Она рванула

Что пошло не так во время первого полноценного старта Starship Super Heavy

Первый полет самой мощной ракеты в истории закончился через четыре минуты впечатляющим взрывом. Но и такой итог можно считать успехом. По крайней мере так считает Илон Маск, заявивший, что будет доволен, если ракета не взорвется на старте (видимо, имея в виду аварию советской лунной ракеты Н-1, которая в июле 1969 года полностью разрушила стартовый стол). Теперь SpaceX будет выяснять, что именно пошло не так, что нужно менять и переделывать, а мы попробуем выяснить, что можно понять о причинах взрыва уже сейчас, и есть ли у японского миллиардера Юсаку Маэдзавы шансы полететь на Starship к Луне уже в этом году.

Что с двигателями?

Через секунды с момента старта некоторые из 33 двигателей первой ступени Super Heavy перестали работать. При этом зажигание прошло штатно — если бы какой-то из двигателей не включился, автоматика прервала бы процедуру. Как раз для такой последней проверки двигатели сначала выводятся на половинную тягу и только потом начинают работать в полную силу.

Правильное срабатывание зажигания — само по себе достижение, учитывая, что это две разные системы. 13 центральных «Рапторов» включает бортовая система ракеты, поскольку их приходится запускать и во время старта и во время посадки ступени, а 20 двигателей внешнего контура (Raptor Boost), которые используются только на старте, запускает система зажигания, установленная на стартовом столе.

Почти сразу после того, как ракета оторвалась от стартового стола, инфографика на официальной трансляции показала, что выключились три двигателя Super Heavy, два из которых находились вплотную друг к другу на внешнем контуре (что может говорить об общей причине отказа). Причиной отключения могли быть осколки бетона из-под стартового стола. Во время предыдущих статических прожигов осколки не раз становились причиной поломок.

Но неприятности с движками на этом не кончились: спустя 39 секунд, на высоте 2 километра выключился еще один двигатель внешнего контура. Затем последовал взрыв — либо одного из гидравлических блоков, либо одного из двигателей. На 5 километрах выключился еще один. Параллельно на видео были заметны проблемы с еще одним двигателем в центральном блоке, а потом выключился еще один — после прохождения зоны максимального аэродинамического сопротивления — Max Q.

Скорость набора высоты была ниже ожидаемой, но ракета продолжала лететь, даже потеряв, как минимум, 8 двигателей, а ближе к первому развороту потеряла еще несколько. При этом инфографика на записи в какой-то момент перестала отображать реальное состояние двигателей — данные на ней не менялись, в то время как на видео было видно, как выключались все новые движки.

Вряд ли выключение такого большого числа двигателей рассматривалось как штатная ситуация, но ракета даже без них успешно прошла момент максимального аэродинамического сопротивления, что считалось самой важной задачей всего полета и почти добралась до момента, когда двигатели первой ступени должны были выключиться, а Starship — отделиться от первой ступени.

Отказ гидравлики?

Примерно через полминуты после старта на видео виден взрыв, который можно интерпретировать как взрыв одного из двух блоков гидравлической установки (HPU — hydraulic power unit), которая отвечает за управление вектором тяги 13 центральных двигателей. После потери своего главного органа управления ракета, скорее всего, продолжала корректировать траекторию, меняя тягу оставшихся двигателей. Сам по себе факт, что ракета держала курс еще целую минуту, — большое достижение.

Управление векторами тяги ни разу не тестировалось одновременно на всех двигателях даже во время прожига, только на каждом отдельно на наземных стендах. При этом сразу после отмены пуска 17 апреля на стартовой площадке не только решали проблему с неисправным клапаном, но и с блоком гидравлики, с которого даже сняли защитную обшивку для обслуживания — то есть какие-то сложности с ним были непосредственно перед стартом.

SpaceX, видимо, осознавала возможные проблемы с гидравликой. Полетевшая первая ступень Super Heavy с серийным номером B7 — последняя, на которой стояла гидравлическая система управления вектором тяги. Прототип первой ступени B8 с гидравликой был утилизирован ещё в январе 2023 года, прототип B9, ключевой особенностью которого будет электрическая система контроля вектора тяги с соответствующими изменениями в креплении двигателей Raptor 2. Отказ от гидравлической системы позволит избавиться от потенциальной точки отказа, упростить конструкцию и снизить массу. Илон Маск заявлял, что этот переход помимо прочего позволит сэкономить тонну массы.

