Starship готується до старту. Як місячні амбіції Трампа допоможуть марсіанським планам Маска

Долетить Starship до Марса

Компанія SpaceX Ілона Маска впевнено просувається до виконання своєї обіцянки запустити до кінця поточного року на навколоземну орбіту прототип міжпланетного космічного корабля Starship, здатного здійснити експедицію на Марс. Він повинен стати найбільшим космічним кораблем в нашій земній історії.

У травні прототип Starship SN4 (назва означає, що це четвертий повнорозмірний прототип) пройшов ряд суворих випробувань. 6 травня Маск повідомив, що SN4 успішно пройшов випробування в статичній пожежі. А 10 травня відрапортував про нові успіхи: SN4 витримав високий тиск (у 7,5 разів вище тиску нашої земної атмосфери на рівні моря), а його двигун Raptor зміг працювати в умовах низьких температур (для цього SN4 був заповнений рідким азотом).

Поки що це тільки наземні досягнення. Але вони наближають SpaceX до довгоочікуваного випробувального польоту SN4. Маск хоче, щоб цей прототип досяг висоти близько 150 м. Не чекаючи цього, SpaceX вже будує наступний прототип, SN5, з трьома двигунами Raptor. Він, за словами Маска, буде націлений на висоту випробувального польоту 20 км.

Так - випробування за випробуванням, прототип за прототипом - SpaceX просувається до створення справжнього міжпланетного корабля, здатного везти 100 пасажирів. Він буде оснащений шістьма двигунами Raptor і зможе запускатися з Місяця і Марса. Але щоб піднятися з поверхні Землі, йому знадобиться допомога ракети Super Heavy з 31 двигуном.

Маск каже, що і Starship, і Super Heavy будуть багаторазово використовуватися повторно. Вивівши Starship в космос, ракета Super Heavy повернеться на Землю, здійснивши вертикальну посадку, а сам Starship після зльоту зможе зробити безліч космічних місій.

Якщо довгострокове бачення Маска стане реальністю, ці місії будуть націлені на різні напрямки в Сонячній системі, включаючи Місяць. Але основною метою є Марс; підприємець-мільярдер вважає, що Starship і Super Heavy реалізують його давню мрію - колонізацію Червоної планети - економічно здійсненною.

На сьогодні тільки один прототип Starship піднявся над поверхнею Землі. Транспортний засіб під назвою Starhopper зробив кілька коротких стрибків, перш ніж піти на пенсію у серпні 2019 р.Чи дійсно SpaceX зуміє створити замість цього малюка величезний 100-місний корабель, який курсуватиме між Місяцем і Марсом? Поки що в це повірити важко. Однак в успіх Маска вже повірила американське держава. І саме на нього зробила ставку у своїй місячній програмі.

Спочатку - до Місяця

30 квітня NASA (Національна аерокосмічна адміністрація США) оголосила про те, що над місією на Місяць, що планується за програмою Artemis ("Артеміда") на 2024 р., будуть працювати компанії Blue Origin, Dynetics і SpaceX. Кожна з них буде проєктувати і розробляти систему посадки людей. І одна з цих систем, як сподівається NASA, "висадить першу жінку і наступного чоловіка на поверхню Місяця" в 2024 р.

Контракти діють вже з травня 2020 р. Сумарно компанії отримають $967 млн на перші десять місяців роботи. Такі умови NASA оголосила у вересні 2019 р., коли почала приймати заявки на конкурс.

На частку SpaceX припадає тільки $135 млн - лише сьома частина загальної суми. Але це не означає, що NASA вважає компанію Маска аутсайдером. Адміністратор NASA Джим Брайденстайн спеціально підкреслив: "Багато подивляться на фінансування у доларах і вирішать, що у нас є фаворити. А насправді це зовсім не так".

Пояснюючи причини меншого фінансування SpaceX, Брайденстайн зазначив, що ці суми видавали, виходячи з побажань самих компаній, а також обсягів робіт з підготовки місячного посадкового модуля, які ці компанії планують в найближчі десять місяців. Іншими словами, SpaceX отримала найменше просто тому, що просила менше за інших, а не тому, що NASA її не любить.

SpaceX запропонувала для доставки людей на Місяць свою ракету Super Heavy і корабель Starship. Перевага цієї пропозиції полягає в тому, що в разі її успішної реалізації NASA отримає недороге багаторазове рішення для своїх потреб.

Starship спирається на принципово нові і що ніколи раніше не літали технічні рішення. Корабель, що оснащений метан-кисневими рідинними ракетними двигунами (РРД) Raptor, з повною газифікацією обох компонентів палива. В інших РРД повністю перетворюється в газ лише один з компонентів палива. А чим вище рівень перетворення на газ його компонентів, тим вище ефективність РРД.

