SpaceX поймала ракету: что дальше?

TLDR: компании предстоит пройти долгий путь, чтобы достичь Луны.

Захват ракеты Starship двумя массивными механическими манипуляторами в начале этого месяца стал значительным шагом на пути SpaceX к изменению подхода человечества к освоению космоса. Однако, несмотря на грандиозность события, это лишь очередной этап на длинном пути. SpaceX стремится к тому, чтобы запуски стали дешёвыми, частыми и надёжными, и мечтает о будущем, где ракеты будут быстро возвращаться на стартовую площадку, заправляться и снова отправляться в полёт через несколько часов. Компания заявляет, что это приведёт к регулярным посадкам Starship на Луну и Марс.

Критики считают, что архитектура Starship с дозаправкой на низкой орбите неэффективна. К примеру, для полной заправки корабля, способного доставить людей на Луну и обратно, потребуется минимум десяток полётов кораблей-заправщиков. Но это оказывается непрактичным только в рамках старой парадигмы, где запуски дорогие и редкие. Этот подход оказывается гораздо более логичным, если SpaceX сможет запускать Starship десятки раз в неделю.

Захват ускорителя Super Heavy 13 октября на базе Starbase в Техасе приблизил SpaceX к мечте о радикальном увеличении частоты полётов. Это событие подтвердило работоспособность концепции стартовой башни, которая не только поддерживает ракету при старте, но и может ловить её при приземлении. Два года назад эта идея казалась невероятной, но SpaceX доказала, что их ступень не нуждается в посадочных опорах и не требует сложных процедур перемещения ракеты обратно на стартовую площадку. Уменьшенная масса и сокращение времени подготовки — значительные преимущества Starship.

Что же будет дальше?

Попробуем оценить ближайшие этапы программы Starship, которые должны быть достигнуты, чтобы корабль был готов высаживать людей на Луну в рамках программы NASA Artemis и выполнять демонстрационные полеты на Марс. Мы также добавили примерные даты, хотя это лишь прикидки, и они, скорее всего, будут меняться.

Повторное зажигание Raptor в полёте (конец 2024 - начало 2025)

На данный момент верхняя ступень Starship ни разу не совершила полноценного орбитального полёта. После первых трёх полётов с потерей второй ступени, в последних двух испытаниях SpaceX удалось добиться управляемого входа в атмосферу над Индийским океаном. Основная причина, по которой Starship ещё не вышел на орбиту, заключается в необходимости отрепетировать безопасное возвращение корабля на Землю, чтобы гарантировать отсутствие большого риска падения его частей на сушу. Для этого SpaceX должна продемонстрировать способность повторного зажигания двигателей Raptor для манёвра схода с орбиты.

На прошлой неделе ускоритель для шестого испытательного полёта был доставлен на стартовую площадку для тестирования. Если удастся запустить один или несколько двигателей Raptor во время этого полёта, это позволит SpaceX приступить к орбитальным испытаниям и, возможно, к первым запускам спутников Starlink с использованием Starship уже в первой половине следующего года.

Возвращение Starship на сушу (середина — конец 2025 года)

Во время пятого испытательного полёта SpaceX доказала возможность точной посадки Starship в океане, теперь компании предстоит отработать возвращение корабля на сушу. Илон Маск упоминал о "захвате" Starship на стартовой башне к первой половине 2025 года, но для этого необходимо решить множество юридических вопросов.

В отличие от ускорителя Super Heavy, летящего над Мексиканским заливом, Starship при посадке должен будет пролететь над Мексикой и Техасом. Поэтому прежде чем посадить корабль на сушу, SpaceX, возможно, проведет испытания посадки в других местах, таких как атолл Джонстон в Тихом океане. В будущем для разных задач SpaceX, вероятно, разработает несколько модификаций Starship, включая корабли с посадочными опорами для высадки на Луну или Марс.

Сфокусируется ли SpaceX на разработке посадочных опор или постарается добиться захвата Starship в Техасе — вопрос открытый.

Демонстрация дозаправки топливом для HLS (конец 2025 года)

Следующая важная веха для NASA в развитии "Системы посадки людей" (HLS) на базе Starship, необходимая для миссий программы Artemis, — это демонстрация перекачки топлива на орбите. NASA официально рассчитывает на высадку экипажа Artemis на Луну в сентябре 2026 года, и представители агентства заявили Ars, что SpaceX должны провести орбитальные испытания по перекачке топлива уже в начале 2025 года. Однако перед этим предстоит значительный объём подготовительных работ.

Для демонстрации SpaceX отправит "целевой" Starship на низкую околоземную орбиту, затем к нему присоединится "догоняющий" Starship. Эти корабли состыкуются на орбите, и впервые в истории космонавтики "догоняющий" передаст значительное количество криогенного топлива "цели". Завершив процедуру, они расстыкуются и выполнят манёвры схода с орбиты.

На изображении от NASA показана схема планируемой демонстрации криогенной перекачки топлива между кораблями SpaceX в 2025 году. Источник: NASA/Амит Кшатрия.