Потеря управления?

После прохождения момента Max Q, ракета начала заваливаться, а крылья на второй ступени — на Starship — лишь усиливали аэродинамическое сопротивление. Возможно, что таким образом автоматика пыталась компенсировать сход с основной траектории из-за низкой скорости, смещенного центра тяжести и дисбаланса тяги.

Но ещё через полминуты был полностью потерян контроль, и вся ракета начала переворачиваться. Периодически пламя из-под двигателей становилось зеленым. Это указывает, что в пламени горело что-то постороннее, например, элементы самого двигателя. Подобное происходило и ранее во время тестирования Starhopper и других суборбитальных прототипов.

Starship Super Heavy поднялась до высоты 39 километров. Но есть нюанс: эта высота была достигнута в состоянии неуправляемого полета. По сообщению SpaceX, полет был прекращен в результате автоматического срабатывания системы прекращения полёта (FTS). Однако, на утекших кадрах с левого верхнего крыла Starship отчетливо видно, что корабль начинает «отламываться» от первой ступени. Система подрыва должна была сработать до этого момента. Да и на официальной трансляции видно, что взрыв возник в районе двигательного отсека, а не там, где должен был появиться взрыв, инициированный системой FTS — на перегородке между баками горючего и окислителя. Через 3 секунды после взрыва Super Heavy автоматика подорвала вторую ступень на высоте 29 километров. Полет был официально завершен на 4 минуте и 1 секунде.

Многоразовой ракете одноразовый космодром?

Для ответа на вопрос, когда будет следующий полет Starship Super Heavy, важнее понять не то, как именно летела ракета, а что она оставила после себя на земле. Фотографии кратера под стартовым столом и повреждений цистерн интенсивно обсуждают в соцсетях и спорят, не потребуется ли строить стартовую позицию с нуля.

При этом в феврале 2023 года поверхность под «табуреткой», с которой стартовала ракета, перезалили с использованием самого огнеупорного и высокопрочного бетона Fondag. Бетон благополучно пережил прожиг 31 двигателя Super Heavy, но тогда они работали далеко не на полной мощности. До этого практически после каждого запуска двигателей первой или второй ступеней требовалась рутинная замена поверхности под стендом. Перезаливать бетон было дешевле и проще, чем строить полноценный и сложный газоотводный лоток.

Но в этот раз ударная волна после выхода двигателей на более высокую мощность, просто разбила слой огнеупорного бетона под столом, раскаленный газ быстро проник в трещины и под высоким давлением изнутри уничтожил весь защитный слой. Первые осколки моментально разлетелись по всей площадке и повредили инфраструктуру.

Удивительно, что при таких повреждениях не разорвало топливопровод, который зарыт у одной из колонн под площадкой. В самой инфраструктуре хоть и есть системы против детонации внутри труб, но степень повреждения могла быть намного хуже. Тем более, что один из кусков бетона мог попасть по хранилищу с метаном.

Досталось и остальным элементам инфраструктуры. Помятые водонапорные цистерны, возможно, придется полностью менять, кроме того, был поврежден внутренний защитный слой цистерны с жидким кислородом, и это тоже означает полную замену. Не повезло и энтузиастам, которые решили оставить свои камеры на штативах и машинах рядом с местом запуска самой мощной ракеты в истории.

Илон Маск уже признал, что данные, полученные с предыдущих прожигов, привели к ошибочным выводам, и реальный урон для стартовой площадки оказался значительно серьезнее ожидаемого.

Инженеры SpaceX понимали, что стол нуждается в серьезном апгрейде. Некоторые элементы полноценной системы подачи воды начали доставлять на Starbase уже несколько месяцев назад.

Так почему же SpaceX не соорудила газоотводный лоток или дефлектор, не создала водяную завесу, чтобы уберечь ракету и наземную инфраструктуру от воздействия ударной волны и акустических колебаний от осколков? Ведь все это есть на стартовых площадках Falcon 9?

Вероятный ответ кроется в истории программы. 33 двигателя первой ступени необходимо обслуживать и оперативно заменять, и удобнее всего проводить эти работы прямо на стартовом столе. Для этого была создана специальная мобильная платформа, которая при необходимости поднималась под стартовый стол, раскладывалась и подвешивалась под самой ракетой. Но при наличии газоотвода понадобилась бы более сложная инфраструктура, и, видимо, в перспективе проще будет обслуживать ускоритель на отдельном стенде рядом с площадкой.

