Несмотря на успешную миссию «Артемида II», в ходе которой экипаж космического корабля «Орион» облетел вокруг Луны и вернулся на Землю, у США на сегодняшний день нет реальной технической возможности осуществить высадку на Луну.
Причина этого – в неготовности корабля Starship компании Илона Маска SpaceX обеспечить лунную миссию «Артемида III», которая предполагает высадку экипажа на Луну.
Согласно плану NASA, экипаж «Артемиды III» доберётся до лунной орбиты на корабле «Орион», где его будет поджидать Starship HLS (Starship Human Landing System) – лунная посадочная версия космического корабля Starship, предназначенная для доставки астронавтов с окололунной орбиты на поверхность Луны и обратно.
«Орион» состыкуется с HLS и использует его как лунный посадочный шаттл. HLS – по сути, модифицированная верхняя ступень Starship.
Но Starship не может сразу отправиться прямо к Луне – сначала ему нужна дозаправка на орбите. Для этого «танкерная» модификация верхней ступени Starship будет выведена на низкую околоземную орбиту (НОО). Её будут дозаправлять в ходе несколько запусков Starship – они состыкуются с танкером, перекачают в него криогенное топливо и вернутся обратно. Как только танкер будет заполнен, HLS стартует, состыкуется с ним, полностью заправится и отправится к Луне.
При этом новое руководство NASA хочет, чтобы компания SpaceX продемонстрировала всё это, а также посадку на Луну и взлёт с её поверхности в беспилотном режиме, прежде чем приступить к выполнению пилотируемой миссии «Артемиды III» с использованием HLS.
Сейчас инженеры SpaceX пытаются довести до ума Starship V3 – третью модификацию космического комплекса Starship/Super Heavy.
Большинство тестовых запусков первой версии были, как мы писали, неудачными и закачивались взрывами.
Вторую версию постигла та же судьба. Испытательные запуски были неудачными и заставили экспертное сообщество усомниться в технической грамотности инженеров SpaceX.
«Разработка Starship, мегаракеты SpaceX, которая должна доставить астронавтов на Луну, а возможно, и на Марс, столкнулась с серьезной проблемой… Последняя версия космического аппарата, известная как Block 2, демонстрирует худшие результаты, чем ее предшественница», – отметил портал Futurism.
Одна из самых сложных проблем инженеров SpaceX – низкая грузоподъемность двух первых версий Starship.
Starship V2 перевёз лишь 16 тонн в ходе суборбитальных полётов. SpaceX заявляет о способности доставить 35 тонн на НОО, но это катастрофически далеко от обещанных более 100 тонн, без которых вся эта орбитальная дозаправка затянется на годы.
Прежде всего, ракете нужно успешно выйти на орбиту с полезной нагрузкой, и это сложнее, чем кажется. Дополнительное топливо, необходимое для вывода Starship V2 на НОО, составляет, по расчётам британского аналитика Филипа Мейсона, примерно 20 тонн, что означает: Starship V2 способен достичь лишь самой низкой возможной орбиты и только без полезной нагрузки!
Илон Маск решает эту непростую проблему, снижая вес и увеличивая мощность двигателей.
Starship V3 оснащён новыми двигателями SpaceX Raptor 3. За счёт удаления теплозащитного экрана и перехода на более широкое использование так называемого абляционного охлаждения (когда криогенное топливо охлаждает двигатель перед сгоранием) Raptor 3 на 105 кг легче предыдущего Raptor 2 – это экономит более четырёх тонн на каждой ракете.
Raptor 3 стал мощнее: общая тяга ракеты возросла на 9%. Кроме того, Starship V3 несёт на 12% больше топлива, чем V2, а верхняя ступень – на 6% больше. Для этого пришлось сделать V3 заметно длиннее V2, однако его сухая масса, по имеющимся данным, на 20–30% меньше, то есть примерно на 100 тонн.
Всё это должно, по замыслу инженеров SpaceX, увеличить грузоподъёмность Starship, но достаточно ли этого, чтобы увеличить грузоподъемность с 16 до 100 тонн?
Даже самые приблизительные подсчеты говорят, что до этой цели еще, как говорится, пахать и пахать.
Отметим, что повышения грузоподъемности Starship V3 в SpaceX добиваются за счет увеличения мощности двигателей, увеличивая при этом размеры корабля и облегчая его корпус.
Это не может не привести к снижению прочности всей конструкции корабля, которая, как мы писали, концептуально ошибочна.
США сегодня не имеют мощного ракетного двигателя, который мог бы вывести на околоземную орбиту свыше 100 тонн полезной нагрузки. Поэтому на всех модификациях Starship стоят три с лишним десятка маломощных движков Raptor.
В результате уровень вибраций трубопроводов и подвесов связки двигателей гигантской ракеты Starship настолько высок, что существующие материалы и конструктивные решения не способны обеспечить необходимую жесткость всей конструкции.
Современные цифровые системы управления полетом, как полагает Маск, смогут нейтрализовать неизбежную несинхронность и сбои в работе трех десятков двигателей.
В первых двух версиях Starship достичь не удалось. Третий Starship несколько мощней и легче, что увеличило грузоподъемность, но, по определению, снизило жесткость всей конструкции корабля.
Есть и еще одна проблема, без решения которой осуществить миссию «Артемида III» будет невозможно.
В NASA утверждают, что «танкерному» варианту Starship потребуется 10 дозаправок, чтобы полностью заправить Starship, летящий на Луну. Но это неверно, потому что существует явление испарения топлива – boil-off.
Даже в космосе солнечное тепло будет нагревать криогенное топливо и испарять его. Скорость испарения может варьироваться от 0,5% до 5% в сутки – и одно только это способно резко увеличить необходимое количество дозаправочных запусков.
Если проблема испарении топлива в космосе не будет решена, то для полной дозаправки лунного модуля Starship потребуется, по расчётам российских аналитиков, «110 дозаправочных миссий, которые займут более двух лет», что делает успех миссии «Артемида III» более чем сомнительным.
Еще одна проблема: стыковка гигантских «Старшипов» – лунного модуля и танкера – является невероятно сложной задачей. Орбитальная стыковка объектов таких размеров никогда прежде не выполнялась. Потребуется ювелирно точное управление, и даже при этом дестабилизирующие инерционные силы будут колоссальными. При этом стыковочные системы должны быть исключительно прочными, чтобы удерживать эти гигантские корабли вместе.
Авария при стыковке лунного модуля с почти полным танкером Starship может обернуться взрывом обоих кораблей и провалом всей миссии.
В NASA все эти проблемы осознают достаточно четко и припасли запасной «рояль в кустах»: помимо SpaceX, лунный модуль Blue Moon Mark 2 разрабатывает компания Blue Origin Джефа Безоса.
Более того, в NASA отменили высадку на Луне для миссии «Артемида III», в ходе которой будет лишь отработка всех систем на НОО.
А высадить астронавтов на спутник Земли планируется теперь лишь в рамках миссии «Артемида IV», сроки которой, похоже, будут не раз переноситься вправо.
Решение верное, хотя оно слишком уж напоминает известную притчу про ишака и падишаха.
