Starship готовится к старту. Как лунные амбиции Трампа помогут марсианским планам Маска

Долетит ли Starship до Марса

Компания SpaceX Илона Маска уверенно продвигается к выполнению своего обещания запустить до конца текущего года на околоземную орбиту прототип межпланетного космического корабля Starship, способного совершить экспедицию на Марс. Он должен стать крупнейшим космическим кораблем в нашей земной истории.

В мае прототип Starship SN4 (название означает, что это четвертый полноразмерный прототип) прошел ряд жестких испытаний. 6 мая Маск сообщил, что SN4 успешно прошел испытание в статическом пожаре. А 10 мая отрапортовал о новых успехах: SN4 выдержал высокое давление (в 7,5 раз выше давления нашей земной атмосферы на уровне моря), а его двигатель Raptor смог работать в условиях низких температур (для этого SN4 был заполнен жидким азотом).

Пока что это только наземные достижения. Но они приближают SpaceX к долгожданному испытательному полету SN4. Маск хочет, чтобы этот прототип достиг высоты около 150 м. Не дожидаясь этого, SpaceX уже строит следующий прототип, SN5, с тремя двигателями Raptor. Он, по словам Маска, будет нацелен на высоту испытательного полета 20 км.

Так - испытание за испытанием, прототип за прототипом - SpaceX продвигается к созданию настоящего межпланетного корабля, способного везти 100 пассажиров. Он будет оснащен шестью двигателями Raptor и сможет запускаться с Луны и Марса. Но чтобы подняться с поверхности Земли, ему понадобится помощь ракеты Super Heavy с 31 двигателем.

Маск говорит, что и Starship, и Super Heavy будут многократно использоваться повторно. Выведя Starship в космос, ракета Super Heavy вернется на Землю, осуществив вертикальную посадку, а сам Starship после взлета сможет совершить множество космических миссий.

Если долгосрочное видение Маска станет реальностью, эти миссии будут нацелены на различные направления в Солнечной системе, включая Луну. Но основной целью является Марс; предприниматель-миллиардер считает, что Starship и Super Heavy делают его давнюю мечту - колонизацию Красной планеты - экономически осуществимой.

На сегодня только один прототип Starship поднялся над поверхностью Земли. Транспортное средство под названием Starhopper сделало несколько коротких прыжков, прежде чем уйти на пенсию в августе 2019 г. Действительно ли SpaceX сумеет создать вместо этого малыша огромный 100-местный корабль, который будет курсировать между Луной и Марсом? Пока что в это поверить трудно. Однако в успех Маска уже поверило американское государство. И именно на него сделало ставку в своей лунной программе.

Сначала - до Луны

30 апреля NASA (Национальная аэрокосмическая администрация США) объявила о том, что над миссией на Луну, запланированной по программе Artemis ("Артемида") на 2024 г., будут работать компании Blue Origin, Dynetics и SpaceX. Каждая из них будет проектировать и разрабатывать систему посадки людей. И одна из этих систем, как надеется NASA, "высадит первую женщину и следующего мужчину на поверхность Луны" в 2024 г.

Контракты действуют уже с мая 2020 г. Суммарно компании получат $967 млн на первые десять месяцев работы. Такие условия NASA объявила в сентябре 2019 г., когда начала принимать заявки на конкурс.

На долю SpaceX придется только $135 млн - лишь седьмая часть общей суммы. Но это не означает, что NASA считает компанию Маска аутсайдером. Администратор NASA Джим Брайденстайн специально подчеркнул: "Многие взглянут на финансирование в долларах и решат, что у нас есть фавориты. А на деле это совсем не так".

Поясняя причины меньшего финансирования SpaceX, Брайденстайн отметил, что эти суммы выдавали исходя из пожеланий самих компаний, а также объемов работ по подготовке лунного посадочного модуля, которые эти компании планируют в ближайшие десять месяцев. Иными словами, SpaceX получила меньше остальных просто потому, что просила меньше остальных, а не потому, что NASA ее не любит.

SpaceX предложила для доставки людей на Луну свою ракету Super Heavy и корабль Starship. Преимущество этого предложения заключается в том, что в случае его успешной реализации NASA получит недорогое многоразовое решение для своих нужд.

Starship опирается на принципиально новые и никогда ранее не летавшие технические решения. Корабль оснащен метан-кислородными жидкостными ракетными двигателями (ЖРД) Raptor, с полной газификацией обоих компонентов топлива. В других ЖРД полностью превращается в газ лишь один из компонентов топлива. А чем выше уровень превращения в газ его компонентов, тем выше эффективность ЖРД.

