SpaceX Starship. Зачем и почему

Новый корабль SpaceX — Starship — сейчас у всех на слуху. Почему же он задуман таким непохожим на современные космические корабли и что о нём известно?

Сама форма Старшипа вытекает из идеи полёта на Марс и обратно на одном и том же космическом корабле. Идеи, которой давно горит Илон Маск. Он давно начал думать о корабле, который будет и надёжным, и недорогим, по сравнению с современными системами.

Итак, основная идея — это многоразовый космический корабль, который может доставить несколько десятков тонн на Марс и улететь обратно на топливе, которое будут производить прямо на Красной планете. Уже звучит фантастично, не правда ли? Но чем глубже прорабатывается проект, тем более фантастичным он становится. Вы сейчас наглядно в этом убедитесь.

Изначально проект назывался ITS (Interplanetary Transport System, межпланетная транспортная система), затем его переименовали в BFR (Big Falcon Rocket), теперь же первая ступень называется Super Heavy, а вторая — Starship. Об этом Илон Маск сообщил в Twitter.

Земная гравитация настолько велика, что одноступенчатый аппарат на химических двигателях делать нет смысла: топлива потратит много, а полезной нагрузки на орбиту выведет мало. При современных возможностях космической отрасли для полёта на Луну или на Марс нужно вообще три ступени.

Обычно все ступени ракет выбрасывают, а на Землю возвращается только небольшой корабль, как правило, с людьми. Но SpaceX не любит выбрасывать дорогостоящую технику. Поэтому первая ступень — Super Heavy — будет возвращаться на место старта, а вторая ступень, Starship, сможет входить в атмосферу со второй космической скоростью (11,2 км/с или 40320 км/ч) и будет приземляться на двигателях на специально подготовленную площадку.

На этом общее описание фантастической идеи не заканчивается. Как мы уже отметили, для полёта на Луну или Марс нужна третья ступень. Так вот, Starship будет и второй, и третьей ступенью. После выхода Starship на низкую околоземную орбиту он исчерпает всё топливо. Первая ступень, вернувшись на стартовый стол, подхватит другую модификацию Starship — корабль-заправщик, в котором полезной нагрузкой будет дополнительная масса топлива. Заправщик выйдет на ту же орбиту, что и первый корабль, состыкуется с ним и частично заполнит его баки. Потребуется несколько рейсов заправщика, чтобы корабль с техникой или людьми смог отправиться к другому небесному телу.

По прилёту на Марс первым делом будет развёрнута добыча водяного льда, находящегося под поверхностью. И завод по производству метана и кислорода из местной воды и углекислого газа, добываемого из атмосферы. Кстати, кислорода будет получаться больше, чем нужно для работы двигателей, поэтому излишки будут использовать люди для дыхания.

Гравитация Марса меньше Земли, поэтому для возвращения одноступенчатого корабля будет достаточно. И всё это при том, что раньше никто не делал серийного ракетного двигателя, работающего на метане с кислородом. Другие виды топлива, например керосин, либо сложнее производить на Марсе, либо (водород) сложнее хранить: он диффундирует сквозь любые материалы и делает их при этом хрупкими.

Причём бак с жидким метаном будет наддуваться газообразным метаном, а бак с жидким кислородом, соответственно, газообразным кислородом. Сейчас баки у Falcon 9 наддуваются гелием, который на Марсе не достать.

В предыдущих итерациях проекта Starship хотели сделать из углепластика, даже начали делать 9-метровые секции под тентом в порту Лос-Анджелеса. К углепластику планировали добавить привычную термозащиту, аблятор на основе фенолформальдегидных смол. Такой тип термозащиты используется в корабле Dragon. Для Starship предполагалась улучшенная версия.

Но если вам проект уже кажется несколько сумасшедшим для технологий сегодняшнего дня, то SpaceX на этом не останавливается. Они решили делать корпус Starship из нержавеющей стали, с охлаждением нагреваемой части корабля, входящего в атмосферу, жидким метаном. То есть мы можем ожидать множество трубопроводов в стальной стенке корабля, по которым жидкий метан будет прокачиваться мощными насосами. Нагретый газообразный метан, скорее всего, придётся сбрасывать за борт. Такое инженерное решение позволит быстрее и легче готовить корабль к повторному старту.

Орбитальные тесты планируют начать через год-полтора, а сейчас в Бока Чика (Техас) строят первый прототип для прыжковых испытаний. Как его только не называют: Starhopper, Big Foil Ship, Big Falcon Hopper. Прототип, внешний вид которого вызывает как минимум удивление, будет взлетать вверх не более чем на несколько километров и приземляться обратно. Планируется тестировать новую систему позиционирования и совместную работу двигателей Raptor. Аналогичные испытания SpaceX производила при разработке возвращаемой ступени Falcon 9, прототип назывался Grasshopper (кузнечик).

У прототипа будет три таких двигателя, а у финальной версии корабля их должно быть семь. В ближайшие несколько недель планируют провести огневые испытания новой версии Raptor в Макгрегоре в Техасе. Если всё будет хорошо, то эти двигатели установят на прототип и будут готовить его к тестам. Если же потребуются доработки двигателей, то первый полёт будет отложен.

Посмотрим на историю создания Starhopper. 14 декабря 2018 года в Бока Чика, в том самом месте, где SpaceX планируют построить новый космодром, космические энтузиасты заметили, что на бетонном основании стоится цилиндрическая конструкция из металла

Было много шуток про водонапорную башню и бочку для теслакилы.

Затем к ней стали крепить трубы, похожие на опоры:

Рядом начали собирать цилиндрическую секцию, обшивая её блестящими листами:

Под тентом сварили носовую часть:

У основной конструкции добавляли опоры:

Различные секции готовят к сварке друг с другом:

Внутрь нижней секции устанавливают треугольный элемент каркаса

Нижнюю часть прототипа снимают с бетонного основания и ставят рядом:

На бетонном основании строят ещё одну цилиндрическую секцию:

В нижней части прототипа появляются три сопла:

Цилиндрические секции всё растут и растут, в одной из них появляются сквозные отверстия:

Свободное пространство в опорах начинают закрывать листовым металлом:

На блестящей цилиндрической части появляется флаг:

А вместе с флагом и шутки про синюю изоленту:

Две большие секции переставляют по площадке:

Отклеивают синий скотч:

Носовую часть сваривают с цилиндрической:

Нижнюю часть начинают обшивать блестящими листами:

Илон Маск пообещал сделать полную техническую презентацию Starship весной 2019 года, после того как начнёт летать Starhopper. А пока этого не случилось, мы можем пофантазировать о том, как будет воплощён этот космический корабль.

В ближайшее время, скорее всего, мы увидим установку баков для метана и кислорода в нижнюю часть Starhopper, а затем две большие секции объединят в одну конструкцию.

Starship будет более похож на этот рендер, чем на Starhopper:

Сделать корпус корабля единой деталью невозможно, поэтому он точно будет состоять из секций, которые будут сварены между собой. Сварные швы, конечно же, зашлифуют, но идеальную поверхность не стоит ожидать.

Можно предположить, что отдельные части будут изготавливаться либо центробежным литьём тонкостенных деталей с охлаждением жидким азотом, либо ковкой. Эти два процесса обеспечат наибольшую прочность деталей из сплава на основе железа. Чем меньше будет сварных швов в конструкции, тем лучше. Только вообразите, если в SpaceX появится форма для центробежного литья деталей диаметром 9 метров…

Будем ждать шокирующих видео от Илона в ближайшие месяцы!