Спасите «Артемиду»: мощнейший ускоритель для лунной ракеты SLS взорвался
На полигоне в штате Юта прошли первые стендовые огневые испытания демонстрационного образца DM-1 твердотопливного двигателя, который компания Northrop Grumman разрабатывает по программе продления срока службы устаревающего стартового ускорителя BOLE (Booster Obsolescence and Life Extension). Ожидается, что подобный ускоритель будет использоваться в составе сверхтяжелой лунной ракеты SLS модификации Block 2, предназначенной для миссии Artemis IX. Но дебютный тест завершился эффектным пожаром. Казалось бы, рабочий момент, но не в условиях, когда решается судьба «Артемиды».
Не десять, а пять: «Артемиду» урезают
Судьба сверхтяжелой лунной ракеты Space Launch System (SLS), которая до недавнего времени была одним из ключевых элементов американской программы «Артемида» наряду с космическим кораблем «Орион», по-прежнему остается под вопросом. Этот проект впервые представили почти 15 лет назад: NASA и его сторонники в Конгрессе утверждали, что SLS станет локомотивом новой эры освоения дальнего космоса. Ее преимуществом называли технологии (маршевые и стартовые двигатели, а также конструкцию баковых отсеков), оставшиеся еще от американских шаттлов — полагая, что это ускорит разработку ракеты и обойдется намного дешевле, чем создание проектирование нового носителя.
16 маршевых двигателей RS-25 от шаттлов, которые имелись у NASA, должно было хватить на четыре первых полета SLS. Имелись также комплектующие для изготовления восьми пар твердотопливных ускорителей.
Однако эти ожидания не оправдались. По многим причинам разработка нового средства выведения затягивается, что приводит к удорожанию проекта. Первый пуск SLS состоялся только в 2022 году, а следующий намечен на 2026 год. Столь большие промежутки между стартами увеличивают эксплуатационные расходы. В результате каждая миссия Artemis больно бьет по карману NASA — один полет оценивается в $4,2 млрд, и это с учетом уже имеющихся в наличии двигателей.
В американском сообществе все чаще звучит мнение о том, что разработка SLS является неэффективной и не стоит таких ресурсов. Судя по всему, так считает и новая администрация США во главе с Дональдом Трампом, который, как ранее стало известно, хочет свернуть проект SLS после проведения двух экспедиций — Artemis II и Artemis III. Сроки их реализации постоянно сдвигаются: по последней информации, они запланированы на апрель 2026-го и середину 2027 года.
В таком случае ракета, на которую NASA потратило очень много времени и средств (по данным на сентябрь 2023-го, с начала разработки в 2011 году ракета обошлась агентству в $11,8 млрд, тогда как, по другой оценке, фактическая стоимость программы составила около $50 млрд), совершит всего лишь три полета за все время своего существования. Первая экспедиция Artemis I, в рамках которой запущенный с помощью SLS корабль «Орион» совершил беспилотный облет Луны, состоялась в 2022 году.
Между тем Конгресс, который рассматривает предварительный текст законопроекта бюджета на 2026 финансовый год, предлагает продлить «срок службы» ракеты до пяти полетов. Всего же по «Артемиде» запланировано 10 экспедиций с использованием SLS — последняя в их числе, Artemis X, пока намечена на 2035 год. Но учитывая последние события (непомерные расходы, срывы сроков и сокращение бюджета NASA), по мнению наблюдателей, очень маловероятно, что лунный сверхтяж совершит девять полетов. И даже если ему удастся их выполнить, то едва ли в срок до 2040 года.
Поэтому нынешняя администрация Белого дома хочет отменить проект SLS в пользу более дешевых коммерческих альтернатив, например, Falcon Heavy от SpaceX. В американской прессе довольно часто сравнивают две эти ракеты, отмечая, что запуск Falcon Heavy стоит в разы дешевле — около $150 млн.
Молчаливый «прожиг» RS-25
Понимая, что наследия прошлого на программу Artemis не хватит, агентство подписало контракт с Aerojet Rocketdyne на подготовку к производству новых двигателей RS-25. В 2015 году агентство заказало у подрядчика партию из шести двигателей, а в 2020-м — еще 18 двигателей. Стоимость каждого силового агрегата составила около $100 млн (для сравнения: по словам людей, близких к Илону Маску, двигатели Raptor 2 и Raptor 3 от SpaceX стоят $250 тыс. и $500 тыс. каждый).
NASA стремится снизить стоимость RS-25 до $70 млн за штуку, но это все равно много. Тем не менее, несмотря на большие расходы и (подвешенное состояние «Артемиды»), специалисты планомерно (насколько это возможно) тестируют новое оборудование для SLS. Так, на прошлой неделе на испытательном стенде имени Фреда Хейза в Космическом центре имени Джона Стенниса в штате Миссисипи после долгого перерыва наконец провели огневой тест вновь изготовленного RS-25 (экземпляр №20001) из партии подготовленных к полету двигателей.
