Starship Flight 12: Новая Эра для Мегаракеты SpaceX

Спустя чуть более семи лет после первого зажигания двигателя Raptor на испытательном аппарате Starhopper, SpaceX готовится к запуску Starship Flight 12. Эта миссия является кульминацией обширной семилетней работы и испытаний в Starbase, представляя полностью переработанный Starship, ускоритель Super Heavy (Block 3) и новую стартовую площадку (Pad 2). Цель — значительно повысить надежность и оперативность программы Starship. Старт запланирован не ранее 21 мая в 17:30 CDT со стартовой площадки 2 на космодроме Starbase, Техас.

Представление Pad 2, Аппаратов Block 3 и Двигателей Raptor 3

Полет 12 знаменует собой дебют множества новых компонентов и значительных улучшений в программе Starship:

• Стартовая Площадка 2 (Pad 2): Площадка полностью переработана. Вместо шести опор и кругового отвода выхлопных газов, новая конструкция направляет выхлопные струи через пару отверстий с помощью пламеотводного лотка и системы водяного дефлектора. Вся площадка включает новую систему водяного орошения, топливное хозяйство, пусковую установку и башню.
• Ускоритель Booster 19: Этот ускоритель является частью новой конструкции Block 3 и представляет собой значительные изменения по сравнению с ускорителями Block 2. Среди очевидных нововведений — интегрированное кольцо горячей разделительной ступени и ферма, всего три решетчатых руля и полностью переработанная хвостовая часть. SpaceX применила уроки, извлеченные за последние годы, чтобы внести изменения, которые инженеры-разработчики ускорителей давно хотели реализовать.
• Корабль Ship 39: Также относящийся к дизайну Block 3, этот корабль имеет частично переработанные системы. Изменения включают перенос общих и кормовых куполов для увеличения объема топлива, добавление стыковочных портов для троса и полную модернизацию системы реактивного управления (RCS). Этот новый корабль предназначен для запуска миссий Starlink, орбитальной дозаправки и, в конечном итоге, для доставки людей на Луну.
• Двигатели Raptor 3: Это крупное обновление по сравнению с Raptor 2. Raptor 3 является очередным шагом вперед для SpaceX в создании двигателя, достаточно надежного, чтобы функционировать как турбовентиляторный двигатель самолета – то есть включаться в любой момент и быть невероятно надежным. Для этого инженеры устранили фланцы вокруг турбонасосов и упростили общую конструкцию, чтобы облегчить производство двигателя.

Инновации Raptor 3:

• Акустическая Система Зажигания: Впервые представлена новая акустическая система зажигания. Эти воспламенители не имеют движущихся частей и не генерируют искру, в отличие от воспламенителей двигателей внутреннего сгорания или факельных воспламенителей, используемых на Raptor 2. Акустические воспламенители основаны на взаимодействии сверхзвукового струйного потока из сопла и резонансной трубки, расположенной близко по течению, что вызывает резкое повышение температуры в резонансной трубке. Это повышение температуры приводит к воспламенению газов. Использование такого типа зажигания устраняет электрические системы, необходимые для искрового зажигания, и может упростить процесс.
• Изменение Газов для Раскрутки Турбин: В прошлом Raptor использовал гелий или азот для раскрутки турбин. Теперь же, с Raptor 3, SpaceX перешла на использование газообразного кислорода и метана для запуска соответствующих турбонасосов.
• Повышенная Производительность и Снижение Веса: Другие улучшения включают более высокое внутреннее давление в камере сгорания, увеличенную тягу и сниженный вес. Более высокая тяга является результатом увеличенного давления в камере. Двигатели Raptor 3 на уровне моря будут начинать с тяги в 250 тонн (551 000 фунтов-силы) с конечной целью достичь 280 тонн (617 000 фунтов-силы), а вакуумные двигатели Raptor 3 в настоящее время имеют тягу 275 тонн (606 000 фунтов-силы). Вес также был снижен: сам двигатель уменьшился с 1630 кг (3593 фунтов) до 1525 кг (3362 фунтов). Однако настоящая экономия веса достигается на стороне аппарата: каждый двигатель потерял около 907 кг (2000 фунтов) массы благодаря удалению большей части защитного экрана двигателя в хвостовой части ускорителя.

Этот двигатель, со всеми его изменениями, должен стать будущим программы, пока SpaceX не придумает что-то еще лучше. Предполагается, что именно этот двигатель доставит людей обратно на Луну и, возможно, даже на Марс.

Обширные Предстартовые Испытания

В рамках подготовки к этому полету SpaceX провела множество испытаний не только на новой стартовой площадке, но и на самих аппаратах и на многих испытательных баках. B18.1, испытательный образец кормовой части ускорителя, прошел 16 криогенных испытаний. S39.1, испытательный образец кормовой части корабля, прошел 13 криогенных испытаний на герметичность. B18.3, испытательный бак для носовой части ускорителя и оборудования для крепления посадочного бака, также прошел 16 криогенных испытаний.

