Позаимствовал ли Маск технологии супер-ракеты Н-1 Королева?
"Российская ракета Н-1, которая является наиболее близким аналогом Starship, потерпела ряд неудач и так и не вышла на орбиту", - заявил Илон Маск весной прошлого года накануне первого испытательного полета сверхтяжелой ракетно-космической системы Starship/Super Heavy. Кстати, тот пуск тоже закончился подрывом ракеты, как и следующий. Пока что Starship идет по стопам советской Н-1, а Маск не устает выражать восхищение ее создателем - Сергеем Королевым. Но можно ли говорить о прямой преемственности, а тем более, заимствовании технологий? Эксперты полагают, что "Звездолет" Маска и лунная супер-ракета Королева - это, как говорится, две большие разницы.
Идея сходства Н-1 и Starship/Super Heavy основана на единственном критерии – применении многодвигательных установок. В самом деле: на первой ступени советской лунной ракеты стояли 30 двигателей, у американской визави – 33. На второй ступени Н-1 было 8 двигателей, у «Старшипа» – 6. На этом сходство заканчивается: на третьей ступени Н-1 стояли 4 двигателя, а у американской ракеты нет третьей ступени.
Что касается внешнего облика, то конусообразная Н-1 напоминала одновременно Останкинскую телебашню и Шуховскую радиовышку. Изделие массой в 2800 тонн, высотой 105 метров и диаметром у основания более 16 метров должно было выводить на низкую околоземную орбиту 95-тонный лунный комплекс Л-3.
«Начинка» различается ещё больше. Н-1 использовала в качестве горючего керосин РГ-1, а ракета Маска – жидкий метан. По плотности последний вдвое хуже керосина. И, тем не менее, габариты двух изделий почти одинаковы при двукратной разнице в массе. Почему? У Н-1 очень «рыхлая» компоновка, основанная на использовании сферических баков, подвешенных внутри конических силовых каркасов. Из-за этого внутри ракеты много пустого места (по замечанию двигателиста Валентина Глушко, «Н-1 возила воздух»).
Напротив, Starship плотно упакован: корпус почти целиком состоит из баков, заполненных переохлаждёнными жидкими кислородом и метаном, каркасных («сухих») отсеков мало – это объем для полезной нагрузки, плю «хвосты» ступеней, где расположены двигатели.
Баки американской ракеты сварены из высокопрочной нержавеющей стали, тогда как Н-1 почти целиком изготовлена из алюминиевых сплавов (сталь, титановые сплавы и пластики использовались ограниченно). Нержавейка почти втрое плотнее алюминия. Тем не менее, при повторном использовании она лучше переносит нагрев, сохраняя прочность при высоких температурах входа в атмосферу. Перед Н-1 такой задачи не ставили, поэтому и делали конструкцию из традиционных и недефицитных для советского ракетостроения материалов.
Важные отличия имеют двигательные установки. Несмотря на близкое число двигателей на первой ступени, советские и американские двигатели относятся к разным поколениям. НК-15/НК-33 тягой 154 тонны разработки ОКБ Николая Кузнецов для Н-1 имели рекордные для своего времени показатели отношения тяги к весу. Raptor 2 тягой 230 тонн пошел дальше – на каждый килограмм веса он выдает почти на 30% больше тяги! Удельный импульс – а это основной показатель экономичности ракетного движка – у «американца» тоже выше. Что ещё важнее, Raptor рассчитаны на многократное включение в полете и многоразовое применения. У НК-33 тоже большой ресурс, но в полете он включается только один раз.
Но почему системы, построенные с разницей больше полувека, оснащены таким большим количеством двигателей на первой ступени? Почему нельзя было сделать двигатели крупнее, но числом поменьше – это же надёжнее? Тут много факторов.
По мнению экспертов, меньший размер двигателей облегчает эксплуатацию, тестирование, установку и транспортировку. Повышенные темпы выпуска и более частые испытания позволяют выявить дефекты конструкции и улучшить технологию производства.
Но такой подход имеет и минусы. При равной тяге 30-двигательная установка может оказаться дороже в производстве и сборке, чем 5-6 двигательная. Впрочем, с современными материалами и технологиями эту проблему обойти можно. Компания SpaceX уже добилась снижения затрат: Raptor 2 стоит менее 1 миллиона долларов, в то время как F-1 тягой 680 тонн, взятый с ракеты Saturn V, обошёлся бы в 115 раз дороже по текущему курсу.
Ещё момент. Для того, чтобы реализовать резервирование, свойственное многодвигательным схемам, необходимо, чтобы отказавший «движок» не повлиял на работу оставшихся, т.е. не взорвался, не вызвал опасных вибраций, пожаров, перекосов тяги и других побочных эффектов. Для этого нужны специальные меры – начиная с бронировки агрегата индивидуальным кожухом, используя установку пожаротушения и заканчивая применением сложных датчиково-клапанных систем аварийной защиты.
На Н-1 роль последней играла система контроля работы двигателей КОРД – по показаниям датчиков ей следовало вычислять потенциально опасный движок и заблаговременно отключать его. Из-за уровня электроники и автоматики тех лет надёжностью КОРД не отличался: он мог запросто отключить исправный двигатель или «пропустить» аварийный.
Из соображения экономии денег и времени, главный конструктор советской лунной супер-ракеты Сергей Королёв отказался от создания стенда для комплексных огневых испытаний первой ступени, надеясь отработать блок в полете. На земле испытывались лишь отдельные фрагменты двигательной установки. Для ускорения серийного производства отказались и от испытаний каждого НК-15, заменив проверки контрольно-выборочными прожигами одного двигателя из шести.
В SpaceX на стенде прожигают каждый Raptor, а после сборки ракеты на старте выполняется кратковременный огневой тест всей связки. Такой подход себя оправдал еще на ракете Falcon 9 и показал эффективность в полетах «Звездолёта»: в первом старте были выключавшиеся «Рапторы», но ни один из них не взорвался, а во втором полёте не было и отказов движков на участке разгона.
Существенно отличаются системы Сергей Королёва и Илона Маска и в способе применения. Н-1 рассчитывалась максимум на шесть пусков в год для выведения пилотируемых лунных экспедиций и, в перспективе, для запуска уникальных миссий. По замыслу разработчиков, Starship/Super Heavy – многоразовый транспорт для частых регулярных полётов самого разного назначения. Это могут быть и рутинные задачи, вроде запусков спутников Starlink или суборбитальных пассажирских полётов «точка-точка». Однако основные модификации – лунная и марсианская – предусматривают многократные пуски для решения задачи доставки астронавтов на Луну и колонизации Красной планеты. Для орбитальной дозаправки межпланетных кораблей на околоземную орбиту и обратно на Землю будут сновать «Старшипы» – танкеры, запускаемые все теми же многоразовыми Super Heavy. Илон Маск уверен, что система со временем будет летать также часто, как и авиалайнеры, причем с такой же стоимостью полёта.
