Судьба Falcon Heavy
С самого начала Falcon Heavy сулила возможность вывода государственных и коммерческих полезных нагрузок на геостационарную орбиту за меньшую сумму, чем это было ранее. «Falcon Heavy может взять на борт крупнейшие спутники. — говорил Илон, — С этой ракетой открываются новые рыночные возможности для тех космических аппаратов, которые просто не могут быть доставлены на орбиту с помощью существующих в настоящее время ракет».
«Я ожидаю, что Falcon Heavy откроет перед нами новые перспективы для освоения космоса».
«С точки зрения затрат — что крайне важно, поскольку затраты на запуск с годами неуклонно растут, — Falcon Heavy имеет огромное экономическое преимущество. Запуск этой ракеты стоит в три раза меньше, чем Delta IV Heavy, но она может вывести в два раза больше полезной нагрузки на орбиту».
Но это была не единственная цель. Амбиции SpaceX всегда были направлены на колонизацию Марса, и было очевидно, что для этого необходима недорогая ракета сверхтяжёлого класса, способная помочь организовать регулярные полёты на Красную планету. Благодаря Falcon Heavy компания может доставить более 64 тонн на низкую околоземную орбиту и более 17 тонн на Марс.
Superclaster
Поначалу разработка этой ракеты казалась достаточно простой. Всего-то нужно соединить три уже работающих первых ступени Falcon 9 – и готово. Обтекатель и вторая ступень точно такие же, как и у Falcon 9, а благодаря минимальным изменениям наземного вспомогательного оборудования компания могла сократить время разработки и эксплуатационные расходы. Вывести Falcon Heavy на орбиту планировалось уже в 2013 году.
Однако, как и всегда, разработка оказалась намного более сложной задачей. В июле 2017 года Илон сказал: «На самом деле создать Falcon Heavy, как выяснилось, гораздо сложнее, чем мы думали. Мы были довольно наивны в этом отношении».
Несмотря на то, что Falcon 9 и Falcon Heavy имеют практически одинаковую конструкцию, в тяжёлую версию ракеты было внесено много важных изменений, которые потребовали доработки и дальнейших улучшений. Сюда входит разработка системы разделения ускорителей — механизма, который отделяет боковые ускорители от центрального в полёте — и усиление центрального блока, включающее более толстые стенки бака и другие незначительные изменения для надёжной фиксации ускорителей.
Эти конкретные модификации оказались весьма непростыми и вызвали серьёзные задержки, которые усугубились двумя авариями Falcon 9, потребовавшими выделения всех инженерных ресурсов для их анализа, что привело к остановке полётов на многие месяцы.
Пока SpaceX создавала самую большую в мире действующую ракету, NASA использовало задействованные в разработке Space Shuttle цепочки поставок для создания собственного сверхтяжёлого носителя – Space Launch System (SLS). Ожидается, что в рамках программы NASA Artemis эта ракета позволит людям вновь достигнуть Луны. По субподряду с Boeing, Lockheed Martin и Northrop Grumman агентство планировало первый орбитальный запуск SLS к декабрю 2017 года.
Сравнивая «лунную мегаракету» NASA с Falcon Heavy, многие поспешили подчеркнуть низкую стоимость носителя SpaceX, однако другие скептически отнеслись к тому, что коммерческая компания, совершив настоящий инженерный подвиг, сможет создать ракету подобного размера.
В интервью от 2014 года тогдашний администратор NASA Чарльз Болден сказал: «Давайте ещё раз поговорим начистоту. У нас нет сверхтяжёлой коммерческой ракеты. Falcon Heavy может когда-нибудь и появится. Эта ракета разрабатывается прямо сейчас. Но SLS – это реальность. Вы видели её в производстве. Мы строим первую ступень. У нас есть все двигатели, готовые к установке на испытательный стенд в Космическом центре им. Стенниса. Однако, я не вижу никаких специально спроектированных узлов для Falcon Heavy, за исключением того, что SpaceX собирается взять три Falcon 9, собрать их вместе, превратив это в сверхтяжёлую ракету. Однако в ракетостроении не всё так просто».
STARMAN
Четыре года спустя, 6 февраля 2018 года, потратив на разработку всего 500 миллионов долларов, SpaceX доказала NASA, Конгрессу, Министерству обороны США и всему миру, что коммерческие компании действительно могут выводить на орбиту тяжёлые грузы.
Первый демонстрационный старт Falcon Heavy прошёл отлично: родстер Илона Маска был доставлен на орбиту, а боковые ускорители первой ступени совершили идеальное одновременное приземление на посадочные площадки. С другой стороны, NASA потратило более 23 миллиардов долларов на ракету SLS, имеющую проблемы даже после неполных основных испытаний, которая и по сей день не оторвалась от земли.
