Starship впервые достиг космоса, но обе ступени взорвались — по пока не совсем ясным причинам

Первая попытка запуска Starship весной 2023 года сопровождалась подрывом обеих ступеней и их разрушением еще в плотных слоях атмосферы. Тогда град бетонных обломков осыпал местность на километры вокруг. После этого космодрому понадобились работы по восстановлению. После всего этого консервативно настроенное Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) с большими проволочками выдало SpaceX разрешение на повторные испытания. Хотя компания была готова провести их еще летом, дали ей это делать только в самом конце осени.

В этот раз взлет прошел принципиально иначе. Во-первых, стальная плита под «Мехазиллой», механизированной башней для старта Starship, вместе с мощной водополивной системой шумоподавления и охлаждения взлетной площадки позволила почти полностью избежать полета каких-либо обломков. Баки для компонентов ракетного топлива рядом с ракетой опять погнуло, но это было результатом воздействия ударной волны от расширяющихся газов и водяного пара, а не итогом ударов крупных обломков.

Во-вторых, в этот раз разделение ступеней прошло, как минимум внешне, вполне нормально и вовремя (около 3 минут после старта). Это довольно серьезное достижение, потому что в отличие от прошлого раза Starship использовал горячее разделение ступеней. Это решение хорошо известно нашим читателям, потому что так летают ракеты семейства Р-7, начиная с Королева.

Горячее разделение позволяет существенно поднять полезную нагрузку ракеты — до 10 процентов в случае Starship, по оценкам SpaceX. Но оно добавляет технических сложностей разработчикам: при нем факела двигателей второй ступени действует прямо на верхнюю часть первой ступени. Естественно, это очень мощное воздействие, которое, если ничего не делать, привело бы к разрушениям. Поэтому для уменьшения такого теплового воздействия верх нижней ступени закрывают профилированным газоотражательным экраном. А между ступенями устанавливают либо решетчатый либо щелевой межступенчатый переходник — через него газы от ракетных двигателей второй ступени уходят в стороны, не допуская перегрева и слишком высоких давления для первой ступени.

Несмотря на большую сложность этого решения, Илон Маск пошел именно по этому пути. Это уже второе решение, в котором он оказывается ближе остальных современных игроков к идеям Королева. Первым был переход на переохлажденные компоненты ракетного топлива (то есть охлажденные существенно ниже точки кипения). Впервые такую схему применил Королев, но современные конструкторы для новых ракет, создаваемых в России, его не используют.

Судя по второму полету Starship, у SpaceX как минимум частично получилось реализовать эту очень непростую схему. «Как минимум частично» потому, что взрыв первой ступени (SuperHeavy) вскоре после разделения (~3.36 после взлета на видео выше) с некоторой вероятностью — как раз следствие перегрева и/или деформаций ее верха из-за горячего разделения. Альтернативой случившемуся могло быть разрушение ее в результате нештатной работы двигателей (первой ступени). Но вероятность этого события пока выглядит несколько меньшей.

Более сложный вопрос — причина потери второй ступени, Starship (одноименной с системой в целом). Не исключено, что раскаленные газы в момент горячего разделения отводились из переходника между двумя ступенями недостаточно эффективно и в итоге повредили вторую ступень. В результате через небольшое время после взрыва первой ступени была потеряна связь со второй. От этого сработала система самоликвидации, нужная как раз для случаев, когда объект в космическом полете не управляется, и есть риск его падения туда, где он сможет навредить людям.

Несмотря на то что горячее разделение сработало, судя по всему, не идеально, второй пуск выглядит намного лучше первого. У первой ступени работали все 33 двигателя, то есть их разрушения из-за воздействия друг на друга не было. Учитывая высокие нагрузки на них — это большой успех.

Наиболее вероятная причина падения ракеты означает, что необходимы доработки переходника между ступенями, что, в условиях компании SpaceX, скорее всего, займет лишь несколько недель. Однако получение лицензии от американского госаппарата может оказаться существенно сложнее решения технических проблем такого рода. Поэтому вряд ли новый испытательный полет произойдет ранее 2024 года. Если причины потери обеих ступеней будет сложно установить, это может дополнительно увеличить время до третьего испытательного полета.