В прошлом году Raptor стал первым метановым ЖРД, оторвавшимся от Земли на своей тяге (на борту прототипа Starship). Метан при горении почти не дает сажи, что резко упрощает многократное использование ракет, летающих на этом горючем. Впрочем, сам Маск изначально предполагал использовать в своей "марсианской ракете" водород. Но оказалось, что водородный вариант неприемлем для длинных полетов (велики утечки из баков). Керосин не подходит тоже - его просто нет на Марсе. А без дозаправки на месте ракета для полета туда и обратно выйдет слишком большой и чересчур дорогой. Метан для Starship вполне можно получить на месте из марсианского грунта с помощью реакции Сабатье (названа по имени открывшего ее французского химика Поля Сабатье, получившего в 1912 г. Нобелевскую премию по химии). Такая возможность и определила выбор SpaceX в пользу этого топлива.

Наконец, Starship должен быть полностью многоразовым, а для снижения затрат топлива при посадке на хвост он будет тормозить в атмосфере Земли, развернувшись "брюхом вниз", поперек воздушного потока. Все эти особенности должны позволить ему выводить как минимум 100 т при каждом пуске - при цене пуска в считанные миллионы долларов. Это на порядки ниже существующих цен выведения полезных грузов на орбиту.

Из списка особенностей Starship понятно, что это самый амбициозный космический проект за всю нашу историю. А значит, успех его не гарантирован. Впору спросить, как NASA вообще решилась включить его в программу "Артемида", по которой высадка на Луне должна состояться уже в 2024 г.

При всей рискованности этого решения, его следует признать обоснованным. Хотя прототипы Starship нередко попадают в аварийные ситуации, компания очень быстро совершенствует их. SpaceX всегда имела много мелких аварий на начальных этапах разработки носителей. Но если традиционные игроки готовы по пять лет отлаживать системы между испытательными полетами, то компания Маска поступает ровно наоборот - все изменения вносятся "бегом", на ходу, в очень сжатые сроки. Неудачи на взлетной площадке ее не обескураживают, а заставляют работать еще упорнее. Так она довела до ума ракеты Falcon, первые пуски которых были стабильно провальными, и так же она поступит со Starship.

Брайденстайн так и объяснил свое решение изданию Ars Technica: "SpaceX хороша в полетах и испытаниях, равно как и в сбоях и исправлениях. Да, люди смотрят на все это и спрашивают: "Боже мой, мы только что видели, как Starship снова взорвался. Почему вы заключили с ними контракт?" Ответ в том, что SpaceX действительно умеет последовательно проводить тестирования и исправлять недостатки. Их проект в случае успеха будет трансформирующим: он обеспечит снижение затрат и расширение доступа, и это будет способствовать коммерческой деятельности, о которой мы только мечтали. Я полностью верю, что Илон Маск добьется успеха. Он сконцентрирован, словно лазер, на этой деятельности".

Уверенность Брайденстайна имеет свои основания. SpaceX в мае 2011 г. сообщила, что ракета-носитель Falcon 9 была разработана с чистого листа до первого запуска за четыре с половиной года всего за $300 млн. В свою очередь, NASA в августе 2011 г. оценила, что она бы потратила на разработку такой ракеты почти $4 млрд, то есть в 13 раз больше. Затем, вплоть до 2014 г., скептики из NASA говорили, что идея посадки первой ступени Falcon 9 на Землю нерабочая. Что многоразовые носители дороже одноразовых - и что сама NASA точно установила это на своем опыте с шаттлами. А потом вдруг оказалось, что SpaceX преуспела с частичной многоразовостью и что цена таких пусков заметно ниже, чем разовых на тех же Falcon 9.

Что обещают Blue Origin и Dynetics

Теперь посмотрим, что обязались сделать две другие команды, которые NASA осчастливила контрактами по программе "Артемида". $579 млн, т. е. более половины общей суммы трех контрактов, получит компания Blue Origin, принадлежащая основателю Amazon.com Джеффу Безосу.

Blue Origin собрала вокруг себя "Национальную команду", в которую вошли еще три мощные компании: Lockheed Martin, Northrop Grumman и Draper. Эта команда должна посадить на Луну модуль Blue Moon, над которым Blue Origin работает с 2016 г. Его запустит к Луне ракета-носитель New Glenn, которую Blue Origin разрабатывает с 2012 г. Первый запуск этой ракеты на околоземную орбиту планируется произвести в 2021 г.

Контракта на $253 млн удостоилась компания Dynetics, чьим партнером в этом проекте выступает корпорация Sierra Nevada. Эта команда разрабатывает спускаемый модуль Alpaca, оснащенный парой отделяемых баков. Когда содержимое баков истощается, они сбрасываются во время спуска, а сам модуль можно использовать повторно. Модуль будет запущен к Луне ракетой-носителем Vulcan, которую разработал United Launch Alliance, являющийся совместным предприятием компаний Lockheed Martin и Boeing.

В отличие от разработок двух других команд, модуль Alpaca не основан на уже существующих конструкциях, его придется делать с нуля. К тому же он довольно необычный - у него большие солнечные батареи снаружи, что может оказаться его уязвимым местом в лунных условиях. По опыту посадок 1960-1970 гг. известно, что модуль поднимает огромное количество мелкой пыли из-за тяги двигателей. Ясно, что пыль осядет на батареях и снизит выдачу ими энергии, но насколько именно - заранее сказать нельзя.

