиться к ракете на расстояние нескольких сотен метров. Окружающие грязевые отмели, дюны и пляж являются общественной землей.
На правительственных пусковых объектах, таких как мыс Канаверал во Флориде, общественный доступ обычно ограничивается экскурсиями. Даже в этом случае большинство людей могут располагаться на расстоянии около 1,6 км до активной стартовой площадки, а в дни запуска — намного дальше.
SpaceX отложила испытательный полет Starship с пятницы, чтобы заменить приводы на решетчатых ребрах, расположенных в верхней части первой ступени ракеты. Чтобы завершить ремонт наземные команды сняли верхнюю ступень с ракеты в четверг, а затем в пятницу утром установили верхнюю ступень, чтобы продолжить подготовку к запуску.
Испытательный полет в субботу, если он будет полностью успешным, откроет SpaceX путь дополнительных испытаний и, возможно, первых полетов Starship с полезной нагрузкой, которые доставят интернет-спутники Starlink на орбиту. В конце концов, SpaceX хочет, чтобы Starship стал транспортным средством следующего поколения, которое заменит и расширит возможности существующей ракеты компании Falcon 9 и космического корабля Dragon.
В субботу стартовая группа SpaceX начнет загрузку топлива в ракету-носитель Super Heavy и верхнюю ступень Starship чуть более чем за 90 минут до времени старта. Термическая подготовка двигателей ракеты Raptor начнется примерно за 20 минут до запуска. В последние 10 секунд обратного отсчета несколько сотен тысяч галлонов воды пройдут через дренчерную систему, чтобы погасить энергию почти одновременного зажигания 33 двигателей Raptor в нижней части ракеты.
Если Вы любитель космоса, для Вас именно тогда начнется настоящее веселье. Вот пять вещей, на которые стоит обратить внимание во втором полномасштабном испытательном полете космического корабля SpaceX.
1. Как выдержит стартовая площадка?
Когда 20 апреля стартовала первая ракета Starship, произошел большой кавардак. Запуск двигателей Raptor сверхтяжелой ракеты-носителя пробил дыру в бетоне под постаментом, на котором находилась ракета перед запуском. Массивные куски бетона были разбросаны по сотням гектар вокруг стартовой площадки, оставляя вмятины на резервуарах и кратеры на окружающих илистых отмелях. Облака пыли и песка обрушились на поселения в нескольких километрах от старта.
Это то, чего SpaceX не хочет повторять во втором испытательном полете, поэтому инженеры установили на площадке систему дренирования воды, чтобы защитить ее от подобных повреждений. В последние секунды обратного отсчета дренчерная система выпустит до 1 355 177 литров (358 000 галлонов) пресной воды через каналы, встроенные в стальную пластину, установленную под круглой пусковой установкой площадки. Фонтанный поток воды должен поглотить тепловую и акустическую энергию сверхтяжелых двигателей.
Другие стартовые площадки, в том числе собственные стартовые комплексы SpaceX для ракеты Falcon 9, используют аналогичные дренчерные системы.
Начиная с апреля, SpaceX несколько раз тестировала дренчерную систему, в том числе совместно с парой испытаний двигателей с ускорителем Super Heavy в августе. Стартовая площадка отлично выдержала испытания в условиях горячего огня, и вскоре мы узнаем, справится ли дренчерная система со своей задачей во время реального запуска.
2. Будут ли на этот раз двигатели Raptor работать лучше?
По крайней мере пять из 33 двигателей Raptor вышли из строя на ракете-носителе Super Heavy, когда она впервые поднялась в воздух в апреле. SpaceX попытается улучшить эту ситуацию во втором испытательном полете связки Super Heavy-Starship.