Многие из этих испытаний использовали актуаторы, колпачки-деформаторы и другое испытательное оборудование для сбора данных, чтобы сделать Block 3 в целом лучшим аппаратом. Что касается самих аппаратов, Ship 39 прошел три криогенных испытания, несколько испытаний заправки с испытаниями зажигания, проверку на раскрутку турбин и полномасштабное 52-секундное статическое огневое испытание шести двигателей. Некоторые испытания корабля включали моделирование работы "палочек" и испытания на нагрузку закрылков с новой ферменной конструкцией.

Затем Booster 19 прошел четыре криогенных испытания, три испытания заправки (два с испытаниями зажигания), две проверки на раскрутку турбин, статическое огневое испытание 10 двигателей и статическое огневое испытание 33 двигателей, причем оба статических испытания были прерваны из-за проблем с наземной системой, а также 15-секундное статическое огневое испытание 33 двигателей и, наконец, репетицию мокрой заправки (WDR), в ходе которой SpaceX полностью заполнила ускоритель жидким метаном (LCH4) и жидким кислородом (LOX).

Весь стек также должен был пройти полную WDR за день до запуска, но, похоже, операции были остановлены на полпути. Очевидно, что SpaceX серьезно относится к этим конструктивным изменениям и обеспечивает тщательную проверку многих аспектов.

Пересмотренные Графики Запуска и Полета

С совершенно новой стартовой площадкой и ракетой SpaceX также изменила весь предстартовый график и несколько элементов полетного графика.

Во-первых, опрос готовности к заправке топливом теперь происходит на T-00:50:00, что значительно позже, чем в Полете 11, где это было на T-1:15:00. Это связано с тем, что SpaceX значительно сократила время заправки топливом Starship.

В Полете 11 заправка топливом корабля начиналась примерно на T-00:53:00, а ускорителя — на T-00:41:15. В Полете 12 корабль должен начать заправку на T-00:38:53, а ускоритель — на T-00:35:00. Это сокращение времени заправки связано с новой конструкцией топливного хозяйства Pad 2. В прошлом у SpaceX был только один насос для обоих видов топлива корабля; теперь команды имеют по четыре для каждого.

Еще одно изменение заключается в том, что вместо одновременного начала заправки LOX и LCH4 для корабля или ускорителя, теперь они начинаются поэтапно. Сначала начинается заправка LOX для корабля, затем LOX для ускорителя, затем LCH4 для ускорителя, и последним загружается LCH4 для корабля. Затем, во время заправки топливом, охлаждение Raptor 3 начинается примерно на T-00:21:30, что немного раньше, чем в Полете 11.

Заправка топливом всего стека заканчивается на T-00:02:10, что занимает всего 36 минут 43 секунды, что лишь немного медленнее, чем у Falcon 9. Для сравнения, заправка топливом в Полете 11 заняла 50 минут 10 секунд.

Затем, по мере приближения к T-0, на T-17 секунд активируются пламеотводные устройства внутри нового пламеотводного лотка, включая обе ниши и выступ. Затем, гораздо ближе к старту, активируется пластина верхнего оросителя, чтобы достичь полной мощности, как только ракета покинет пусковую установку.

Во время полета также меняется несколько вещей: момент пиковых аэродинамических нагрузок на ракету (MAX-Q) наступает на T+45 секунд, по сравнению с T+00:01:02 для Полета 11. Это на целых 17 секунд раньше, что демонстрирует увеличение тяги и отношения тяги к весу, которые Block 3 имеет по сравнению с Block 2.

Из-за более раннего наступления MAX-Q, отключение большинства двигателей (MECO) и горячая разделительная ступень происходят раньше в графике, так как ускорителю потребуется меньше времени, чтобы разогнать корабль до желаемой скорости и высоты.

Событие "сброс горячей разделительной ступени" было удалено из графика, так как ускоритель Block 3 теперь имеет интегрированную горячую разделительную ступень и ферму как часть носового купола.

Далее последует торможение Superheavy при посадке, которое происходит немного позже, чем в Полете 11. Это связано с новым профилем планирования ускорителя, который будет возвращаться под большим углом атаки.

После завершения посадки ускорителя, отключение двигателей корабля произойдет примерно на T+00:08:11. Это на 47 секунд быстрее, чем в Полете 11. Это снова показывает увеличение тяги, которое Raptor 3 приносит Block 3.

Между T+00:17:37 и T+00:27:15 будет развернута полезная нагрузка, а примерно на T+00:38:37 впервые состоится демонстрация повторного зажигания Raptor 3. Предполагая, что Starship пройдет через вход в атмосферу, который начинается примерно на T+00:47:47, Ship 39 завершит торможение при посадке примерно на T+01:05:06. Эта посадка начнется с трех двигателей, затем перейдет на два, а затем завершится на одном двигателе.

Миссия в целом, как ожидается, будет завершена примерно на T+01:05:26, когда Ship 39 приводнится в Индийском океане.