Это была большая победа не только для компании SpaceX, которая выиграла огромное количество контрактов от правительственных заказчиков, но и для научного сообщества, поскольку отправить большую полезную нагрузку на орбиту или в дальний космос стало дешевле, чем когда-либо.
Когда NASA заключило со SpaceX контракт на запуск Europa Clipper, это позволило космическому агентству сэкономить более 500 миллионов долларов налогоплательщиков. Запуск аппарата ранее планировался на борту SLS, в основном из-за давления со стороны Конгресса.
В 2019 году генеральный инспектор NASA сообщил, что запуск Clipper при помощи SLS будет стоить около 726 миллионов долларов с учётом того факта, что SLS сможет доставить зонд к Юпитеру быстрее. Для сравнения, SpaceX просила всего 178 миллионов долларов. Как нетрудно догадаться, столь низкая стоимость была обусловлена многоразовыми ступенями SpaceX. Когда планировалась миссия к Европе, Falcon Heavy ещё даже не существовало. Но теперь именно этот сверхтяжёлый носитель запустит космический аппарат NASA к одному из самых перспективных мест для поиска жизни в Солнечной системе.
Falcon Heavy стартовала ещё дважды. В одном из стартов ракета доставила на орбиту спутник связи для Lockheed Martin и множество полезной нагрузки для ВВС США. Это была самая сложная миссия для компании, поскольку она подразумевала 20 развёртываний 24 спутников на различных орбитах с разными наклонениями за менее чем 3,5 часа.
Но испытательный полёт Falcon Heavy вышел далеко за рамки демонстрации технологии. Запуск Tesla Roadster со Старменом на борту вместе с именами тысяч инженеров SpaceX оказал существенное влияние на общество, подобного которому не было со времён «Аполлона-11» и первого старта Space Shuttle. Десятки тысяч людей заполнили космическое побережье Флориды, а сотни журналистов и фотографов прибыли в Космический центр Кеннеди впервые со времён ушедшей эпохи Space Shuttle.
SpaceX финансировала разработку Falcon Heavy самостоятельно. Это оказалось хорошей инвестицией. После трёх успешных запусков этот сверхтяжёлый носитель обеспечил себе серию важных заказов от Министерства обороны США, NASA и некоторых коммерческих компаний.
На этот год запланировано 5 стартов Falcon Heavy, причём 3 из них будут выполнены в интересах Космических сил США.
В рамках миссии USSF-44, запланированной на декабрь, впервые будет произведена одновременная посадка двух боковых ускорителей на автономные плавучие платформы, расположенные у побережья Атлантического океана. Первоначально эту миссию планировалось осуществить в августе 2020 года, но она постоянно откладывалась, в основном из-за неготовности полезной нагрузки со стороны ВВС США. О ней известно немногое, но мы знаем, что на борту будет пара спутников: более крупный, с неподтверждённым названием, а также микроспутник под названием TETRA-1.
Далее следует USSF-52, ставший первым конкурентным контрактом SpaceX на запуск для Космических сил США. Заявка SpaceX стоимостью более 130 миллионов долларов обошла Delta IV Heavy от United Launch Alliance. Старт запланирован на октябрь. Последняя же миссия, USSF-67, запланирована на ноябрь этого года.
Помимо военной нагрузки, с помощью Falcon Heavy к астероиду (16) Психея будет запущен орбитальный аппарат NASA Psyche. Основная цель этой миссии — приоткрыть тайну происхождения планетных ядер путём изучения металлического ядра астероида. Это будет первый дальний космический запуск Falcon Heavy в интересах NASA. На данный момент он запланирован на 20 сентября.
Falcon Heavy также осуществит коммерческий запуск для компании ViaSat, занимающейся геостационарной спутниковой связью. Ракета запустит ViaSat-3 Americas – спутник, работающий в Ka-диапазоне, который, как ожидается, обеспечит пропускную способность сети более 1 терабита в секунду в Северной и Южной Америке. В этой миссии также будет присутствовать вторичная полезная нагрузка для компании Asrantis Space Technologies – аппарат под названием Arcturus. Этот телекоммуникационный спутник предназначен для обеспечения высокоскоростным интернетом отдалённых районов Аляски.
Изображение: Superclaster
STARSHIP
С помощью Falcon Heavy, компания, возможно, и может получить выгодные государственные контракты, но в SpaceX довольно рано осознали, что для достижения частоты запусков как в авиационной индустрии — чего никто в истории космических полётов ещё не добился — им нужно будет строить и проектировать ракету с нуля. Система должна быть разработана под полное и быстрое повторное использование большинства её компонентов изначально.