Каждый из этих двигателей производит двести двадцать семь тонн тяги, что в общей сложности составляет почти 7 700 тонн тяги, генерируемых ускорителем Super Heavy во время первых двух с половиной минут полета. Это более чем в два раза превышает тягу ракеты «Сатурн-5», использовавшейся для миссий «Аполлон» на Луну. SpaceX может позволить себе потерять несколько двигателей без каких-либо катастрофических последствий для испытательного полета, но было бы хорошо, если бы ракета не потеряла ни одного двигателя.
В апреле из-за утечки топлива и возгорания в моторном отсеке ракеты-носителя была нарушена связь с основным бортовым компьютером ракеты, и ракета потеряла управление чуть более чем через две минуты после начала полета. Вскоре после этого сработал механизм самоуничтожения, который взорвал ракету.
Для второго испытательного полета технические специалисты SpaceX затянули болты соединений топливного коллектора на двигателях Raptor, чтобы снизить риск утечек. Они также усилили защиту между двигателями, чтобы защитить соседние Рапторы от взрыва соседнего двигателя. При будущих запусках двигатели Raptor будут иметь модернизированную конструкцию топливных коллекторов, чтобы полностью устранить ту часть, которая склонна к утечкам.
«Мы ожидаем, что двигатели Raptor будут лучше справляться с этим испытанием, — сказала Лиза Уотсон-Морган, менеджер программы NASA Human Landing System (Пилотируемая система посадки), которая курирует контракт SpaceX на разработку лунного посадочного модуля на основе конструкции Starship. - К моменту создания Starship HLS мы будем использовать гораздо более позднее поколение Raptor, что обеспечит предсказуемость работы двигателей, необходимую для пилотируемого полета».
Система рулевого управления ускорителя Super Heavy также подверглась модернизации, которая проверена во втором испытательном полете. Это переключение с гидравлического механизма управления вектором тяги на электрический, для карданной или поворотной тяги от кластера из 13 двигателей Raptor в центре сверхтяжелого ускорителя. Внешнее кольцо из 20 двигателей не имеет подвеса.
3. Как будет работать горячее разделение?
Затем, на 2 минуте 41 секунде полета, наступает еще один важный момент. В этот момент ракета-носитель Super Heavy выключит свои двигатели и отделится от верхней ступени Starship, предназначенной для выхода в космос.
Ракета, запущенная 20 апреля, вышла из-под контроля до разделения ступеней. Если предположить, что ракета в этот момент все еще будет лететь устойчиво, ракета-носитель Super Heavy отключит большую часть своих двигателей, чтобы начать последовательность разделения ступеней, после чего произойдет их физическое разделение в тот самый момент, когда двигатели Raptor заработают на верхней ступени. Этот метод «горячего разделения», хотя и является новаторским для SpaceX, десятилетиями использовался на ряде российских ракет.
Обычно ракеты выключают свои ускорительные двигатели на несколько секунд перед сбросом первой ступени, а мгновение спустя зажигают верхнюю ступень. Результатом горячего разделения станетувеличение грузоподъемности Starship, которая уже составляет более 100 метрических тонн на низкую околоземную орбиту. Но это означает, что инженерам пришлось добавить защиту к верхней части ракеты-носителя Super Heavy из нержавеющей стали, которую SpaceX хочет восстановить и использовать повторно множество раз.
Одним из конструктивных изменений, необходимых для реализации горячего разделения, является новое удлинение на 1,8 метра верхней части ракеты-носителя Super Heavy и вентиляционные отверстия, позволяющими сверхгорячему газу из двигателей верхней ступени безопасно вытекать из конструкции ракеты «а не просто взрываться, — заявил Маск ранее в этом году. - Это самое рискованное, я думаю, для следующего полета».
«Я думаю, что вероятность того, что следующий полет пройдет успешно и Starship выйдет на орбиту, намного выше, чем у предыдущего, — продолжил Маск. - Может быть, процентов 60. Это зависит от того, насколько хорошо мы справимся с горячим разделением».
4. Может ли Starship летать в космосе?