Примечательно, что испытание прошло почти незамеченным. Не смотря на то, что Агентство часто проводило прямые трансляции «прожигов» в Центре Стенниса, на этот раз видеострима не было. Кроме того, NASA не делало никаких публичных заявлений об испытаниях RS-25 до 23 июня. Лишь тогда было объявлено, что двигатель проработал 500 секунд, показав тягу в 111% от номинала, что соответствует тому значению тяги, которое необходимо для старта SLS с «Орионом». В заявлении NASA отмечается, что этот RS-25 предназначен на пятого полета лунного сверхтяжа — миссии Artemis V.
Хотя этот полет может вообще не состояться, фирма L3Harris (занимается производством RS-25 после приобретения Aerojet в 2023 году) сохраняет оптимистичный настрой. «Это успешное испытание показывает, что мы смогли воспроизвести характеристики и надежность RS-25, используя современные методы производства и модернизированные компоненты, такие как основная камера сгорания, сопло и демпфер пого-колебаний, — отметила президент подразделения космических двигателей и энергетических систем компании Кристин Хьюстон. — Наша двигательная технология является ключевым фактором в обеспечении лидерства США в освоении Луны, создании на ней постоянного присутствия и недопущении передачи этого стратегического рубежа другим странам».
Огневой тест RS-25 №20001 имел для NASA еще и символическое значение. Ведь испытания прошли за несколько дней до юбилейной даты — 50-летней годовщины первого испытания двигателя для шаттла в Стеннисе 24 июня 1975 года. Тот двигатель имел серийный номер 0001.
Сопло раздора
Следующие стендовые огневые испытания NASA провело 26 июня. Но тестировался не RS-25, а новый твердотопливный ракетный ускоритель, произведенный Northrop Grumman по программе BOLE. Отметим, что это не название изделия, как его представляют СМИ, а аббревиатура комплекса мер по продлению срока службы элементов и технологий, которые применяются для создания ускорителя. С точки зрения современного производства они устарели, из-за чего стандарты не позволяют использовать имеющиеся компоненты в полете без соответствующих процедур и проверок. Данный двигатель предназначен для ракеты SLS Block 2, которая должна дебютировать в миссии Artemis IX. Уточняется, что это был не летный, а испытательный образец: его инженеры будут использовать для сбора данных.
Испытание в штате Юта поначалу проходило в штатном режиме. Основной элемент ускорителя — пятисекционный твердотопливный двигатель, закрепленный в горизонтальном положении — развил тягу около 1770 тс (3,9 млн фунтов), что больше, чем у существующих ускорителей, предназначенных для первых восьми пусков SLS. Тест продолжался почти 140 секунд, но за 10 секунд перед его завершением отмечалось необычное свечение шлейфа раскаленных выхлопных газов. Через несколько мгновений сопло разлетелось на бесчисленные осколки.
По другим данным, изменение свечения могло быть вызвано процессами, происходящими внутри сопла. Примерно за 10 секунд до окончания работы сопловой насадок «энергично отделился от двигателя», и перед разрушением из сопла вылетали какие-то раскаленные фрагменты.
«Несмотря на то, что двигатель хорошо показал себя в суровых условиях работы, мы наблюдали аномалию ближе к концу двухминутного теста. Испытание самого большого сегментированного твердотопливного двигателя из когда-либо созданных предоставляет нам ценные данные для доработки конструкции», — отметил вице-президент Northrop Grumman по двигательным установкам Джим Калберер.
Это было первое испытание по программе BOLE, цель которой — разработать более эффективный твердотопливный ускоритель для ракеты SLS. Контракт с Northrop Grumman на его проектирование, разработку и тестирование для миссии Artemis IX был заключен в 2021 году. Кроме того, по этому соглашению (общей стоимостью $3,2 млрд) компания взяла на себя обязательство перед NASA произвести ускорители с использованием уже существующих деталей шаттла для пяти полетов Artemis (IV–VIII).
MD-1, созданный по программе BOLE, в Northrop называют крупнейшим (его высота составляет 47,5 метра) и самым мощным твердотопливным двигателем, собранным из секций для пилотируемых космических полетов. Этот ускоритель обеспечивает более 75% тяги, необходимой для старта ракеты SLS с космическим кораблем «Орион». Четыре маршевых двигателя RS-25 приводят в движение основную ступень, создавая тягу более 907 тс.
Корпус нового ускорителя изготовлен из углеродного волокна, а не из стали, как у исходного шаттловского. Как отмечают в Northrop, он на 10% легче и прочнее предыдущего варианта, позволяет ускорить процесс изготовления и соответствует современным коммерческим стандартам производства. Кроме того, двигатель имеет топливный заряд видоизмененной формы, а гидравлическая система управления вектором тяги заменена на электрическую.
В последние годы Northrop Grumman терпит неудачи с ракетными соплами. Так, в 2019-м двигатель для ракеты-носителя Omega, разработка которой уже прекращена, потерял сопло во время огневых испытаний в Юте. В 2024 году ускоритель производства Northrop, обеспечивающий старт ракеты Vulcan компании United Launch Alliance, потерял сопло во время полета. Это не помешало носителю выйти на запланированную орбиту.