Ракета Falcon Heavy по своей сути основана на Falcon 9. Это ограничивает периодичность её запуска, в основном из-за графика производства одноразовых двигателей второй ступени Merlin и затрат времени на обслуживание первых ступеней. В одном из недавних запусков Starlink компания смогла сократить этот срок до шести дней. Но даже если SpaceX ускорит производство второй ступени до максимума и минимизирует затраты времени на обслуживание первых, это всё равно будет довольно далеко до темпов авиакомпаний, которых планирует достичь компания. Чтобы совершить посадку и снова взлететь всего через несколько часов, ей понадобится совершенно новая ракета. С тягой более чем втрое превышающую таковую у Falcon Heavy, эта ракета будет способна вывести на низкую околоземную орбиту более 150 тонн – и всё это лишь за небольшую часть стоимости вполне себе доступной Falcon 9.
Первоначально названная Mars Colonial Transporter (MCT), затем переименованная в Interplanetary Transportation System (ITS), Big Falcon Rocket (BFR) и, наконец, в Starship, это следующая итерация многоразовой системы SpaceX. После запуска она станет самой большой и самой мощной ракетой, когда либо разработанной человечеством, вдвое превосходящей по тяге «Сатурн-5». Если всё получится, то ракета будет готова к сверхбыстрому повторному использованию и реализации амбиций SpaceX по исследованию дальнего космоса.
Компания уже несколько лет разрабатывает Starship. Первоначально в качестве основного материала для ракеты рассматривалось углеродное волокно, и команда безуспешно испытывала большие композитные баки. Но его замена на нержавеющую сталь всё изменила. Это позволило SpaceX быстро и последовательно разработать эту сверхтяжёлую ракету-носитель. В отличие от ракет семейства Falcon, для создания Starship у SpaceX было гораздо больше гибкости и свободного капитала. Компания обосновалась в небольшом городке на юге Техаса под названием Бока-Чика, чтобы разработать, построить и, надеемся, вскоре запустить ракету, которая могла бы доставить больше людей и грузов гораздо дальше и намного дешевле. SpaceX назвала площадку для сборки и запуска Starship «Звёздной базой» (Starbase) и вскоре построит гостевой центр для будущих пассажиров.
На протяжении многих лет SpaceX строила и тестировала различные прототипы Starship и Superheavy, каждый из которых был немного более сложным, чем его предшественник. Они прошли путь от небрежно сваренного изделия до полностью собранного экземпляра Starship менее чем за 2 года.
Starship и его ракета-носитель Superheavy оснащены двигателем Raptor, также разработанным с нуля. Это двигатель закрытого цикла с полной газификацией компонентов топлива, работающий на жидком метане и переохлаждённом жидком кислороде, являющийся самым сложным двигателем в мире. Ракетный двигатель этой схемы работает таким образом, что выхлопные газы из газогенераторов направляются в основную камеру сгорания. Это снижает рабочие температуры газогенераторов и повышает эффективность использования топлива.
Теоретически это должно обеспечивать длительное многократное использование, меньшие затраты времени для подготовки к следующему запуску и упрощённое техническое обслуживание в целом. Однако этот цикл работы двигателя настолько усложняет саму конструкцию, что был внедрён только в две установки – советский РД-270 и демонстрационный IPD от компании Aerojet Rocketdyne. Обе двигателя никогда не покидали испытательный стенд.
В настоящее время SpaceX всё ещё далека от первой попытки орбитального запуска Starship, т.к.ожидает одобрения FAA для стартовой площадки Бока-Чика (одобрение было получено компанией 13 июня; ей придётся выполнить ряд условий, чтобы иметь возможность осуществлять запуски с территории космодрома в Техасе – прим. переводчика), а также двигатели Raptor второго поколения, получившие название Raptor 2.
Но всё это поднимает важный вопрос — когда Starship станет полностью работоспособным, как сложится судьба Falcon Heavy?
Илон постоянно заявлял, что Starship заменит семейство ракет Falcon в будущем, но это будущее пока довольно далеко. Falcon 9 будет запускаться ещё много лет, поскольку это единственная ракета помимо Atlas V, которая может доставлять экипаж на низкую околоземную орбиту с американской территории. Что касается Falcon Heavy, то с её помощью SpaceX продолжит выполнять государственные миссии, которые требуют безупречной истории запусков и большого опыта эксплуатации ракеты-носителя, даже если коммерческие миссии с тяжёлыми грузами и будут переданы Starship.
Имея всего три успешных запуска в своей истории, возможно, Falcon Heavy только начинает свой путь. Даже когда на горизонте маячит стремительно разрабатываемый Starship.
https://www.supercluster.com/editorial/the-fate-of-falcon-he...