Для этого потребуется завершение второй стартовой башни в Техасе, запуск "догоняющего", а также разработка и испытания стыковочных механизмов, соединений для быстрой перекачки, навигационных сенсоров и двигателей на горячем газе. SpaceX активно работает над этими элементами в фоновом режиме, но точная дата этого теста пока не определена. Оптимистично можно ожидать его в следующем году, и даже в случае успешного испытания SpaceX, вероятно, проведет несколько повторных тестов для отработки всех процессов.

Повторный запуск первой ступени Super Heavy (начало 2026 года)

SpaceX недавно успешно вернула ускоритель Super Heavy и получила ценные данные о его состоянии после полёта. Хотя этот ускоритель точно снова не полетит, один из будущих экземпляров, возможно, совершит второй полёт.

После успешного захвата ракеты Илон Маск отметил, что Starship может достичь полной многоразовости уже в 2025 году, что, по его словам, станет важнейшим шагом к многопланетному будущему человечества. Маск предполагает повторное использование как ускорителя, так и верхней ступени уже в следующем году, однако эти сроки весьма оптимистичны, особенно для верхней ступени.

Учитывая, что прошло 15 месяцев между первой посадкой Falcon 9 в декабре 2015 года и повторным использованием первой ступени в марте 2017 года, можно ожидать, что SpaceX потребуется не менее года для повторного запуска Super Heavy, особенно учитывая размеры и сложность этой ракеты. К тому же SpaceX может предпочесть модернизированные версии ускорителя, чтобы повысить эффективность.

Испытания наземной инфраструктуры и производство жидкого кислорода

Для поддержки программы Artemis и частых дозаправочных полетов SpaceX планирует построить по две стартовые башни в Южном Техасе и во Флориде. Эти башни потребуют согласований с Космическими силами США и экологических проверок FAA, чтобы повысить частоту запусков. Также значительную проблему представляет производство жидкого кислорода. Запуск всего четырёх Starship в день использует весь объём его суточного производства в США, т.е. масштабирование производства и логистики будет критически важным.

Длительный испытательный полёт (конец 2026 года)

NASA включило эту цель в график программы HLS еще в 2021 году. Этот длительный полёт продемонстрирует способность Starship находиться на лунной орбите в ожидании встречи с экипажем корабля Orion. Starship должен автономно поддерживать условия для экипажа и предотвращать слишком активное испарение криогенного топлива до 100 дней, пока ждет прилета астронавтов.

Беспилотная посадка на Луну (начало–середина 2027 года)

Это ключевое испытание, которое подтвердит готовность Starship к пилотируемой лунной посадке. Полностью заправленный Starship направится к Луне и попытается приземлиться вблизи Южного полюса. Основная задача миссии — проверка устойчивости корабля на лунной поверхности. Миссия может включать доставку груза для тестирования "лифта", на котором астронавты будут спускаться на лунную поверхность. Успешный взлёт с Луны окончательно подтвердит готовность Starship как посадочного модуля.

Пилотируемая посадка (сентябрь 2028 года)

Если все пойдёт по плану, NASA сможет выполнить свою изначальную цель в рамках программы Artemis и высадить двоих астронавтов на поверхность Луны в 2028 году. Хотя это на два года позже нынешней даты NASA (сентября 2026 года), достижение этой задачи будет значительным инженерным и логистическим вызовом для SpaceX и NASA. Если возникнут крупные неудачи, например, проблемы с захватом ракеты на стартовой башне или сбои при дозаправке на орбите, проект неизбежно столкнётся с дополнительными задержками.

Вполне логично задаться вопросом, зачем NASA и SpaceX вкладывают столько ресурсов в разработку сложного лунного модуля, учитывая, что модуль для миссий Apollo в 1960-х был значительно проще. Основная причина в том, что, как и остальное оборудование программы Apollo, лунный модуль, ракета Saturn V и командный модуль Apollo были одноразовыми, и стоимость многократных запусков таких систем стала слишком высокой для США после выигрыша Лунной гонки.

На представленном старом рендере от SpaceX можно увидеть, как транспортные возможности Starship позволят создавать на Луне инфраструктуру, недоступную в эпоху Apollo. Главная цель NASA — обеспечить возможность устойчивого присутствия на Луне. Для этого необходимо повторное использование ключевых элементов архитектуры. Кроме того, программа Apollo не могла доставить крупные элементы оборудования на поверхность Луны. Максимальная грузоподъемность лунного модуля даже в модификации для доставки груза составляла около 5 тонн, в то время как одноразовый грузовой Starship сможет доставить впечатляющие 200 тонн на лунную поверхность.

Если проект реализуется успешно, у США появится уникальная возможность создать долгосрочную лунную программу. Но это потребует значительных усилий на начальном этапе. Маск направил все ресурсы SpaceX на реализацию этой задачи, и компания больше не ограничена недостатком финансов. Путь к полной реализации потенциала Starship предстоит долгий, но команда SpaceX работает над этим проектом с максимальной скоростью.