У минулому році Raptor став першим метановим РРД, що відірвався від Землі на своїй тязі (на борту прототипу Starship). Метан при горінні майже не дає сажі, що різко спрощує багаторазове використання ракет, що літають на цьому пальному. Втім, сам Маск спочатку припускав використовувати у своїй "марсіанській ракеті" водень. Але виявилося, що водневий варіант неприйнятний для довгих польотів (великий витік з баків). Гас не підходить теж - його просто немає на Марсі. А без дозаправки на місці ракета для польоту туди і назад вийде занадто великою і занадто дорогою. Метан для Starship цілком можна отримати на місці з марсіанського грунту за допомогою реакції Сабатьє (названа по імені французького хіміка Поля Сабатьє, який її відкрив, та отримав у 1912 р. Нобелівську премію з хімії). Така можливість і визначила вибір SpaceX на користь цього палива.

Нарешті, Starship повинен бути повністю багаторазовим, а для зниження витрат палива при посадці на хвіст він буде гальмувати в атмосфері Землі, розвернувшись "пузом вниз", поперек повітряного потоку. Всі ці особливості повинні дозволити йому виводити як мінімум 100 т при кожному пуску - при ціні пуску в лічені мільйони доларів. Це на порядки нижче існуючих цін виведення корисних вантажів на орбіту.

Зі списку особливостей Starship зрозуміло, що це найамбітніший космічний проєкт за всю нашу історію. А значить, успіх його не гарантований. Можна запитати, як NASA взагалі зважилася включити його в програму "Артеміда", за якою висадка на Місяці має відбутися вже в 2024 р.

При всій ризикованості цього рішення, його слід визнати обґрунтованим. Хоча прототипи Starship нерідко потрапляють в аварійні ситуації, компанія дуже швидко вдосконалює їх. SpaceX завжди мала багато дрібних аварій на початкових етапах розробки носіїв. Але якщо традиційні гравці готові за п'ять років налагоджувати системи між випробувальними польотами, то компанія Маска робить рівно навпаки - всі зміни вносяться "бігом", на ходу, в дуже стислі терміни. Невдачі на злітному майданчику її не бентежать, а змушують працювати ще наполегливіше. Так вона довела до розуму ракети Falcon, перші пуски яких були стабільно провальними, і так само вона зробить з Starship.

Брайденстайн так і пояснив своє рішення видавництву Ars Technica: "SpaceX хороша в польотах і випробуваннях, так само як і в збоях і виправленнях. Так, люди дивляться на все це і запитують: "Боже мій, ми тільки що бачили, як Starship знову вибухнув. Чому ви уклали з ними контракт?" Відповідь у тому, що SpaceX дійсно вміє послідовно проводити тестування і виправляти недоліки. Їх проєкт у разі успіху буде трансформуючим: він забезпечить зниження витрат і розширить доступ, і це буде сприяти комерційній діяльності, про яку ми тільки мріяли. Я повністю вірю, що Ілон Маск доб'ється успіху. Він сконцентрований, немов лазер, на цій діяльності".

Впевненість Брайденстайна має свої підстави. SpaceX у травні 2011 р. повідомила, що ракета-носій Falcon 9 була розроблена з чистого аркуша до першого запуску за чотири з половиною роки всього за $300 млн. У свою чергу, NASA в серпні 2011 р. оцінила, що вона б витратила на розробку такої ракети майже $4 млрд, тобто в 13 разів більше. Потім, аж до 2014 р., скептики з NASA говорили, що ідея посадки першого ступеня Falcon 9 на Землю неробоча. Що багаторазові носії дорожчі одноразових - і що сама NASA точно встановила це на своєму досвіді з Шатлами. А потім раптом виявилося, що SpaceX досягла успіху з частковою багаторазовістю і що ціна таких пусків помітно нижча, ніж разові на тих же Falcon 9.

Що обіцяють Blue Origin і Dynetics

Тепер подивимося, що зобов'язалися зробити дві інші команди, які NASA ощасливила контрактами за програмою "Артеміда". $579 млн, тобто більше половини загальної суми трьох контрактів, отримає компанія Blue Origin, що належить засновнику Amazon.com Джеффу Безосу.

Blue Origin зібрала навколо себе "Національну команду", в яку увійшли ще три потужні компанії Lockheed Martin, Northrop Grumman і Draper. Ця команда повинна посадити на Місяць модуль Blue Moon, над яким Blue Origin працює з 2016 р. Його запустить до Місяця ракета-носій New Glenn, яку Blue Origin розробляє з 2012 р. Перший запуск цієї ракети на навколоземну орбіту планується провести в 2021 р.

Контракту на $253 млн удостоїлася компанія Dynetics, чиїм партнером у цьому проєкті виступає корпорація Sierra Nevada. Ця команда розробляє спусковий модуль Alpaca, оснащений парою відокремлюваних баків. Коли вміст баків опустошується, вони скидаються під час спуску, а сам модуль можна використовувати повторно. Модуль буде запущений до Місяця ракетою-носієм Vulcan, що розробив United Launch Alliance, який є спільним підприємством компаній Lockheed Martin і Boeing.

На відміну від розробок двох інших команд, модуль Alpaca не заснований на вже існуючих конструкціях, його доведеться робити з нуля. До того ж він досить незвичайний - у нього великі сонячні батареї зовні, що може виявитися його вразливим місцем у місячних умовах. З досвіду посадок 1960-1970 рр. відомо, що модуль піднімає величезну кількість дрібного пилу через тяги двигунів. Ясно, що пил осяде на батареях і знизить видачу ними енергії, але наскільки саме - заздалегідь сказати не можна.

