«Звездный лайнер»: почему не полетел многоразовый корабль от Boeing?
Первая попытка запуска космического корабля Starliner с экипажем провалилась. Причина в проблемах с дренажным клапаном на второй ступени Centaur ракеты Atlas V. По очень похожей причине, кстати, 9 апреля был перенесен запуск российской тяжелой ракеты «Ангара-А5». Новая попытка запуска назначена на 11 мая, в 03:55 по Москве. НАСА, судя по всему, крайне заинтересовано в успехе этого проекта. В итоге США впервые получат два альтернативных средства доставки людей на МКС и будущие орбитальные станции. О технических особенностях «Звездного лайнера» от Boeing – в нашем материале.
Многоразовый корабль с управлением на "кнопках и ручках"
CST-100 Starliner – шестой по счету американский пилотируемый корабль, испытанный в космосе. Перед ним были Mercury, Gemini, Apollo, Space Shuttle и Crew Dragon.
Многоразовый корабль Starliner разработан компанией Boeing по программе НАСА по коммерческой доставке экипажей (Commercial Crew Program, CCP). В рамках этой программы Управление работает с американской промышленностью по отправке астронавтов на МКС «с помощью американских ракет и космических кораблей с американской территории». Такой подход помогает НАСА «поддерживать присутствие человека на околоземной орбите и обеспечивает возможность исследовать Луну в рамках подготовки к полету на Марс».
Starliner состоит из двух отсеков – многоразового командного и одноразового служебного. Первый представляет стандартную для американцев капсулу в форме усечённого конуса с диаметром основания 4,56 м (больше чем у командного модуля Apollo (3,9 м), но меньше, чем у Orion (5 м)). Гермообъем кабины – 11 кубических метров, что на 10% больше, чем у Crew Dragon. Места внутри хватает для семерых астронавтов, хотя для NASA нужны всего четыре места.
При управлении кораблем приоритет отдан автоматике, а не пилотам. Пульты управления по размерам меньше, чем на «Аполлоне» или в "Шаттле", и отличаются от «стеклянной кабины» (glass cockpit) «Дракона»: управляющее поле снабжено механическими переключателями, кнопками и ручками управления.
По словам разработчиков, «такой подход повышает безопасность управления при спуске, когда корабль трясёт, как при езде по булыжной мостовой, и есть риск неправильно ткнуть в тачскрин» – поэтому кнопки надежнее. Впрочем, на орбите экипаж взаимодействует с системой управления посредством планшетов Samsung Galaxy и беспроводного интернета.
Кресла пилотов изготовлены методом 3D-печати, а корпус корабля сварен из фрезерованных панелей и защищен донной и боковой теплозащитой. Для управления спуском применяются микродвигатели, работающие на долгохранимых компонентах топлива.
В отличие от приводняющихся «Дракона» и «Ориона», «Старлайнер» приземляется с помощью трёхкупольной парашютной системы и баллонов-амортизаторов. Считается, что такой способ посадки облегчает повторное применение командного модуля (его можно использовать до десяти раз).
Starliner стыкуется с МКС посредством стандартного андрогинно-периферийного агрегата NASA, такого же, как на корабле Crew Dragon.
Служебный отсек – «барабан» с двигательными установками аварийного спасения, маневрирования и ориентации, а также с системами, необходимыми только для работы на орбите, и радиаторами терморегулирования. Топливные баки и трубопроводы едины для двигателей аварийного спасения и орбитального маневрирования. Как и Crew Dragon, Starliner оснащён толкающими двигателями аварийного спасения, способными отделить корабль от ракеты на всём активном участке траектории выведения.
Служебный отсек соединён с командным через кабель-мачту и отделяется непосредственно перед спуском корабля с орбиты.
CST-100 питается от аккумуляторов, расположенных внутри служебного отсека, и солнечных элементов, смонтированных на заднем торце. Автономно корабль может летать в космосе 60 часов, в составе МКС - до 210 суток. Стартовая масса – 13 т, длина 5,03 м и диаметр 4,56 м.