Повторим, что нынешние контракты заключены на 10 месяцев, после чего NASA будет решать судьбу всех трех проектов. Дальнейшее финансирование может быть выделено только двум или же только одной команде. При принятии решения NASA будет оценивать техническую готовность различных конструкций посадочного модуля, а также различных вариантов доставки его к Луне.

Как подчеркивает руководитель пилотируемых миссий NASA Дуглас Ловерро, система запуска и сам модуль будут строиться интегрированно на стартовой площадке. "Интегрировать их на месте старта гораздо менее рискованно. Это меньше испытаний. Меньше независимых силовых установок и энергосистем. Так что, безусловно, в этом есть огромное преимущество", - поясняет он.

А будет ли Луна-2024?

Срок контрактов истечет в феврале 2021 г. К тому времени может случиться всякое. Например, на президентских выборах 3 ноября Дональд Трамп может проиграть Джо Байдену. А ведь возвращение американцев на Луну - это его идея. И Трамп именно для того хочет успеть с программой "Артемида" к 2024-му, чтобы это историческое событие увенчало его вторую каденцию.

Если президентом станет Джо Байден, он вряд ли захочет отменить уже объявленную на весь мир программу американского престижа, но спешить именно к 2024-му ему не будет резона. С другой стороны, вовсе не факт, что хоть одна из трех команд, участвующих сейчас в программе "Артемида", уложится в отведенный срок. За оставшиеся четыре года надо сделать столько, сколько традиционные участники программ американского космоса никогда не делали за такое короткое время.

Для сравнения, контракт с корпорацией Grumman на создание лунного модуля для программы "Аполлон" был заключен в марте 1963 г. на сумму $388 млн, что в современных ценах эквивалентно $3,2 млрд. Первый лунный модуль с экипажем полетел шесть лет спустя - в марте 1969 г. на "Аполлоне-9". А посадка "Аполлона-11", когда земляне сделали первые шаги по Луне, состоялась еще позже - в июле 1969 г.

Скепсис насчет сроков относится ко всем трем командам, ввязавшимся в программу "Артемида", включая и SpaceX. Сомнительно, что к 2024-му Маск успеет довести свой проект до полной готовности. Его компания хорошо умеет делать ракеты, но Starship должен не только летать, но и иметь мощную систему жизнеобеспечения астронавтов.

Герметичный обитаемый внутренний объем этой громадины приближается к тысяче кубометров (это даже больше, чем у МКС). Значит, потребуется сложная система контроля состава воздуха и его регенерации. SpaceX никогда не делала системы жизнеобеспечения для таких крупных объемов, а задача эта технически весьма сложная.

К 2024-му Starship вполне может начать полеты. Но далеко не факт, что его разработчики успеют довести все системы до такого уровня испытанности, чтобы без опаски сажать туда экипаж для полетов до Луны.

Тем не менее, даже если наполеоновские планы Трампа по высадке на Луну в 2024-м будут сорваны, средства NASA, полученные SpaceX по нынешнему и будущим контрактам, принесут много пользы обеим сторонам. Они позволят SpaceX в течение 2020-х довести до ума ракету-носитель и корабль, пригодные для полетов и на Луну, и на Марс. А это значит, что NASA наконец сможет забыть о тяжелой серии неудач, преследующих ее с 2003 г., когда после катастрофы шаттла Columbia программа пилотируемых полетов США была остановлена. Ставка на Маска дает NASA шанс начать новую серию блистательных космических достижений.

Кстати, NASA может подключить SpaceX к еще одной важной компоненте своей лунной программы - строительству лунной орбитальной станции Gateway. 13 мая Ловерро сообщил о новом плане запуска начальных элементов станции. Вместо того, чтобы запускать первые два модуля отдельно и провести их стыковку на орбите Луны, теперь их намерены интегрировать в единый комплекс на Земле и запустить на одной ракете. "Это одновременно и снижение риска, но, что более важно, это огромное сокращение расходов для нас", - заявил Ловерро.

Новый план NASA предполагает запуск комбинированного "ядра" станции в ноябре 2023 г. и использование солнечной электрической двигательной установки для выхода на лунную орбиту к сентябрю-октябрю 2024 г. NASA уже опубликовала предварительный запрос предложений для запуска и рассчитывает заключить контракт этой осенью.

"У нас есть один провайдер запуска, который может выполнить эту работу", - сказал руководитель программы Gateway Дэн Хартман. Он не раскрыл эту компанию, но это, как полагают, SpaceX, которая может запустить "ядро" станции с помощью своей сверхтяжелой ракеты Falcon Heavy, которая уже введена в эксплуатацию. Напомним, свой первый испытательный запуск Falcon Heavy выполнила 6 февраля 2018 г. Тогда в качестве "полезной нагрузки" выступил электромобиль Tesla Roadster. Всего на счету у этого носителя три запуска, все удачные.