Повторный взрыв Starship V2 указал на общие проблемы с ракетами Королева и фон Брауна

Сегодня, в 2.30 по Москве, компания SpaceX провела восьмой испытательный пуск своей системы Starship. Как и в седьмом полете, вторая ступень была новой — Starship V2, каких до этого года не запускали. Объем баков у нее стал на четверть больше, они вмещают 1500 тонн топлива, а не 1200, как у Starship V1. Кроме того, она длиннее прежней на 1,8 метра. За счет этого и общая длина обеих ступеней Starship выросла до 123,1 метра. Особая важность Starship V2 в том, что именно она должна стать основой для Starship НLS, которая вернет человечество на Луну в ближайшие несколько лет.

Однако восьмой полет прошел во многом по сценарию седьмого: первая ступень отработала нормально, а вторая — нет. Первую, как и в прошлые два раза, удалось посадить на Мехазиллу (через 6 минут 57 секунд после старта). Была пара двигателей, которые не перезапустились для торможения вовремя.

Но поскольку Starship, как и Н-1 Королева, имеет десятки двигателей на первой ступени, несрабатывание части из них еще не угрожает штатной работе. К сожалению, сценарий седьмого полета повторила и вторая ступень: она погибла за 20 секунд до первого запланированного выключения двигателей.

На видео трансляции из двигательного отсека корабля видно начало пожара примерно через 7 минут 44 секунды после взлета. Судя по всему, огонь начался в районе одного из вакуумных двигателей Raptor (у корабля их три, и еще три атмосферные версии Raptor). Через 21 секунду началось отключение двигателей. В 8.07 произошел взрыв умеренной силы. После этого работало уже только два двигателя из шести, из-за чего корабль начал крутиться вокруг продольной оси. В 9.09 отключился еще один двигатель, а в 9.35 пропала связь со ступенью.

Похоже, примерно в это время остатки топлива сдетонировали. Обломки рассеялись на значительной площади, вызвав временную остановку полетов из нескольких аэропортов. Поскольку в момент начала пожара все двигатели работали, наиболее вероятная его причина — разрыв трубопроводов и течь компонентов топлива в двигательный отсек.

Это произошло несмотря на систему вакуумирования трубопроводов, установленную на корабль версии Starship V2 и отсутствовавшую на Starship V1. При этом Starship V1 летал, и без подобных взрывов. Причина течи может быть разной, но пока отраслевые наблюдатели подозревают две основные: гармонические колебания корабля, и, с меньшей вероятностью, колебания типа «Пого».

Первые часто возникают, когда ракету в ходе модернизации удлиняют без увеличения жесткости конструкции. Аэродинамические силы действуют на ракету с изменившейся длиной сильнее — и особенно это проявляется по мере расхода топлива, когда весовой баланс ракеты сильно меняется, и вся она становится во много раз легче.

Поскольку проблемы начались незадолго до запланированного времени отключения двигателей, гармонические колебания — возможная причина потери Starship V2 как в седьмом, так и в восьмом пуске. В 1960-х аналогичные колебания приводили к гибели ракет как Королёва, так и фон Брауна. Обычно проблему решали дополнительными ребрами жесткости, навариваемыми изнутри. Однако перед восьмым полетом Starship внутри корабля дополнительные усиления вварили. Тем не менее, повторился сценарий седьмого полета. Правда, гармонические колебания вызываются действием набегающего воздуха на ракету, а плотность атмосферы на той высоте, где находился корабль в момент начала пожара очень мала.

Другая вероятная причина гибели корабля — колебания типа «Пого». Их запускает нестабильность сгорания в камере двигателя. Хотя в 1960-х это было частой причиной аварий на советских и американских ракетах, в случае Starship это не обязательно причина случившегося. Его ступени проходят стендовые испытания на Земле, в ходе которых горение в двигателях Raptor показывает отличную устойчивость. Конечно, такая отработка не воспроизводит условий горения на большой высоте, где давление забортного воздуха мало. В то же время, неочевидно, почему бы вакуумный Raptor мог работать менее стабильно, чем Raptor атмосферный, на уровне моря. С другой стороны, большая высота начала колебаний скорее говорит в пользу того, что они относятся к типу «Пого».

Несмотря на то, что окончательно диагностировать причины гибели кораблей в седьмом и восьмом полете пока рано, общие выводы из случившегося все же напрашиваются. Илон Маск, технический директор и главный инженер компании все время концентрируется на отработке теплового щита, справедливо считая это самой главной проблемой многоразовых кораблей. Но похоже, что при этом он уделил недостаточно внимания более традиционным проблемам ракет — например, гармоническим колебаниям.

В то же время, если дело только в них, то это проблема должна быть сравнительно легко решаема усилением конструкции ребрами жесткости. Если корень зла в работе вакуумных Raptor, то здесь выход искать несколько дольше. Но и это вполне реально в умеренные сроки. Параллельно стоит отметить безупречную поимку первой ступени Starship три пуска подряд. Это показывает впечатляющую надежность Mechazilla и высокие перспективы повторного использования первой ступени системы уже в ближайшие месяцы.