Кроме того, само положение стартового комплекса — рядом с берегом океана — и близкий уровень грунтовых вод не очень подходит для гигантского котлована. Почву под космодромом и так каждый раз приходится укреплять, а огромная яма ниже уровня воды создаст множество проблем. На космодроме на мысе Канаверал для стартовых позиций строили насыпные «курганы», но это тоже дорого и накладывает дополнительные сложности для транспортировки.

Что будет со стартовым столом — вопрос открытый, но сорванные секции бетона и арматуры у фундамента указывают на серьезность проблемы, и ее решение, вероятно, займет не один месяц.

Скоро ли вторая попытка?

Результаты первого полноценного полета пары Starship и Super Heavy еще долго будут анализировать. Впереди, как минимум, полноценное расследование регуляторов, которые вряд ли будут в восторге от того, что зрителей засыпало крошкой из бетона в 8 километрах от стартовой площадки.

SpaceX придется решить проблему устойчивости стартового стола. Компания несколько месяцев назад начала строить сегменты для новой башни и стартового стола во Флориде. Изначально предполагалось, что они предназначены для второй площадки на мысе Канаверал, но после многих месяцев простоя можно сделать вывод, что, скорее всего, их собирали как запасной вариант на случай серьезной аварии в Техасе. Транспортировка элементов башни и стартового стола возможна через Мексиканский залив, но перед этим понадобится устранить повреждения.

Кроме того, на Starbase уже лежат элементы новой системы отвода огня, для их установки потребовалось раскопать фундамент «табуретки». В каком-то смысле Starship уже проделал часть этой работы. При этом все изменения придется согласовывать с государственными органами, что может занять не один месяц.

Серьезные модификации необходимы самой ракете. Вряд ли инженеры примут как данность отключение почти трети двигателей до отделения второй ступени, поэтому придется и выяснять причины, и модифицировать конструкцию. Переход на электрическую систему управления вектором тяги, по всей видимости, — дело решенное.

Кроме того, необходимо будет выяснить, что происходило во время полета с теплозащитой «Старшипа». На видео пуска было заметно, что некоторые плитки отлетели.

После решения этих проблем Starship ждут интенсивные испытания. Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) ранее выдало разрешения на два следующих пуска, которые должны пройти с выходом на незамкнутую орбиту и последующим падением в океан в 100 километрах от Гавайских островов. Правда теперь эти разрешения заморожены. Эти миссии будут проходить с облегченной версией второй ступени — без тепловой защиты и крыльев. Соответствующие прототипы S26 и S27 уже собраны и ждут своего часа.

Предстоит еще протестировать мягкую посадку первой ступени в океан, разделение ступеней и выход второй ступени на орбиту, ее контролируемый вход в плотные слои атмосферы, и, конечно, посадку с помощью башни Mechazilla.

После испытаний ракету ждет настоящая работа: вывод на орбиту спутников новой серии Starlink V2, которые специально разрабатывались под его возможности и габариты. На Starbase уже есть объекты по эксплуатации и интеграции новых спутников с кораблем.

Если орбитальные пуски пройдут успешно, предстоит проверить и испытать систему дозаправки ракеты в космосе, которая необходима для лунной программы «Артемида» — лунной версии Starship предстоит сыграть роль лунного посадочного модуля в рамках этой программы. Высадка на Луну астронавтов в рамках миссии Artemis III, которая пока что намечена на декабрь 2025 года, целиком и полностью зависит от успеха Starship.

Первый полет дал инженерам и проектировщикам главное — настоящие данные о работе ракеты. И ряд ключевых моментов этого полета были пройдены успешно. Ракета взлетела, не взорвалась на старте и пролетела точку максимального аэродинамического сопротивления. А это отличный фундамент, чтобы перейти к следующим этапам, хотя они потребуют немало времени и сил.

На фоне всех этих задач шансы, что туристический полет к Луне миллиардера Юсаку Маэдзавы и его попутчиков действительно состоится, как планировалось, уже в этом году, выглядят призрачными. Предсказать, сколько времени потребуется на доработку самой большой ракеты в истории, пока нельзя, но 10 лет назад мало кто верил, что можно будет регулярно возвращать и сажать первую ступень космической ракеты, а теперь это стало рутиной.

Возможно, сценарий повторится и в этом случае, и человечество действительно получит корабль для путешествий на Марс.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Японский модуль SLIM в четвертый раз уснул на Луне

Он может проснуться в конце апреля