Как взлетает
Для запуска Starliner используется вариант N22 ракеты-носителя Atlas V компании ULA без головного обтекателя: первая ступень – центральный блок с российским кислородно-керосиновым двигателем РД-180 и двумя стартовыми твердотопливными ускорителями (СТУ), вторая ступень – блок Centaur с двумя кислородно-водородными двигателями RL-10A.
Двигатель РД-180 разработан в 1990-е годы под руководством академика РАН Бориса Каторгина, производится НПО "Энергомаш". Двигатель победил на конкурсе в рамках программы модернизации американской ракеты-носителя "Атлас". В апреле 2021 года в США была отправлена последняя партия из 6 РД-180.
Окончательная сборка «Атласа» для запуска Starliner проводилась на стартовом комплексе SLC-41 на мысе Канаверал: сначала на пусковой стол была поставлена первая ступень, на которую навесили два СТУ, затем с помощью крана внутри башни обслуживания на ступень опустили Centaur, на который после проверок поставили Starliner. Затем начались проверки ракеты и наземной части.
В штатном режиме по команде «Зажигание!» сначала включается двигатель РД-180, затем запускаются СТУ, которые отрывают ракету от земли. Сразу после старта Atlas V поднимается вертикально, а затем наклоняется в нужном направлении, ложится на азимут пуска, преодолевает скорость звука и, разгоняясь, устремляется в космос.
Первыми расходуют свое топливо и отделяются два СТУ. РД-180 продолжает работу, борясь с силой тяжести и аэродинамическим сопротивлением. Через четыре минуты после старта топливо в баках «Атласа» заканчивается, и ступени разделяются. Вскоре после этого с верхней части корабля сбрасывается аэродинамический колпачок, защищавший стыковочный агрегат, и включаются два двигателя RL-10A верхней ступени. Затем сходит аэродинамическая юбка в хвостовой части корабля, служившая для улучшения аэродинамических характеристик и устойчивости ракеты на атмосферном участке полета.
Полностью израсходовав свое топливо, Centaur выводит корабль на орбиту с низким перигеем. После отделения на корабле включаются собственные двигатели, которые переводят Starliner на устойчивую промежуточную орбиту, а ступень ракеты входит в атмосферу и разрушилась над океаном.
В будущем Starliner, пристыкованный к МКС, сможет использоваться в качестве убежища на случай непредвиденных обстоятельств: разгерметизация станции, пожара или риска столкновения с орбитальным мусором.
Как приземляется
В зависимости от погоды Starliner сможет совершить посадку на ракетном полигоне Уайт-Сэндс в Нью-Мексико, в малонаселенной местности вблизи Уиллкокса в Аризоне или на испытательном полигоне Дагуэй в Юте. Местом аварийной посадки будет авиабаза ВВС Эдвардс в Калифорнии.
После выдачи тормозного импульса производится разделение отсеков. Одноразовый служебный отсек сбрасывается, а командный начинает управляемый аэродинамический спуск. Эта операция снизит скорость с орбитальной до дозвуковой. При этом экипаж ощутит перегрузку до 3,5 g. Основной удар аэротермодинамических нагрузок примет на себя донный теплозащитный экран. Когда скорость полета максимально замедлится, экран будет сброшен, передав функции парашютной системе. Два тормозных и три основных парашюта замедлят скорость со сверхзвуковой до 1.5-2 метров в секунду. На днище командного отсека имеется двойная система надувных амортизаторов, которые в СМИ часто называют «подушками безопасности». Шесть основных «подушек» надуются и поглотят энергию удара.
После приземления парашюты отстреливаются по сигналу экипажа. Затем к кораблю прибывает поисково-спасательная команда, которая проверяет наличие остатков токсичных компонентов топлива на корабле и в месте посадки, производит электрическое заземление командного отсека и ставит вокруг него палатку, через которую в корабль закачивается прохладный воздух. Перед выходным люком устанавливается мобильная платформа доступа, рядом помещается машина медицинского обеспечения.
