Ракета с вертикальной посадкой
Добавил пользователь Alex Обновлено: 19.09.2024
Это резонансное событие не затмили ни успехи конкурентов в лице Джеффа Безоса, ни падение ракеты при повторной посадке. Прошло больше месяца, а споры никак не стихают. Оптимисты твердят об инновациях, дешевых орбитальных полетах и, вообще, новой эре космической экспансии. А из лагеря оппонентов доносятся презрительные крики о мошенничестве и умелом PR. Попробуем сопоставить факты и мнения обеих сторон, чтобы разобраться в вопросе.
SpaceX первой в истории создала многоразовый космический транспорт?
Даже Безос повторно использовал ракету раньше, чем Маск?
Да. Blue Origin, частная аэрокосмическая компания Джеффа Безоса, первой в мире посадила побывавшую в космосе ракету вертикально, а после закрепила успех повторными запуском и посадкой того же аппарата. Первая ступень корабля New Shepard дважды приземлилась с помощью реактивной тяги, что позволило Blue Origin опередить работающую над аналогичной технологией компанию Маска.
Многоразовая часть New Shepard после посадки
Дебютная посадка New Shepard состоялась 24 ноября 2015 года в Техасе, где ракета села на твердую землю. А первая ступень Falcon 9 впервые удачно приземлилась на суше только месяц спустя — 22 декабря на мысе Канаверал. Не теряя времени даром, Blue Origin снова отправила тот же аппарат в космос и вернула его на материк 23 января текущего года, закрепив за New Shepard статус первой многоразовой ракеты с вертикальной системой посадки. Тем временем SpaceX все еще не запустила ни одной своей ракеты повторно и лишь провалила очередную попытку посадить Falcon 9 на баржу в океане.
Выходит, удачная вертикальная посадка Falcon 9 — всего лишь умелый PR?
Пока неизвестно. С одной стороны, именно ракета Маска дает новую надежду на удешевление орбитальных космических полетов. Пассажирская система Безоса не транспортировала груз и достигла только нижней границы космоса — около 100 км. Зато Falcon 9 доставила на орбиту 11 спутников, весом более 170 кг каждый, взлетев почти в два раза выше New Shepard. То есть ракета SpaceX выдержала гораздо более экстремальные нагрузки и оправдала статус орбитальной. При этом стоимость удачно приземлившейся первой ступени Falcon 9 может составлять до 70% от цены всей ракеты.
Успешная посадка Falcon 9
С другой стороны, надеяться на дешевые полеты слишком рано. Сколько перезапусков будет выдерживать первая ступень? Какое обслуживание ей понадобится после каждого раза? Что если ремонт старого двигателя будет требовать больше времени и средств, чем создание нового? На эти вопросы ответят только дальнейшие испытания Falcon 9. А пока в уравнении слишком много неизвестных.
Впрочем, сам Маск делает очень смелые прогнозы. По его словам, повторные запуски будут стоить всего полмиллиона долларов, а то и еще дешевле. С учетом стоимости всей ракеты в 60 млн цена первой ступени составит около 42 млн, а примерная экономия в соответствии с ожиданиями Маска — 41,5 млн для каждого повторного запуска.
Повторная посадка Falcon 9 завершилась неудачей. Значит, предыдущий успех был случайным?
Falcon 9 перед падением на баржу
Многоразовые ракеты малоэффективны для доставки крупных грузов?
Falcon 9 в ангаре
Пока неизвестно. Дело в том, что технология вертикальной посадки имеет свою цену. Многоразовую ракету приходится оснащать дополнительным оборудованием и заправлять большим количеством топлива. Все это снижает массу полезной нагрузки, которую аппарат может выводить на орбиту, а вместе с тем — и экономическую эффективность грузового полета. К тому же еще неясно, насколько повторное использование первой ступени сможет удешевить запуски. Схема окажется выгодной, только если прибыль от доставки грузов будет перекрывать расходы на перезапуск первой ступени. Удастся ли SpaceX найти правильный баланс — опять же, покажут дальнейшие испытания Falcon 9.
Пассажирский космический корабль Crew Dragon
Ракета SpaceX Grasshopper совершила вертикальный взлет и посадку
Компания SpaceX, занимающаяся космическим туризмом, продолжает тестировать свою многоразовую ракету вертикального взлета и посадки в рамках программы Grasshopper.
В ходе испытания 14 июня, данные о котором были опубликованы только сейчас, аппарат, состоящий из первой ступени ракеты-носителя Falcon 9, поднялся на высоту 325 м, а затем совершил мягкую вертикальную посадку на тоже место, с которого взлетел. Самый важный этап испытаний – именно посадка, кроме Grasshopper, все остальные ракеты и спускаемые аппараты, возвращающиеся на Землю, осуществляют спуск на парашютах или путем планирования.
