Велика ракета Ілона Маска

Засновник SpaceX ніколи не приховував, до чого затівалася вся історія з приватної космонавтикою. Ще в 2002 році Ілон Маск поділився грандіозними планами заселення інших планет, а трохи пізніше виділив основну мету — Марс. Поки що людство до таких польотів не готове, і чи не головною проблемою залишається відсутність ракет-носіїв і космічних кораблів достатнього розміру. До їх створення команда Маска поспішає семимильними кроками, наближаючись до завершення свого, можливо кращого, творіння. Багаторазова надважка ракета Big Falcon Rocket (BFR) готується витіснити всі попередні розробки компанії.

Засновник SpaceX ніколи не приховував, до чого затівалася вся історія з приватної космонавтикою. Ще в 2002 році Ілон Маск поділився грандіозними планами заселення інших планет, а трохи пізніше виділив основну мету — Марс. Поки що людство до таких польотів не готове, і чи не головною проблемою залишається відсутність ракет-носіїв і космічних кораблів достатнього розміру. До їх створення команда Маска поспішає семимильними кроками, наближаючись до завершення свого, можливо кращого, творіння. Багаторазова надважка ракета Big Falcon Rocket (BFR) готується витіснити всі попередні розробки компанії.

Михайло Котов

У перші Ілон Маск оголосив про початок робіт над ракетами великої вантажопідйомності в 2010 році. На відміну від класичної схеми «ескіз — креслення — виробництво», творці BFR немов ступають на дотик, постійно повертаючись назад, перераховуючи і зважуючи нові варіанти. У той час як в порту Лос-Анджелеса готується майданчик для будівництва і обслуговування BFR, а виробництво деяких компонентів вже почалося, навіть остаточний зовнішній вигляд ракети залишається не визначений. Такий підхід викликає хвилю критики: мовляв, у SpaceX просто не знають, що роблять. Однак і звичні схеми чомусь не надто працюють: надважка ракета NASA SLS вже п’ятий рік зависла на етапі будівництва, строки завершення постійно зсуваються, і наявність схвалених та підписаних креслень в цій ситуації ніяк не допомагає.

Крім того, чергові зміни стосуються в основному другого ступеня BFR. Перша залишається практично незмінною, для неї вже створені й відпрацьовані паливні баки та інші елементи. Головна новинка в архітектурі ракети — змінні багаторазові другі сходинки. Так що немає нічого дивного в тому, що доопрацювання їх триває і під час побудови прототипу. Передбачається, що перший примірник BFR буде зібраний в порту Лос-Анджелеса і морським шляхом доставлений у Флориду для запуску: наземний транспорт не впорається з таким масштабним вантажем. Планується, що після старту з мису Канаверал відпрацьовані ступені сядуть на морські платформи і будуть відбуксирували назад у Лос-Анджелес для перевірок і підготовки до наступного запуску.

Сядуть всі

Ключовою відмінністю BFR від усіх існуючих в даний час ракет повинна стати повна многоразовость. Але якщо повернення першого ступеня у виконанні Falcon 9 за останні кілька років стало буденністю, то посадка другій ступені — завдання нетривіальне: їй потрібно гасити набагато більшу швидкість. Як і перша, вона буде спускатися вертикально, використовуючи двигуни і розкладні опори, на початкових етапах польоту втоплені в корпус.

Проте другий щаблі доведеться сідати не тільки на Землі, але і на Марсі, доставляючи людей і вантажі. Тому зовні вона більше схожа не на звичайну циліндричну ступінь ракети, а на космоплан з майбутнього — з невеликими напливами дельтоподібних крил у верхній і нижній частинах і закрилками, необхідними для маневрування. Потрібно і більше палива, з-за чого друга щабель BFR лише ненабагато менше першої. Більшість сучасних ракет виготовляють із сплавів легких металів, однак Ілон Маск створює BFR з нержавіючої сталі. Причин цьому називається декілька: перш за все «нержавійка» дешевше сучасних композитів, а крім іншого, з таким корпусом BFR отримає абляционный тепловий щит, який працює при гальмуванні в щільних шарах атмосфери. Крізь спеціальні клапани залишки палива, метану, будуть надходити на поверхню ракети, оберігаючи її від перегріву.

Big Falcon Rocket (BFR) (SpaceX) і Space Launch System (SLS) (Boeing, ULA, Northrop Grumman)

На першій ступені, що отримала назву Super Heavy, будуть використовуватися двигуни Raptor на метані і кисні — однією з найбільш ефективних і безпечних для навколишнього середовища паливних пар. 7 лютого 2019 року інженерам SpaceX вдалося вивести прототип двигуна на проектну потужність. У другий щаблі двигунів буде сім: розробники об’єднали її з космічним кораблем в одну структуру — Starship, отримавши величезний (на 18 м довша «шатлів») космоліт з можливістю дозаправки на орбіті, посадки на Марсі і (після поповнення запасів палива) навіть зльоту з його поверхні. Втім, «гібридна» друга щабель зможе узяти на себе не тільки марсіанські місії. Інженери SpaceX повідомили про розробку — поки що — трьох спеціалізованих модифікацій.

Три гібрида

Ключовим варіантом як у вантажний, так і в пілотованої версії стане, звичайно, BFR Starship — щабель з космічним кораблем. Великий простір обіцяє прийнятні умови для невеликого екіпажу або навіть групи колоністів: за останніми даними, BFR Starship буде мати від 850 до 1000 кубометрів герметизованого обсягу і ще 88 кубометрів для вантажів та приладів, які не бояться відкритого космосу. Це можна порівняти з простором великого пасажирського літака начебто Airbus A-380 — в космосі нічого подібного ще не бувало. Вважалися просторими для роботи і польоту восьми астронавтів космічні човники Space Shuttle мали лише 86 кубометрів загерметизированного простору, розділеного на польотну палубу і пасажирський відсік.