Как только люк «Старлайнера» откроется (а с момента приземления должны пройти менее часа), астронавтов переместят из кабины в медицинский автомобиль для первичного медосмотра, а затем поисковики начнут извлекать из корабля грузы и результаты экспериментов.
Что дальше
"Звездный лайнер" уже дважды выводился в космос в автоматическом режиме. Но понятно, что основные надежды на дублера "Драконов" от SpaceX в НАСА связывают именно с его пилотируемым полетом. Это позволит американцам в случае форс-мажора надежно обеспечить доставку и возвращение (а в случае чего и экстренную эвакуацию) астронавтов на и с МКС, не полагаясь на российские "Союзы".
Запуск Starliner с астронавтами Бэрри Уилмором и Сунитой Уильямс, намеченный на раннее утро (по Москве) 7 мая, перенесен из-за нештатной работы дренажного клапана верхней ступени ракеты-носителя Atlas V. Неисправность обнаружена за два часа до старта. Экипаж, который уже находился на борту корабля и готовился к запуску, был эвакуирован и вернулся в гостиницу астронавтов на мысе Канаверал. Ракета была переведена в безопасное состояние, компоненты топлива слиты.
Во время пресс-конференции Тори Бруно, президент и генеральный директор компании-провайдера запуска United Launch Alliance, объяснил, что стало причиной отмены первой попытки пилотируемого полета Starliner. По его словам, нештатная работа клапана не была критической, и в подобной ситуации при запуске автоматических космических аппаратов отмены пуска, вероятно, не было бы.
«На самом деле речь шла больше о правилах безопасности, – сказал он. – Наша философия заключается в том, что мы не проводим работ на заправленном носителе в присутствии экипажа».
По выражению Бруно, непосредственным виновником отмены стал клапан, который сбрасывает из баков избыточное давление газа: «Он мало чем отличается от многих других подобных клапанов. У многих дома есть устройства, содержащие такие клапаны. В редких случаях такой клапан может оказаться в таком положении, когда из-за сочетания температуры, жесткости [седла] и давления [газа] он начинает циклично очень быстро самопроизвольно открываться и закрываться. Мы наблюдали это раньше. При этом обычно включается соленоид, который заставляет клапан закрыться. При последующем открытии клапан обычно начинает работать нормально. Так было и сейчас. Если бы [полезной нагрузкой] был спутник, мы провели бы эту стандартную для нас процедуру, и спутник уже был бы на орбите. Но наши правила для пилотируемых полетов заставили отменить запуск, обесточить ракету, снять экипаж и слить топливо, прежде чем мы переключим этот клапан. Затем следует оценить все данные. Этим мы сейчас и занимаемся».
Судя по всему, на ракете нет датчика, который в реальном времени может передать данные о работе клапана после его силового закрытия: по словам Бруно, «дребезжание» (chattering) косвенно оценивается по показаниям гироскопов, которые в полете определяют угловое положение двигателей RL-10 ступени Centaur.
«Дребезг» влияет на ресурс клапана. После отмены запуска наземные специалисты пытаются определить, превысил ли «дребезжащий» клапан свой срок, и достаточен ли его ресурс для того, чтобы предпринять еще одну попытку. Если окажется, что недостаточно, клапан придется заменить, а это сопряжено с необходимости сбросить давление в баках «Кентавра».
Однако особенностью этой ступени является то, что конструкция с очень тонкими стальными баками имеет необходимую жесткость только при избыточном внутреннем давлении. Поэтому для работ, требующих значительного вмешательства в системы ступени, с ракеты придется, по крайне мере, снимать корабль, чтобы без избыточного давления баки не деформировались.
«У нас есть запасные клапана, мы умеем их заменять и делали это раньше, – сказал Бруно. – Но это займет несколько дней». Следующая попытка запуска Starliner намечена на субботу, 11 мая. Пуска "Атласа" с космическим кораблем и экипажем должен состояться в 03:55 по московскому времени.
Самое популярное