Повторимо, що нинішні контракти укладені на 10 місяців, після чого NASA буде вирішувати долю всіх трьох проєктів. Подальше фінансування може бути виділено лише двом або ж тільки одній команді. При прийнятті рішення NASA буде оцінювати технічну готовність різних конструкцій посадкового модуля, а також різних варіантів доставки його до Місяця.

Як підкреслює керівник пілотованих місій NASA Дуглас Ловерро, система запуску і сам модуль будуть будуватися інтегровано на стартовому майданчику. "Інтегрувати їх на місці старту набагато менш ризиковано. Це менше випробувань. Менше незалежних силових установок і енергосистем. Так що, безумовно, в цьому є величезна перевага", - пояснює він.

А буде Місяць-2024?

Термін контрактів закінчиться в лютому 2021 р. До того часу може трапитися всяке. Наприклад, на президентських виборах 3 листопада Дональд Трамп може програти Джо Байдену. Адже повернення американців на Місяць - це його ідея. І Трамп саме для того хоче встигнути з програмою "Артеміда" до 2024-го, щоб це історична подія увінчала його другу каденцію.

Якщо президентом стане Джо Байден, він навряд чи захоче скасувати вже оголошену на весь світ програму американського престижу, але поспішати саме до 2024-го йому не буде резону. З іншого боку, зовсім не факт, що хоч одна з трьох команд, що беруть участь зараз у програмі "Артеміда", вкладеться у відведений термін. За чотири роки зробити стільки, скільки традиційні учасники програм американського космосу ніколи не робили за такий короткий час.

Для порівняння: контракт з корпорацією Grumman на створення місячного модуля для програми "Аполлон" був укладений у березні 1963 р. на суму $388 млн, що в сучасних цінах еквівалентно $3,2 млрд. Перший місячний модуль з екіпажем полетів шість років тому - у березні 1969 р. на "Аполлоні-9". А посадка "Аполлона-11", коли земляни зробили перші кроки по Місяцю, відбулася ще пізніше - у липні 1969 р.

Скепсис щодо термінів відноситься до всіх трьох команд, що ввязалися в програму "Артеміда", включаючи і SpaceX. Сумнівно, що до 2024-го Маск встигне довести свій проєкт до повної готовності. Його компанія добре вміє робити ракети, але Starship повинен не тільки літати, але і мати потужну систему життєзабезпечення астронавтів.

Герметичний населений внутрішній обсяг цього велетня наближається до тисячі кубометрів (це навіть більше, ніж у МКС). Отже, потрібна складна система контролю складу повітря і його регенерації. SpaceX ніколи не робила системи життєзабезпечення для таких великих обсягів, а завдання це технічно досить складне.

До 2024-го Starship цілком може почати польоти. Але далеко не факт, що його розробники встигнуть довести всі системи до такого рівня випробування, щоб без побоювання садити туди екіпаж для польотів до Місяця.

Проте, навіть якщо наполеонівські плани Трампа на висадку на Місяць у 2024-му будуть зірвані, кошти NASA, отримані SpaceX за нинішнім і майбутнім контрактами, принесуть багато користі обом сторонам. Вони дозволять SpaceX протягом 2020-х довести до розуму ракету-носій і корабель, що придатні для польотів і на Місяць, і на Марс. А це означає, що NASA нарешті зможе забути про важкі серії невдач, які переслідують її з 2003 р., коли після катастрофи Шатла Columbia програма пілотованих польотів США була зупинена. Ставка на Маска дає NASA шанс почати нову серію блискучих космічних досягнень.

До речі, NASA може підключити SpaceX до ще однієї важливої компоненти своєї місячної програми - будівництва місячної орбітальної станції Gateway. 13 травня Ловерро повідомив про новий план запуску початкових елементів станції. Замість того, щоб запускати перші два модуля окремо і провести їх стикування на орбіті Місяця, тепер мають намір їх інтегрувати в єдиний комплекс на Землі і запустити на одній ракеті. "Це одночасно і зниження ризику, але, що більш важливо, це величезне скорочення видатків для нас", - заявив Ловерро.

Новий план NASA передбачає запуск комбінованого "ядра" станції в листопаді 2023 р. і використання сонячної електричної рухової установки для виходу на місячну орбіту до вересня-жовтня 2024 р. NASA вже опублікувала попередній запит пропозицій для запуску і розраховує укласти контракт цієї осені.

"У нас є один провайдер запуску, який може виконати цю роботу", - сказав керівник програми Gateway Ден Хартман. Він не розкрив цю компанію, але це, як вважають, SpaceX, що може запустити "ядро" станції за допомогою своєї надважкої ракети Falcon Heavy, яка вже введена в експлуатацію. Нагадаємо, свій перший випробувальний запуск Falcon Heavy виконала 6 лютого 2018 р. Тоді в якості "корисного навантаження" виступив електромобіль Tesla Roadster. Всього на рахунку у цього носія три запуски, всі вдалі.