Архітектура майбутньої місії на Марс

Друга версія другого ступеня BFR буде допоміжної: її завдання — забезпечити виконання далеких космічних місій кораблями Starship. Заправник BFR Tanker — мабуть, безпілотний і з можливістю автоматичного стикування в космосі — дозволить поповнити запаси палива на орбіті перед відльотом, а сам повернеться для нової заправки на Землю. Нарешті, модифікація BFR Satellite Delivery Spacecraft з великими стулками, що відкриваються (як у «шатлів») призначається для запуску супутників.

В даний час на споруджуваному космодромі Бока-Чіка на півдні Техасу вже готовий макет майбутньої ступені Starship. В кінці січня його повалило вітром, але все вдалося відновити за кілька тижнів: Starhopper — просто порожній циліндр, необхідний для тестування двигунів Raptor. Схожий на обрубаний Starship, він буде сідати за допомогою двигунів і здійснювати атмосферні стрибки — спершу невисоко, потім на кілька кілометрів.

Цікаве в мережі

На Марс, але не відразу

З цього комплекту елементів вже можна зібрати повноцінну експедицію на Марс. На першому етапі щабель Super Heavy підніме BFR Starship на орбіту і повернеться назад, після чого відправиться на підготовку до наступного польоту. Нею ж будуть запущені кілька заправників BFR Tanker, необхідних для завантаження баків Starship (SpaceX планує звести проміжок між послідовними запусками Super Heavy до 48 годин). Заправлений корабель відправиться до Марса, причому за рахунок старту з орбіти і великого запасу палива зуміє досягти його за 115-120 днів. Потім — гальмування в розрідженій атмосфері і посадка на заздалегідь підготовлену площадку. Перевірка двигунів, розвантаження, заправка місцевим, виробленим на Марсі метаном — зворотній шлях.

Наші плани Тим часом у Роскосмосі триває опрацювання вигляду перспективною надважкої ракети-носія «Енергія-5В». Швидше за все, в якості першого і другого ступенів для неї будуть використовуватися кілька модулів майбутніх легких ракет “Союз-5” (“Іртиш”) з гасовими двигунами РД-170 або РД-180. У деяких варіантах у носія з’являються третя і четверта ступені, запозичені у проекту “Ангара-А5”, і навіть киснево-водневий розгінний блок КВТК, який розробляється для цих важких ракет.

Сьогодні це виглядає нехай і наукової, але фантастикою, але вже зовсім скоро стане ясно, наскільки швидко вона стане реальністю. Очікується, що перший прототип BFR стартує вже в найближчі 2-4 роки, а в 2024-му відбудеться пілотований запуск. Повна многоразовость і велика вантажопідйомність ракети обіцяють чергове зниження цін на космічні запуски: в ідеалі собівартість польоту BFR буде складатися лише з витрат на паливо та відновлення повернулися модулів.

На відміну від Falcon 9, яка хоч і має можливість посадки першої ступені, але все-таки залишається в рамках ракетобудівного мейнстріму, BFR дійсно не має аналогів. Ні NASA, ні Роскосмос, ні навіть китайські інженери поки не пропонують нічого настільки ж масштабного і революційного. І коли ця велика ракета полетить, ми, можливо, почнемо відлік нової космічної ери, куди більш близькою до того, про що завжди мріяли фантасти — з великими кораблями, з возвращаемыми ракетами і масовими космічними перевезеннями.

Залізний Маск

Вибір сталевого сплаву в якості основного матеріалу для BFR здивував багатьох. Ілон Маск пояснив це рішення в ексклюзивному інтерв’ю для Popular Mechanics. Ми публікуємо ключові тези і відповіді засновника SpaceX.

Защита. “З передньої сторони я думаю вперше використовувати регенеративну теплозахист. Подвійний сталевий сендвіч… ви закачуєте паливо або воду між шарами. При цьому зовнішній шар микроперфорирован, покритий дуже дрібними порами… і ви отримуєте охолодження за рахунок випаровування.

Вартість. “Спочатку ми створювали складну углеволоконную структуру, однак прогрес залишався занадто повільним, а ціна за кілограм досягала 135 дол. При цьому близько 35% виробленого матеріалу все одно відправляється у відходи, ви просто обробляєте і викидаєте обрізки».

Цікаве в мережі

Легкість. “Зі сталлю ви отримуєте конструкцію, прекрасно почуває себе при 800 °C замість 150… Це означає, що при входженні в атмосферу сталевий структури задня сторона корпусу взагалі не потребуватиме додаткового теплозахисту”.

Міцність. «При досягненні кріогенних температур більшість сталей стають дуже крихкими… але не нержавіюча сталь, особливо багата хромом і нікелем. Вона збільшує міцність і зберігає високу пластичність. І немає проблем з тріщинами».

Простота. “У нас відмінна команда матеріалознавців, але для початку ми просто використовуємо високоякісну нержавіючу сталь 301… Можу сказати, що з цієї нержавійки роблять посуд. Її вже і так масово виробляють”.

Поїхали! “Такий вибір здається контрінтуітівним, і від мене потрібно немало зусиль переконати команду рухатися в цьому напрямку. Наскільки мені відомо, такого ще ніхто не пропонував”.

Стаття «Велика ракета Ілона Маска» опублікована в журналі «Популярна механіка»
(№4, Квітень 2019).