SpaceX пока что единственная неправительственная компания, которая осуществила успешные запуски искусственных спутников земли и космических аппаратов. Так в 2012 г. грузовой корабль SpaceX Dragon осуществил стыковку с Международной космической станцией.
Глава SpaceX Элон Маск, лауреат легендарной премии Роберта Хайнлайна, известен своими экстравагантными заявлениям. Так он говорит, что в 2029 г. перемещение семьи из нескольких человек на Марс обойдется не более, чем в $500 тыс. и многоразовые ракеты одна из ключевых технологий этого плана.
Все материалы добавляются пользователями. При копировании необходимо указывать ссылку на источник.
Каких только невероятных идей не возникало в умах инженеров SpaceX и ее бессменного руководителя — Илона Маска. Новое предложение звучит максимально дико: сажать гигантскую ракету Super Heavy не на собственные опоры, а буквально ловить ее специальной конструкцией над стартовым столом. Но, если подумать, фантастики тут гораздо меньше, чем сухого прагматизма.
Огневые испытания прототипа Starship SN8 / ©SpaceX
Маск пояснил, что такой подход позволяет сэкономить массу и стоимость опор, а также позволяет незамедлительно перемещать ступень на стартовую позицию. Ведь в перспективе Super Heavy должны будут уметь взлетать всего через час после возвращения. Более никаких подробностей новой идеи ни у кого узнать не удалось. Так что в сети разгорелась масса дискуссий о реалистичности такого решения. А сложности, на первый взгляд, очевидны.
Технологии
Используемые на Falcon 9 двигатели Merlin 1D+ не лучшим образом приспособлены для вертикальной посадки. Они обладают настолько высокой тягой для почти пустой возвращаемой ступени, что ее плавная посадка с удержанием постоянной скорости снижения невозможна. Фактически, ускорители Falcon 9 контролируемо падают в сторону посадочной площадки постоянно контролируя свою скорость и высоту. Момент включения двигателей подбирается таким образом, чтобы их тяга при дросселировании до минимальных значений точно скомпенсировала скорость снижения на высоте пары метров над поверхностью.
Когда снижение останавливается, двигатели выключаются и остаточную энергию гасят демпферы в опорах. Обычно это происходит практически одновременно. Если двигатели продолжат работать даже на минимальной тяге — ступень взлетит обратно. Такая ситуация накладывает некоторые ограничения на точность посадки: у электроники нет возможности скорректировать свое положение практически зависнув над целью.
В случае Super Heavy все будет несколько иначе. На этой ракете двигателей будет уже почти три десятка, причем не Merlin 1D+, а более современных и совершенных Raptor. Их тягой можно управлять гораздо точнее. Да и отношение тяги к массе пустой ступени подбирается так, чтобы обеспечить почти полное зависание в воздухе. В итоге, получается, что ускоритель для Starship потенциально сможет при возвращении точно прицеливаться, чтобы захват его мог поймать.
Выгода
Отказ от посадочных опор позволит увеличить эффективность всей системы. Чем меньше весит конструкция ракеты по отношению к массе топлива в ее баках, тем больше груза при той же мощности двигателей она может вывести на орбиту. Сделанные из углеволокна и алюминия четыре посадочных опоры Falcon 9 суммарно весят более двух тонн. Какую массу должны будут иметь подобные конструкции для гораздо более тяжелой Super Heavy трудно представить. Предположительно — в 3-5 раз больше.
Наконец, немаловажным фактором является формирование ударной волны при воздействии факелов работающих при посадке двигателей на площадку. Raptor втрое мощнее, чем Merlin и во время огневых испытаний прототипов Starship уже происходило повреждение сопел. Если возвращаемая ступень будет поймана на некоторой высоте над землей или стартовым столом, подобная проблема даже не возникнет. Ударная волна не успеет сформироваться, потому что двигатели выключатся раньше. Либо она уйдет в специально предназначенные для этого гасители под стартовой конструкцией.
Последний момент, вызывающий вопросы — ловля ступени за решетчатые рули. Это аэродинамические поверхности, которые позволяют ускорителю маневрировать в плотных слоях атмосферы. У Super Heavy они будут под стать габаритам ракеты и, соответственно, расчетные нагрузки ожидаются большие. Поэтому значительного усиления для процедуры ловли ступени может не потребоваться.
Выводы
Частная космическая компания SpaceX собирается существенно нарастить темп развития программы космического корабля Starship. А испытания первой ступени для него — ракеты Super Heavy — должны начатьс.
Читайте также: