Как прошел первый полет Starship V3: испытание минимализмом
Американская компания SpaceX провела 12-й испытательный полет ракетно-космической системы Starship, впервые задействовав глубоко модернизированную версию V3. Основные задачи миссии были выполнены, несмотря на то, что бустер Super Heavy потерял управление и разрушился при попытке возврата. Корабль Ship приводнился, но планово разрушился после касания поверхности. Испытания позволили SpaceX протестировать новую технологию фиксации теплозащиты, хотя запланированное повторное включение двигателя Raptor в космосе пришлось отменить из-за сбоя на этапе выведения.
Изначально старт ракетно-космической системы Starship планировался в ночь на 22 мая, но так и не состоялся по техническим причинам. После открытия стартового окна пуск откладывали дважды на полчаса, затем перенесли на следующие сутки. Автоматическая остановка обратного отсчета на отметке Т-40 секунд произошла, когда обе ступени системы — ускоритель Super Heavy B19 и корабль Ship 39 — уже прошли полную заправку топливом и находились в режиме подпитки.
Как позднее уточнили в SpaceX, причиной отмены пуска стал вовсе не отказ гидравлической системы самой башни, как предполагалось ранее, а сбой в общем контуре безопасности: некорректная работа механизма втягивания одного из зажимных рычагов «Мехазиллы» спровоцировала автоматическую блокировку датчиков системы водяной завесы стартового стола.
Специалисты за сутки решили проблему, и следующую попытку пуска наметили в ночь на 23 мая. Этот старт должен был стать 12-м летным испытанием ракетно-космической системы Starship и первым для новейшей, третьей версии Starship V3 (Block 3).
Новая модификация потребовала и новой инфраструктуры: пуск производился с модернизированного стартового комплекса Pad 2 (OLP-2), сооруженного на космодроме Starbase. Значительно измененная система заполнения баков, оснащенная четырьмя мощными насосами на каждый компонент топлива, позволила сократить время заправки всей 124-метровой ракеты до рекордных 36 минут 43 секунд.
План первого полета Starship V3
Схема 12-го полетного теста Starship была известна заранее. В общих чертах она повторяла программу нескольких предыдущих интегрированных летных испытаний самой мощной ракетно-космической системы в истории. После включения 33 двигателей ускорителя Super Heavy B19 ракета должна была уйти со старта в Бока-Чика (штат Техас), выйти на нужный азимут пуска, пройти режим максимального скоростного напора и выполнить разделение ступеней. При этом бустеру надлежало провести контролируемый маневр возврата для мягкого приводнения в акватории Мексиканского залива.
Ловить бустер при помощи механических «рук» башни обслуживания «Мехазилла» в рамках текущей миссии не планировалось: поскольку это был дебютный полет значительно обновленной версии, ускорителю требовалось лишь сымитировать штатную посадку без риска для наземных сооружений.
Между тем корабль Ship 39 после отделения от Super Heavy B19 продолжил бы движение по суборбитальной траектории со скоростью, близкой к первой космической. Траектория строилась так, что замкнутого витка вокруг Земли не получалось, корабль должен был самостоятельно войти в атмосферу в расчетный момент. В ходе полета планировалось протестировать грузовой отсек и открыть створки. Из диспенсера внутри него планировалось последовательно сбросить 22 макета-имитатора полезной нагрузки — спутников Skylink новых поколений.
Среди них находились 20 весовых болванок Starlink v3 и два особых макета Starlink v2 Mini, оснащенных камерами и прожекторами для внешней инспекции корабля. Также полетный план миссии предусматривал короткое тестовое включение одного стандартного двигателя Raptor 3 в условиях космического вакуума. После завершения пассивной фазы полета кораблю предстояло войти в плотные слои атмосферы и совершить управляемое приводнение в заданной точке Индийского океана.
Важнейшее отличие новой миссии от прежних заключалось в том, что тяжелой ракетно-космической системе, оснащенной усовершенствованными двигателями Raptor 3, предстояло взлететь с совершенно нового стартового комплекса Pad 2 (OLP-2), возведенного по соседству с первой пусковой площадкой. Он проектировался и строился специально под возросшие эксплуатационные требования к Starship V3.
Суммарная стартовая тяга 33 двигателей первой ступени была доведена до рекордных 8240 тонн-сил. Этот показатель более чем в два раза превосходит стартовую тягу легендарной лунной ракеты Saturn V от NASA.
Для сравнения, это усилие более чем в два раза превышает стартовую тягу современной американской сверхтяжелой ракеты SLS (около 3950 тонн-сил) и в 2,6 раза превосходит суммарную тягу двигателей системы Space Shuttle при отрыве от стола (около 3080 тонн-сил).
Переход на новое поколение двигателей Raptor 3 позволил полностью убрать индивидуальные теплозащитные экраны и внутренние системы пожаротушения, облегчив конструкцию каждого посадочного места хвостовой рамы. Но это только семечки: за счет перекомпоновки баков значительно возросли массо-габаритные характеристики ракеты. Бустер Super Heavy Block 3 достиг длины 72 метра, а корабль Ship Block 3 – 52 метров. В итоге общая габаритная высота системы превысила 124,4 метра, а стартовая масса 5500 тонн.
Ввод в эксплуатацию стартового комплекса Pad 2 изменил логистику и хронологию предстартового отсчета. За счет перестройки наземного хранилища и установки четырех мощных насосных агрегатов на каждый компонент топлива вместо одного, инженерам удалось почти в 1,4 раза сжать время полной заправки гигантской системы. Официальная команда на начало заливки компонентов выдавалась бортовым компьютером в T-00:50:00. При этом, чтобы избежать опасных термических ударов, избыточного кипения и деформации элементов топливной системы ракеты, применялась строгая очередность заправки: сначала жидкий кислород закачивался в баки корабля Ship 39, затем в баки бустера B19. После этого в ускоритель шел жидкий метан, который на финальном этапе поступал в баки верхней ступени. Обе ступени заполнились на отметке T-00:02:10.
За счет конструктивного смещения совмещенного и нижнего днищ баков на 110 сантиметров в корабль удалось залить дополнительные 100 тонн топлива без удлинения ступени. Ship 39 получил 1600 тонн топлива суммарно. С бустером Super Heavy B19 проводился обратный эксперимент: его баки были умышленно недозаправлены на несколько процентов от номинальной емкости в 3650 тонн. За счет этого инженеры SpaceX стремились сымитировать динамику разгона системы при выведении коммерческой полезной нагрузки массой свыше 100 тонн.
За 17 секунд до команды «старт» автоматика пусковой площадки активировала систему водяного охлаждения и звукопоглощения под стартовым столом. Установка вышла на стопроцентную мощность за три секунды до пуска, к моменту зажигания двигателей, что позволило полностью защитить стальную плиту дефлектора от экстремальных термических и акустических нагрузок при отрыве ракеты от пускового кольца.
Илон Маск показал новую версию Starship: что изменилось
Как прошел первый полет Starship V3: все этапы
Пуск ракетно-космической системы Starship состоялся 22 мая в 22:30 UTC (23 мая в 01:30 по московскому времени). Из-за существенно возросшей тяговооруженности модификации Block 3, зона максимального аэродинамического напора (Max Q) была пройдена на отметке T+45 секунд, что на 17 секунд раньше показателей предыдущей миссии (IFT-11).
«Горячее» разделение ступеней произошло на высоте около 60 км при скорости 5770 км/ч на отметке T+00:02:30. В момент расхождения реактивные струи запускающихся двигателей корабля Ship 39 вызвали сильное локальное обгорание теплозащитного покрытия на верхнем куполе бустера B19.
В этот раз бустер B19 должен был штатно задействовать для маневра возврата (boostback burn) только 13 центральных двигателей Raptor, однако выполнить маневр в полную силу не удалось: пять моторов вообще не вышли на режим зажигания. Ситуация переросла в аномалию на отметке T+00:02:38. Из-за возникшего дефицита тяги автоматика начала разворот ступени, который произошел аномально быстро. Резкое вращение и возникшие динамические перегрузки привели к сбою в подаче компонентов топлива из баков, из-за чего бортовой компьютер экстренно отключил большинство работающих двигателей центрального блока. Маневр возврата завершился досрочно.
Super Heavy возвращался по более крутой и жесткой траектории, чем планировалось. Вскоре в ходе снижения с ним временно потеряли связь. Ускоритель смог пережить пиковые тепловые нагрузки при входе в атмосферу, однако мягкого приводнения не случилось. Финальное гашение скорости перед самой водой выполнялось всего на пяти уцелевших «Рэпторах», которые из-за нехватки компонентов топлива завершили работу досрочно. Из-за дефицита тяги и критического наклона корпуса ускоритель на высокой скорости столкнулся с поверхностью Мексиканского залива в районе расчетной зоны посадки и полностью разрушился.
Ship 39 продолжил полет и вышел на плановую суборбитальную траекторию, несмотря на аварийный отказ одного из трех двигателей Raptor 3 Vacuum, произошедший на отметке T+00:03:03. Бортовой компьютер автоматически компенсировал потерю тяги, скорректировав полетный профиль и увеличив мощность оставшихся пяти моторов, что позволило завершить выведение практически по графику: плановая отсечка двигателей состоялась на отметке Т+00:08:11.
По программе полета корабль должен был выполнить тестовый запуск двигателя в космосе. Однако, вопреки первоначальным планам миссии, на 39-й минуте полета автоматика отменила этот эксперимент. Демонстрацию повторного зажигания Raptor 3 в вакууме решили не проводить, чтобы не рисковать кораблем после зафиксированного ранее досрочного отключения одного из вакуумных двигателей.
Спустя примерно 20 минут после старта (в интервале с Т+00:17:37 по Т+00:27:15) из грузового отсека Starship через модифицированный диспенсер были выпущены макеты спутников Starlink. Демонстрация возможностей вывода полезной нагрузки прошла успешно, причем общая масса сброшенного груза составила рекордные для программы 40 тонн. На суборбитальной траектории оказались 22 макета-имитатора: 20 единиц весьма успешно притворялись спутниками Starlink v3, а еще две штуки — модифицированными аппаратами Starlink v2 Mini.
Последние получили техническое имя Dodger Dogs — в честь знаменитых удлиненных хот-догов с лос-анджелесского бейсбольного стадиона. Эти два аппарата, оборудованные прожекторами, широкоугольными камерами и радиопередатчиками, летели параллельным курсом и выполняли прямую съемку теплозащитного экрана со стороны. Они транслировали внешнее изображение Ship 39 на суборбитальном участке полета и в начале фазы входа в атмосферу, после чего планово вошли в плотные слои воздуха и сгорели над Индийским океаном.
Starship достиг максимальной высоты в 195 км, после чего начал снижение. Его вход в атмосферу состоялся спустя почти 48 минут с момента пуска, на отметке Т+00:47:47. Вторую ступень окружили яркие потоки плазмы. Судя по прямой трансляции, она перенесла спуск намного лучше, чем предыдущие версии. Обновленный теплозащитный экран выдержал динамические нагрузки, а закрылки и исполнительные механизмы посадки не расплавились под воздействием высоких температур.
Стабильное удержание корабля в плазме во время волнового маневра гашения скорости («bounce») в стратосфере обеспечила полностью переделанная система реактивного управления: новые пары двигателей крена в районе грузового отсека использовали в качестве рабочего тела газ, отводимый напрямую из магистралей наддува топливной системы.
При этом трансляция зафиксировала яркие белые полосы между черными плитками, что было вызвано запланированным термическим выгоранием внутренней абляционной подложки в тех зонах, где плитки были умышленно демонтированы на земле ради сбора тепловых данных. Механическая фиксация плиток металлическими штифтами вместо клея доказала свою эффективность: за исключением одного задымленного участка, щит перенес вход в атмосферу без обширных разрушений, что позволяет оценить его межполетную живучесть в 2–3 спуска без ремонта.
«Starship вошел в плотные слои атмосферы Земли и смог собрать критические данные о работе своего теплозащитного экрана и общей прочности конструкции, — подтвердила компания SpaceX. — В последние минуты спуска корабль выполнил маневр с предельным отклонением задних закрылков для стресс-тестирования их прочности, а также динамический переворот по тангажу. Это позволило полностью сымитировать траекторию торможения будущих миссий, возвращающихся непосредственно на стартовую площадку».
Техническая справка о двигателе Raptor 3
Модернизация силовой установки Starship — Super Heavy V3 потребовала кардинального изменения внутренней архитектуры жидкостного ракетного двигателя Raptor 3. Главным инженерным достижением SpaceX наблюдатели считают полный отказ от традиционных фланцевых соединений вокруг турбонасосов. Вместо сборных узлов конструкторы перешли на монолитную структуру, детали которой изготавливаются методом трехмерной селективной лазерной плавки металлов. Это решение позволило полностью ликвидировать потенциальные точки утечки криогенных компонентов под сверхвысоким давлением и исключить из конструкции массивные крепежные болты.
Прямым следствием глубокой интеграции каналов рубашки охлаждения и ликвидации внешнего «обвеса» стало радикальное изменение физических параметров силовой установки, а также её визуальное тотальное упрощение.
