20 апреля с частного космодрома компании SpaceX в Техасе стартовала ракета с незамысловатым названием «Сверхтяжелая» (Super Heavy). Она несла на борту «Звездный корабль» (Starship), самую нашумевшую разработку компании Илона Маска. Планировалось, что примерно через три минуты носитель отделится, Starship продолжит полет на собственных двигателях и спустя полтора часа приводнится у побережья Гавайев. Однако незадолго до отделения корабля от носителя произошел взрыв.
Причины инцидента уточняются, но это далеко не первая авария. Первый и третий прототипы Starship разрушились во время испытаний под давлением, а четвертый взорвался. Седьмой экземпляр Starship был разрушен намеренно, чтобы выяснить, какое предельное давление он может выдержать. Корабли с восьмого по одиннадцатый успешно взлетали, но в итоге тоже взрывались. Однако затем последовала череда успешных наземных, высотных и суборбитальных испытаний.
Нынешний тест стал первым совместным испытанием Starship и Super Heavy. Первый блин вышел комом. Но аварии при испытаниях неизбежны, когда речь идет о создании совершенно новой сложной системы. И носитель, и корабль, и двигатели, и даже топливо (метан) — новшество в космической технике. В начале космической эры тоже хватало проблем с ракетами, кораблями и межпланетными зондами. Время покажет, смогут ли инженеры SpaceX довести Starship до эксплуатации, но предыдущие разработки компании — ракеты Falcon и корабли Dragon — вполне оправдали себя.
Маск пророчит своему детищу множество применений, от межконтинентальных перелетов до освоения Марса. Однако некоторые из этих прогнозов выглядят чересчур оптимистично.
Рекордный дуэт
Название Starship относится как к самому космическому кораблю, так и к дуэту этого корабля и ракеты-носителя Super Heavy. Носитель играет роль первой ступени, корабль — второй. Оба компонента многоразовые. Этим Starship отличается от рабочей лошадки компании SpaceX — ракеты Falcon 9, где повторно используется только первая ступень и обтекатели.
Маск полагает, что многократное использование одних и тех же систем снизит стоимость запуска до $2 млн. Для сравнения: за запуск новой с иголочки Falcon 9 компания запрашивает $67 млн.
Подобные (пока гипотетические) расценки особенно впечатляют на фоне огромной грузоподъемности Starship. Он должен доставлять на низкую околоземную орбиту 150 т полезного груза, больше, чем любая другая ракета в истории космонавтики. А если использовать систему как одноразовую и не брать запас топлива для возвращения на Землю и посадки, грузоподъемность увеличивается до 250 т. Для сравнения: Falcon 9 доставляет на орбиту только 17 т (с возвращением первой ступени). Тем самым стоимость доставки килограмма груза уменьшается в сотни раз.
Столь впечатляющую тягу обеспечивает 31 двигатель Raptor ракеты Super Heavy. Это тоже рекорд: до сих пор считалось, что обеспечить одновременную надежную работу такого количества двигателей практически невозможно. Высота двухступенчатой системы в вертикальном положении тоже рекордная: 120 м (70 м у Super Heavy и 50 м у собственно Starship). При диаметре 9 м полезный объем корабля — 1000 куб. м, то есть больше, чем у МКС.
Орбитальный грузовик или суперсамолет
Что нового Starship принесет в космонавтику?
Идея использовать его вместо самолетов звучит экстравагантно. Соблазнительно, конечно, за час-другой преодолеть половину земного шара. Но прежде инженерам SpaceX нужно довести безопасность перелета до стандартов пассажирской авиации, а это очень непростая задача. И даже после этого рейс на Starship останется аттракционом для состоятельных. Исходя из полезного объема, аппарат примет на борт максимум несколько сотен человек. Несложно подсчитать, во что обойдется билет при тарифе в миллионы долларов за запуск.
Гораздо перспективнее использовать новый корабль для доставки грузов на орбиту. Бич космической техники — жесточайшие ограничения на массу и габариты. Например, 6,5-метровое зеркало телескопа «Джеймс Уэбб» отправлялось в космос в сложенном виде. Конструкторы разделили его на 18 сегментов, снабженных 132 микромоторами. При развертывании каждый сегмент нужно было выставить в нужное положение с микронной точностью. Если бы что-то пошло не так, телескоп, на который было потрачено более $10 млрд и более 20 лет труда, не смог бы выполнять свои функции. Движущие части — самое уязвимое место любого механизма, и астрономы мечтают запускать орбитальные телескопы уже в развернутом виде. Starship даст им такую возможность.
Космическая заправка
В 2021 году вышла научная работа о потенциальном применении Starship в освоении Луны и Марса. Выводы исследователей полны осторожного оптимизма.
Корабль изначально проектировался в расчете на посадку на другие небесные тела и взлет с их поверхности. Посадочный модуль для миссии «Артемида III», заказанный NASA у SpaceX, создается на базе Starship, хотя в космос его отправит другая ракета — SLS.
Способность Starship к перевозке тяжелых и объемных грузов позволит доставить на Луну или Марс устройства, о которых пока можно только мечтать: от буровых установок для изучения местных недр до строительных роботов для создания обитаемых баз. Особенно ценна пока не опробованная возможность Starship: они допускают дозаправку в космосе. Корабль может выйти на низкую орбиту с максимальной загрузкой, а потом пополнить запас топлива и окислителя от Starship-заправщика.
Правда, для возвращения с Марса может потребоваться заправка уже на самой Красной планете. Проще всего сделать это, отправив туда предварительно несколько Starship с грузом топлива. Предложение наладить производство горючего на месте пока звучит фантастически. Конечно, двигатели Starship работают на метане и жидком кислороде, а эти вещества довольно просты в производстве. Теоретически их можно получать на Марсе, используя углекислый газ местной атмосферы и воду из местного льда. Но практически развертывание полномасштабного производства на другой планете обошлось бы в астрономическую сумму, которую трудно даже приблизительно оценить.
Станция «Марс-пассажирская»
Однако Маск мечтает не о беспилотных, а о пилотируемых экспедициях на Марс. Starship, превосходящий по объему МКС, может принять на борт нескольких человек и обеспечивать их пищей, водой и кислородом. Остается вопрос радиационной опасности. МКС защищена от потока космических частиц магнитным полем Земли, но даже там суточная доза облучения в 200 раз больше наземной. Покорявшие Луну астронавты находились за пределами геомагнитного щита неделю-две. Между тем полет к Марсу только в одну сторону должен занять полгода.
Насколько опасен такой круиз? Результаты исследований на эту тему удивительно разноречивы. По некоторым расчетам, за год дороги и 500 суток на поверхности Марса человек получит дозу в один зиверт. Это предельно допустимое, но все же допустимое облучение. Другие эксперименты показывают, что три года за пределами геомагнитного щита уничтожат половину нейронов мозга.
Источник этих разногласий нетрудно понять. Еще ни одно живое существо не путешествовало к Марсу и обратно. Конечно, туда доставлялись счетчики радиации. Но биологические эффекты облучения зависят от множества деталей, их трудно вывести из показаний прибора. Необходимы опыты на животных, однако точно воссоздать межпланетную радиацию на год-другой было бы весьма дорогостоящим экспериментом. Биологи пытаются обойтись наличным оборудованием и уложиться в скромные сроки. Каждая научная группа решает эту задачу по-своему, что и приводит к разноречивым результатам. Мы не узнаем наверняка, безопасно ли живому существу отправляться к Марсу на Starship, пока какие-нибудь Белка и Стрелка не совершат подобный круиз. Возможно, ждать осталось не так уж и долго.