Как технологии Starship изменят полёты в космос и перемещения по нашей планете
Каждое испытание любого элемента гигантской двухступенчатой системы ракета/корабль Starship от компании SpaceX Илона Маска подаётся как шоу. На этой неделе на космодроме Starbase тестировали заправку топливом ускорителя Super Heavy и корабля Starship, а также систему водяного охлаждения стартового стола. Как говорят представители компании, вторая попытка старта возможна уже в ноябре. Какие новые технологии принесет с собой "Звездолет" Маска? И как он изменит не только космические полеты, но и перемещение по нашей планете?
Метановый левиафан
Идея средства выведения для запуска в космос небывалого по массе полезного груза возникла у Илона Маска, основателя и главного конструктора компании, вскоре после основания SpaceX. Намёки на некую концепцию «большой ракеты» BFR (Big Falcon Rocket) появились в 2005 году, однако набросок сверхтяжёлой ракеты Falcon XX размером и грузоподъёмностью с доставившей человека на Луну Saturn-5 промелькнул лишь через пять лет. Ничего оригинального эксперты в носителе не увидали -- огромная ракета с кислородно-керосиновыми двигателями (Merlin 2) на первой ступени и с кислородно-водородными (Raptor) - на второй. Непонятно было даже - многоразовая система или нет?
В 2010 году, озвучивая свой замысел колонизации Марса, Маск объявил, что на обе ступени установят кислородно-метановые двигатели, а вся система, названная «Марсианский колониальный транспорт» MCT (Martian Colonial Transport), будет полностью многоразовой и сможет доставить к Красной планете сто человек за раз.
Под эту идею в сентябре 2016 года Маск презентовал техническую концепцию МСТ, отличающуюся от предыдущих творений SpaceX оригинальностью и грандиозностью замысла. Множество гигантских многоразовых носителей должны за полвека перебросить в марсианскую «колыбель возрождения» миллион человек. «В идеале к Марсу смогут отправиться с орбиты тысячи кораблей - у нас есть два года, чтобы доставить эти корабли на орбиту и заправить их… Они огромны, каждый вмещает около сотни человек. Мы можем отправить на Марс миллион человек - значит, нам понадобиться 10 тысяч кораблей. А если построить корабль на 200 человек и при этом снизить стоимость полёта, то нужны будут 5 тысяч кораблей. Понадобится от 40 до 100 лет, чтобы построить на Марсе полностью самостоятельную цивилизацию», - рисовал фантастические перспективы глава SpaceX.
По замыслам Маска, за счёт повторного использования матчасти стоимость одного запуска должна составить 10 млн $ - чуть больше затрат на заправку топливом обеих ступеней. Примерно столько стоил его «малыш» Falcon 1.
За прошедшие годы MCT менялся в размерах и внешности, претерпевали изменения конструкция и материалы и даже имя - сейчас это просто Starship, по-русски «Звездолёт». Но ключевые элементы концепции остались неизменны: кроме повторного использовании и кислородно-метанового топлива к ним относятся орбитальная заправка, интеграция (встраивание) космического корабля в ракету-носитель в качестве второй ступени, реактивная вертикальная посадка, а также ракетные двигатели Raptor с рекордным давлением - 300 атмосфер! - и редчайшей схемы «газ-газ» (полная газификация горючего и окислителя перед подачей в камеру сгорания). В 2021 году к этим элементом добавился технический «нюанс» - гигантский роботизированный манипулятор Mechazilla («Механическая Годзилла») для сборки носителя на стартовом комплексе и ловли ступеней при посадке.
На колонизацию Марса у Маска нет денег
Но главное - это не технические особенности, а назначение и способ использования "Звездолета". Спустя год после первой - «марсианской» - презентации Маск предложил применить своё сверхтяжёлое детище для развёртывания спутниковых мегасозвездий и даже для перелётов в пределах Земли. В 2021 году, после победы в тендере NASA, добавилась новая задача - доставка астронавтов с окололунной орбиты на поверхность Луны и обратно в программе Artemis.
