Первый запуск до стратосферных высот с попыткой последующей мягкой посадки на землю демонстратора «Звездного корабля из нержавеющей стали» Илона Маска состоялся с опозданием примерно на год относительно ранее анонсировавшихся планов, которые тогда сорвал «лопнувший» при наддуве баков во время наземных испытаний по заправке криогенными компонентами топлива 20 ноября 2019 г. прототип Starship Мk1 (его полет на высоту около 20 км предполагалось выполнить еще в конце декабря прошлого года). За прошедшее с тех пор время конструкция космической транспортной системы Superheavy/Starship снова, как и несколько раз прежде, поменялась. Стартовая масса в 5000 т и грузоподъемность в «более 100 т на низкой околоземной орбите» (по другим данным – до 150 т) системы остались прежними, но немного – со 118 до 122 м – увеличилась ее длина. Число двигателей Raptor первой ступени – «бустера» Superheavy – уменьшилось с 37 до 28, но суммарная их тяга немного подросла.
Внешние гаргроты для посадочных опор у демонстратора Starship исчезли, и, поскольку «ноги» сейчас раскрываются поворотом относительно шарнира из внутренней полости хвостового отсека, некоторые наблюдатели полагают, что также будет выглядеть «шасси» и у будущего «штатного» корабля. Однако поскольку здесь у него будет установлено шесть двигателей Raptor – три высотных и три «земных» двигателя (вместо всего трех «земных» у прототипа), то места для раскрытия «ног» может и не хватить. Изменилась также форма аэродинамических поверхностей – и «переднее горизонтальное оперение», и консоли «крыла» в хвостовой части корпуса ныне имеют форму трапеций с прямыми задними кромками.
После нескольких неудачных тестов экспериментальных образцов на максимальный наддув предложенная ранее высокопрочная немагнитная хромоникелевая нержавеющая сталь AISI 301 перестала устаивать главного конструктора SpaceX: Илон Маск и его инженеры обратили свои взоры на более прочную сталь AISI 304L. В конструкции корабля появились небольшие расходные посадочные баки, из которых двигатели «Старшипа» должны питаться при приземлении. Расходный бак горючего вварили в нижнее днище бака жидкого метана, а бак окислителя (жидкого кислорода) для балансировки разместили в самой вершине носового обтекателя.
К настоящему времени разработанные в SpaceX жидкостные ракетные двигатели Raptor – первые в мире серийно выпускаемые кислородно-метановые ЖРД с газификацией обоих компонентов и дожиганием генераторного газа в основной камере при высоком давлении – наработали на стендах и на летных прототипах корабля более 16 тыс. секунд при 330 включениях. За год SpaceX сумела расширить и существенно модернизировать свой производственный и пусковой комплекс в Бока-Чике: если первые прототипы Starship собирали чуть ли не в чистом поле и сваривались, судя по отвратительному качеству швов, вручную, то теперь в распоряжении компании имеется большое здание для вертикальной сборки ракет и растущие как грибы после дождя вспомогательные сооружения и иная инфраструктура, включающая две стартовые площадки. Заметно – хотя бы чисто внешне – выросло и качество сборки изделий.
Планировавшееся изготовление прототипа Starship Mk2 после инцидента на испытаниях первого образца в ноябре прошлого года было отменено, и SpaceX приступила к постройке демонстраторов новой серии, обозначаемых Starship SN1, SN2, SN3 и т.д. Поначалу они совсем не имели внешних атрибутов полноценных космических летательных аппаратов и больше походили не на ретрофутуристические корабли из фантастики 1950-х, а на недоделанные силосные башни.
Первый из них – Starship SN1 – на стадии частичной готовности 28 февраля 2020 г. был подвергнут криогенным испытаниям: один из его баков наполнили жидким азотом и начали поднимать давление до максимального, после чего емкость эффектно лопнула, отбросив верхнюю часть бака на десятки метров вверх, чем породила волну неприкрытой радости среди «маскофобов».
8 марта тест был повторен на SN2, и на этот раз успешно. 3 апреля испытывался следующий экземпляр – SN3, также имитирующий бак жидкого кислорода: через некоторое время после заполнения жидким азотом, обечайка потеряла устойчивость, в ее средней части появились ромбовидные складки, и она разрушилась. Маск сказал, что так и было задумано, поскольку определялись пределы прочности конструкции, а заодно сообщил о заключении контракта с NASA на доставку астронавтов и грузов на лунную поверхность с помощью «лунной» модификации своего «Звездолёта»: NASA признало проект SpaceX наиболее оптимальным из всех предложенных!
SN4 стал первым аппаратом новой серии, на котором были выполнены огневые испытания: 6 мая единственный установленный на нем ЖРД Raptor отработал нормально. Уже планировался «прыжок» на высоту 150 м. Но 29 мая этому «Звездолету» не повезло: он исключительно эффектно взорвался уже после завершения очередного прожига двигателя из-за проблем с разъемом заправочного интерфейса.
После того, как 30 мая 2020 г. на орбиту был запущен первый пилотируемый корабль SpaceX Crew Dragon с двумя астронавтами на борту, Маск заявил, что теперь главным приоритетом компании становится разработка именно «Старшипа». В электронном письме, оказавшемся в распоряжении CNBC, он отметил, что программа Starship должна ускориться «резко и немедленно».
Но первый «прыжок» вверх состоялся только через два месяца. 4 августа SN5 – огромная «силосная башня» с противовесом наверху и косо установленным (чтобы направление тяги проходило через центр масс) двигателем внизу – плавно поднялся на 150 м, повисел в воздухе секунд 40, и затем также плавно опустился на посадочную площадку на уже упоминавшиеся «ножки».
24 августа успешно прошли огневые испытания прототипа SN6, который 3 сентября также «подпрыгнул» на 150 м. Образцы SN7 и SN7.1 были покороче и землю не покидали – они по сути являлись тестовыми баками из стали AISI 304L: 23 июня первый, а 23 сентября и второй успешно (с точки зрения разработчика) прошли испытание избыточным давлением, разрушившись при расчетном значении около 8 атмосфер. Подобное испытание предусматривает получение числовых значений физико-механических свойств материала конструкции после разрушения образцов: по его результатам можно судить о правильности подбора основных и сварочных материалов, выбранных технологиях и режимах сварки, оценить квалификацию сварщиков или правильность работы сварочных автоматов.
Затем настала очередь SN8, который внешне уже был аналогом штатного изделия, имел плавные обводы, аэродинамические управляющие поверхности, однако вместо шести оснащался всего тремя двигателями Raptor. 20 октября, 10, 12 и 24 ноября на нем проводились огневые испытания с кратковременными включениями двигателей, в ходе которых последние порой получали повреждения, после чего заменялись другими. Удивительно, но даже прогары ЖРД не приводили к взрыву, что может свидетельствовать о высокой надежности системы аварийной защиты.
Публика ожидала «гигантского прыжка» Starship SN8 на 20 км уже с октября. Но многочисленные испытания, в т.ч. аварийные, а также «бодание» с Федеральной авиационной администрацией FAA по поводу получения разрешения на полет привели к заметным задержкам. В конечном счете FAA, которая в США выдает разрешения на суборбитальные полеты, позволила выполнения летного испытания SN8, но с подъемом на высоту только 12,5 км.
Печатная версия материала опубликована в журнале "Взлёт" №11–12/2020