Задачи Миссии и Инновации

На успех Полета 12 возлагается много надежд: это полное испытание недавно построенной стартовой площадки и внедрение трех основных компонентов для летных аппаратов. Это ускоритель Block 3, корабль Block 3 и двигатели Raptor 3. Помимо испытаний всех этих новых элементов, SpaceX также проверит несколько других вещей в этом полете.

• Посадка Ускорителя: Поскольку это совершенно новый ускоритель, разработанный с нуля, SpaceX не будет пытаться поймать Booster 19, а вместо этого попытается совершить приводнение в Мексиканском заливе. Это поможет подтвердить новую конструкцию, и если возникнут какие-либо проблемы, ускоритель не повредит стартовую площадку в случае отказа торможения при посадке. Есть вероятность, что Booster 20 будет пойман в Полете 13, но это зависит от того, насколько хорошо себя проявит Booster 19.
• Развертывание Полезной Нагрузки и Сканирование Теплозащиты: Для корабля SpaceX проведет демонстрацию развертывания полезной нагрузки и демонстрацию повторного зажигания Raptor. Полезной нагрузкой снова будет набор макетов спутников, но вместо восьми SpaceX загрузила 20 для этой миссии и добавила два модифицированных Starlink, всего 22 спутника. Последние два, которые будут развернуты, будут модифицированы для тестирования запланированного оборудования Starlink версии 3 и попытки сканирования теплозащитного экрана Ship 39 перед возвращением в атмосферу. Это попытка SpaceX сфотографировать теплозащитный экран корабля перед возвращением в атмосферу, чтобы убедиться, что он все еще цел. Такое изображение будет жизненно важно для обеспечения того, чтобы при возвращении корабля на землю он не разрушился и не нанес ущерба.
• Эксперименты с Теплозащитой: Чтобы помочь модифицированным Starlink и провести эксперимент, несколько плиток были окрашены в серый и белый цвета, чтобы помочь программному обеспечению для обработки изображений определить, на какую часть корабля оно смотрит, и определить, может ли оно обнаружить "фальшивые" отсутствующие плитки. Другие эксперименты с теплозащитным экраном включают удаление одной плитки за одним из передних закрылков для проверки аэродинамических нагрузок на соседние плитки при отсутствии одной. И, наконец, несколько плиток и шесть полных заплаток были приклеены к подветренной стороне корабля для тестирования нового клея.
• Маневры Корабля: Что касается конечных целей, Ship 39 выполнит экспериментальные маневры, протестированные в ходе предыдущих летных испытаний, для имитации траектории захвата корабля, например, преднамеренное нагружение кормовых закрылков и выполнение маневра динамического крена, как это было в Полете 11.

Пересмотренная Траектория и Окна Запуска

В соответствии с темой всех изменений в этом полете, начальная траектория из Starbase также изменилась. Теперь, вместо полета строго на восток, который проходил к югу от Флориды, Багамских островов, островов Тёркс и Кайкос, и к северу от Кубы, Эспаньолы, Пуэрто-Рико и Подветренных островов, новая траектория заставит Starship двигаться немного южнее.

Это позволит кораблю пройти между Кубой и Ямайкой, затем к югу от Эспаньолы и Пуэрто-Рико, и, наконец, между Сент-Винсентом и Гренадинами на Подветренных островах. Есть несколько причин для этого изменения траектории: во-первых, это позволяет избежать нескольких основных авиамаршрутов в и из Соединенных Штатов и северной части Карибского моря. А также позволяет SpaceX отработать траекторию, необходимую для будущих полетов Starlink из Starbase. Траектория посадки остается относительно той же, за исключением небольшого изгиба в конце зоны, где корабль выполнит маневр динамического крена перед посадкой в Индийском океане.

Окна Запуска

В настоящее время Starship Flight 12 нацелен на запуск не ранее четверга, 21 мая, в 17:30 CDT для старта Booster 19 и Ship 39, при этом окно запуска составляет один час тридцать минут. SpaceX также имеет резервное окно на 22 мая в то же время. Однако, если возникнут дальнейшие задержки или отмены, SpaceX придется ждать до вторника, 26 мая, так как 23, 24 и 25 мая приходятся на выходные Дня памяти, и пляж не может быть закрыт в эти дни.

Время перекрытия дорог также изменилось; в прошлом, для полетов поздно вечером, SpaceX закрывала дорогу примерно в полдень CDT. Однако для этого полета перекрытия начинаются в 6 утра и продолжаются до 22:00 CDT. Окончание этого перекрытия предполагает, что площадка и место запуска безопасны для возвращения общественности в это время.

Независимо от того, когда состоится запуск Полета 12, это будет зрелище. Это полет, который готовился годами для SpaceX и для космонавтики в целом. Успешный запуск в Полете 12 прокладывает путь для SpaceX к началу захвата ускорителей Block 3 и даже кораблей раньше, чем позже.