Анонс новых применений «Звездолёта» неизменно вызывал бурный восторг публики. Разумеется, ярчайшей задачей для системы исторически считалась колонизация Марса. Но мало кто обратил внимание, что Маск не обещал колонизировать Красную планету своими силами - он лишь призывал к этому других. Сам же готовился заняться извозом, перевозя - за деньги, конечно - будущих марсианских колонистов. Однако, чтобы перелёты «Земля - Марс - Земля» стали регулярными, кому-то надо потратиться (и сильно) на создание на Марсе жилой и производственной инфраструктуры, а также наладить на Земле выработку материалов и оборудования для начала марсианской мега-стройки.
Очевидно, что решение задачи колонизации Марса потребует таких затрат и ресурсов, на фоне которых «звездолётные» миссии Маска покажутся детскими игрушками. То есть, чтобы Starship изменил космические полёты, сделав их межпланетными на регулярной основе, надо, чтобы кто-то их оплатил. Не Маск, даже у самого богатого человека мира (Маск то получает, то теряет этот статус) всё равно нет необходимых ресурсов. Потянуть проект смогла бы только коалиция самых богатых и развитых стран мира. Самой же SpaceX под силу организовать разве что ряд исследовательских экспедиций к Красной планете. Но это не точно…
Для чего реально понадобится "Звездолет"
Пока именно развёртывание спутниковых мегасозвездий выглядит задачей, достойной «Звездолёта». Рассмотрим на примере спутникового широкополосного интернета, для полноценного функционирования которого Маск думает развернуть группировку от 12 до 40 тысяч космических аппаратов. Причём спутники первого поколения массой в пару центнеров (Falcon 9 брал таких на борт до 60 штук) в 2021 году Маск назвал «финансово несостоятельными». Аппараты второго поколения имеют массу уже по 800 кг, и нынешняя рабочая лошадка SpaceX выводит всего по паре десятков спутников за раз. То есть, для развёртывания полной группировки потребуется 600, а, может быть, и 2000, пусков «Фалкона-9». При существующих темпах проект займёт от 6 до 20 лет! Понятно, что к моменту развёртывания система начнёт рассыпаться из-за физического и морального старения спутников. «Звездолёт», способный брать на борт по сотне и больше усовершенствованных интернет- спутников - выход, который сможет обеспечить экономическую состоятельность группировке Starlink!
С полётами видоизменённого «Звездолёта» на Луну по программе Artemis никаких кардинальных перемен в космических экспедициях ждать не стоит - миссии будут слишком редкими, не более раза в год. Однако на них смогут быть отработаны технологии орбитальной заправки, что само по себе для SpaceX станет большим достижением. Дозаправка космических аппаратов - вещь давно освоенная, но в малых объёмах (от нескольких килограммов до нескольких тонн) и только применительно к долгохранимым компонентам. В случае «Звездолёта» речь идёт о сотнях тонн криогенных метана и кислорода.
С баллистическими перелётами «из точки в точку» на поверхности Земли ситуация интереснее.
Из-за ограничений по уровню шума и акустическим нагрузкам стартовые площадки пассажирских «Звездолётов» придётся выносить далеко за пределы городов (Маск изначально предлагал запускать корабли с океанских платформ): дорога до космопорта и из него заметно снижает эффект скорости перелёта. Но, наверное, даже это не главное. Вспомним: первые сверхзвуковые лайнеры Ту-144 и Concorde так и не «выстрелили» из-за дороговизны: слишком мало людей готовы были разменять деньги на время, и слишком сложной оказалась эксплуатация самолётов при небольшом пассажиропотоке. Почему вдруг сейчас станет иначе? Ведь за два-три десятилетия ценность быстрого перемещения для бизнесменов (они считались основными потребителями сверхбыстрых перелётов), пожалуй, снизилась: для того, чтобы вести с партнёром деловые переговоры, не обязательно встречаться лично, часто хватает современных телекоммуникаций.
А вот в сегменте массового суборбитального туризма «Звездолёт» мог бы проявить себя. Здесь вообще возможны самые разные сценарии -- от «грубого», с большими перегрузками, суборбитального прыжка, до «нежного» частично- или полностью орбитального полёта. Вот эта тема могла бы ввести космонавтику в повседневную жизнь большого числа людей.