давление в камере сгорания: за счет изменения геометрии смесительной головки и оптимизации газодинамики рабочих тел номинальное рабочее давление внутри камеры на испытаниях было поднято до рекордных 357 атмосфер;
дифференциация версий по тяге: базовая «атмосферная» модификация Raptor 3 выдает на уровне моря 280 тонн-сил тяги (с конструктивным прицелом на последующее форсирование до 300 тонн-сил), в то время как специализированная вакуумная версия Raptor 3 Vacuum с увеличенным сопловым насадком генерирует более 300 тонн-сил в пустоте;
оптимизация сухой массы: сухая масса атмосферной версии двигателя снизилась до 1525 кг (показатель поколения Raptor 2 составлял 1630 кг), а полная масса в сборе с узлами навески к силовой раме ступени составляет 1720 кг.
Насколько идеален ракетный двигатель Raptor: полный разбор
Что будет после полета Starship V3
В конечном счете корабль полностью погасил скорость, принял вертикальное положение и мягко приводнился в заданной точке Индийского океана через 1 час 6 минут 20 секунд после старта. Впрочем, вскоре после касания поверхности он накренился на бок и закономерно разрушился от взрыва остатков метана и кислорода: от удара о воду плашмя корпус деформировался, баки лопнули, и компоненты взорвались, соприкоснувшись с раскаленными от входа в атмосферу элементами конструкции.
Тем не менее автоматика SpaceX выполнила штатную процедуру финального торможения: маневр переворота начался на высоте 800 метров при скорости около 380 км/ч с использованием трех центральных двигателей, затем система последовательно перешла на работу двух моторов и завершила цикл коротким зависанием и касанием воды на одном-единственном Raptor 3. Таким образом, этот посадочный профиль являлся полностью стандартным, а не экспериментальным или «резервным».
Внимательные наблюдатели также зафиксировали важную деталь: из эпицентра финального взрыва на воде с высокой скоростью выбросило уцелевший композитный баллон высокого давления (COPV) с факелом горящего газа. Это послужило весомым техническим доказательством того, что в модификации V3 компания SpaceX перешла на использование композитных накопителей не только для гелия, но и для хранения сжатого газообразного метана, необходимого для работы системы наддува и двигателей реактивного управления.
В SpaceX пока не раскрывали детальные планы на дальнейшие летные испытания Starship. Тем не менее наблюдатели с нетерпением ждут выхода корабля на полноценную орбиту и успешного возврата обеих ступеней на силовые рычаги башни «Мехазилла». Сроки поджимают: на базе Starship создается лунный посадочный модуль Starship HLS для амбициозной программы NASA «Артемида», который планируется испытать на околоземной орбите. Но у SpaceX есть серьезный конкурент в лице Blue Origin, которая для лунной программы разрабатывает альтернативный посадочный аппарат Blue Moon.
SpaceX отстает: астронавты NASA начнут тренировки на макете лунного модуля от Blue Origin
SpaceX отстает: астронавты NASA начнут тренировки на макете лунного модуля от Blue Origin. Для исправления ситуации новому руководству ведомства придется принимать жесткие решения. Стоит напомнить, что действующим администратором NASA является Джаред Айзекман, полноценно руководящий агентством уже более пяти месяцев с момента своего официального вступления в должность 18 декабря 2025 года. Именно его команде предстоит оценивать результаты текущего полета в контексте лунной гонки.
Ближайшей критической точкой для SpaceX станет июнь 2026 года, когда запланирована демонстрация автоматической орбитальной перекачки топлива между двумя кораблями по схеме «корабль–корабль». Аппарат Ship 39 уже нес на себе необходимый комплект пассивного оборудования: четыре скрытых стыковочных порта типа «конус-штанга» (probe-and-drogue) на подветренной стороне фюзеляжа, лазерные датчики DragonEye LIDAR для сантиметрового сближения и радиочастотные измерители объема жидкостей в невесомости. Бортовая автономность электроники версии V3 была умышленно поднята до 48 часов ради обеспечения резерва времени на этот сложнейший маневр.
Согласно последним данным, Artemis III запланирована на конец 2027 года. Экипажу предстоит отправиться в космос на корабле Orion и состыковаться с одним из двух модулей — Starship HLS или Blue Moon. Удастся ли компаниям Илона Маска и Джеффа Безоса уложить модернизацию своих систем в столь жесткий срок (и кто из них окажется быстрее), покажет время.
Подробнее о задачах миссии Artemis III рассказывали здесь.
На обложке фото SpaceX