SpaceX протестировала пять прототипов Starship в 2020 и 2021 годах в высотных полетах в атмосфере с целью отработать концепцию компании о том, как посадить корабль. Все эти
испытания закончились взрывами до последнего, состоявшегося 5 мая 2021 года, когда полномасштабная верхняя ступень звездолета благополучно приземлилась после полета на высоту около 10 километров.
Это были драматические события. SpaceX показала, что Starship может спуститься обратно на Землю с помощью маневра «брюхо вниз», а затем безопасно перевернуться из горизонтальной в вертикальную ориентацию для реактивной посадки непосредственно перед тем, как достичь земли.
Чего эти полеты не сделали, так это испытания Starship в космосе. Это может произойти в субботу, при условии хороших результатов от ускорителя Super Heavy. Верхняя ступень Starship имеет шесть двигателей Raptor, три управляемых двигателя в центре и три Raptor с более крупными фиксированными соплами по периметру ракеты. Три двигателя с более крупными соплами оптимизированы для работы в космическом вакууме.
Эти шесть двигателей Raptor будут производить почти вдвое большую тягу, чем разгонная ступень рабочей лошадки SpaceX - ракеты Falcon 9. Это очень много для верхней ступени. Профиль второго полномасштабного испытательного полета космического корабля SpaceX, получившего обозначение OFT-2 или IFT-2, предусматривает, что шесть двигателей Raptor верхней ступени будут работать примерно шесть минут, пока не отключатся через 8 минут и 33 секунды после начала миссии. разгоняя ракету почти до орбитальной скорости.
Но SpaceX никогда не пыталась запустить двигатели Raptor в космической среде, где топливо может раслескиваться в условиях микрогравитации. Давление здесь составляет лишь малую часть давления на уровне моря. В этом году у нескольких ракет произошел сбой при запуске верхних ступеней, включая первые полеты новой японской ракеты H3 и ракеты Terran 1 компании Relativity Space. Продолжит ли Starship эту тенденцию?
5. Вернутся ли ракета-носитель и корабль на Землю?
Если все пойдет идеально или близко к этому, Starship будет двигаться в космосе чуть больше часа. Первоначально направившись на восток из Южного Техаса через Мексиканский залив, Starship пролетит над Флоридским проливом к северу от Кубы, затем над Атлантическим океаном, Африкой и Индийским океаном. SpaceX намеренно не придает ракете достаточную скорость для поддержания стабильной орбиты, поэтому Starship снова войдет в атмосферу над Тихим океаном и нацелится на предрассветное приводнение к северо-западу от Гавайев.
Одна сторона верхней ступени звездолета из нержавеющей стали покрыта керамической плиткой, чтобы защитить ракету от жара при входе в атмосферу. На Starship есть плавники, которые помогают ему пройти через атмосферу, прежде чем он наконец достигнет поверхности Тихого океана примерно через 90 минут после запуска из Техаса.
Ракета-носитель Super Heavy также попытается совершить управляемое приводнение в море после отделения от верхней ступени Starship. Его целью будет управляемая посадка на воду в Мексиканском заливе примерно в 32 километрах от побережья Техаса, с использованием тяги части двигателей Raptor для торможения перед приводнением.
Эти эксперименты сродни испытаниям SpaceX системы посадки ракеты-носителя Falcon 9 в середине 2010-х годов. Те испытания закончились серией аварийных посадок, прежде чем компания впервые успешно приземлила ракету-носитель Falcon 9 в 2015 году, через пять лет после первого запуска Falcon 9.
SpaceX в конечном итоге хочет посадить ракету-носитель Super Heavy и корабль Starship обратно на стартовую площадку для проверки, дозаправки и быстрого повторного использования. Для опытно-испытательных полетов ракеты подойдет посадка на воду.
Фотографии: Stephen Clark/Ars Technica
Перевод: Александр Тарлаковский (блог tay-ceti.space)
Оригинал: Five things to watch for when Starship takes off Saturday morning
