22 декабря американской компании SpaceX впервые удалось мягко вернуть на Землю первую ступень ракеты Falcon 9, которая вывела космический аппарат на орбиту Земли. Целью экспериментов с возвратом ступени, которые начались еще в 2014 году, является создание частично многоразовой ракеты-носителя. Предполагается, что в будущем первая ступень Falcon 9, т. е. наиболее дорогая часть ракеты, будет использоваться до 10 раз. Несмотря на то, что возврат ступени стал важным этапом на пути к многоразовой системе, впереди у SpaceX еще много дел. Ракета, которую удалось вернуть на Землю, вывела на орбиту высотой около 720 км адаптер с 11 спутниками Orbcomm OG2 общей массой около 2 т. При этом, согласно формальным расчетам по официальным характеристикам, ракета должна быть способна вывести почти 18 т на орбиту высотой 200 км или более 6 т на геопереходную (при условии, что топливо первой ступени не будет использоваться на ее возврат на Землю). В таком существенном недогрузе нет ничего удивительного. Компания Orbcomm стала одним из первых клиентов SpaceX, когда та только начинала свою деятельность в качестве оператора космических запусков. 8 октября 2012 года из-за отказа одного из двигателей Falcon 9 спутники Orbcomm, выводившиеся в качестве попутной нагрузки, были потеряны. После этого Orbcomm купила две отдельные ракеты SpaceX, получив на них очень существенную скидку. 14 июля 2014 года Falcon 9 успешно вывела шесть спутников массой 172 кг каждый. Вторая оплаченная Orbcomm ракета улетела 22 декабря 2015 года. Не удивительно, что SpaceX воспользовалась шансом, который дает большой недогруз, чтобы вернуть первую ступень не на плавучую автономную посадочную платформу, а на твердую землю. Для этого на мысе Канаверал была подготовлена специальный площадка, Landing Zone 1 (Посадочная площадка №1). Вопрос о затратах топлива на возврат ступени пока остается без ответа. Мы не знаем, при какой массе космического аппарата Falcon 9 способен вернуться на Землю и при какой массе может совершить посадку хотя бы на баржу. Согласно различным подсчетам, на плавучую платформу может приземляться Falcon 9 после запуска спутников массой 4,8-5,3 т на геопереходную орбиту. Неизвестно, сможет ли ракета возвращаться на твердую землю после запуска грузового корабля Dragon (точная масса в заправленном состоянии неизвестна, а общая масса с грузом может находиться в диапазоне от 9 до 12 т) на низкую орбиту Земли. В ближайшие полтора месяца состоятся три пуска Falcon 9, которые внесут ясность в вопрос о грузоподъемности ракеты в многоразовом варианте. На 17 января запланирован запуск легкого спутника Jason 3 с авиабазы Ванденберг в Калифорнии. В этом случае будет использоваться ракета предыдущего поколения Falcon 9 v1.1, грузоподъемность которой на треть ниже, чем у ракеты, стартовавшей 22 декабря. В феврале 2015 года SpaceX арендовала в Ванденберге Пусковой комплекс №4-West для создания на его месте посадочной площадки, но неизвестно, будет ли она готова принять ракету в январе. Для возврата ступени также может быть использована одна из плавучих платформ. Вскоре после Jason 3 в январе должен быть запущен на геопереходную орбиту спутник связи SES-9 массой более 5,3 т. В этом случае речь о посадке на Землю даже не идет. При эксплуатации Falcon 9 v1.1 SpaceX не предпринимала попыток возврата ступеней после запуска спутников на высокие орбиты. Пример SES-9 покажет, является ли проведенная модернизация ракеты достаточной, чтобы посадить ступень на баржу после запуска такого тяжелого аппарата. Наконец, 7 февраля Falcon 9 должна будет вывести на низкую орбиту грузовой корабль «Дракон» (Dragon). Если в этот день SpaceX вновь посадит ступень на мысе Канаверал, это подтвердит заявленное снижение полезной нагрузки при возврате ступени – около 15% при посадке на баржу и 30% при возврате к месту старта. Вторая проблема многоразовых космических систем – расходы на межполетное обслуживание. Никаких практических экспериментов, способных подтвердить или опровергнуть оптимистичный расчет SpaceX, не существует, потому что ракет-носителей с возвращаемой первой ступенью еще никто не делал. Единственным примером многоразового средства выведения является космический шаттл, однако аналогия с ним является некорректной. Мы не знаем, насколько многократное использование снизило стоимость эксплуатации шаттлов по сравнению с гипотетической ситуацией, при которой для каждого полета создавался бы новый челнок. Кроме того, те конструкторские решения, которые делали повторное использование шаттла малоэффективным, просто отсутствуют у Falcon 9. Во-первых, шаттл был гигантской и крайне сложной 2000-тонной ракетно-космической системой. Большие средства уходили на поддержание инфраструктуры для обслуживания этой системы. Falcon 9 же относительно мал и прост, и расходы на инфраструктуру у SpaceX невелики. Во-вторых, шаттл использовал твердотопливные ускорители, которые совершали посадку в океан на парашютах. Отдельные элементы ускорителей использовались многократно, но целиком ни один ускоритель не использовался повторно ни разу. Проблема заключалась в том, что они получали повреждения при ударах от воду и от взаимодействия с соленой водой. Да и сами по себе твердотопливные блоки перезаправить достаточно сложно. Модули первой ступени Falcon 9, с другой стороны, совершают мягкую реактивную посадку и не взаимодействуют с водой, а повторная заправка керосином и кислородом не представляет никаких сложностей. Наконец, при эксплуатации шаттлов много времени и сил уходило на изучение состояния и ремонт теплозащитного покрытия огромной площади. Ракете Falcon 9 не требуется мощное теплозащитное покрытие: она не достигает орбиты и входит в атмосферу со скоростью в несколько раз ниже первой космической. Есть, однако, и общая черта двух систем. Существенной проблемой при эксплуатации шаттлов была подготовка к полету многоразовых кислородно-водородных двигателей. Теоретически, у SpaceX тоже должны возникнуть проблемы с очисткой кислородно-керосиновых двигателей Merlin-1D, используемых на Falcon9. Можно отметить, что испытательные аппараты SpaceX «Кузнечик» и Falcon 9-R Dev.1 совершали по много взлетов и посадок безо всяких проблем. При изготовлении своих ракет SpaceX проводит испытательные включения всех двигателей при производстве, затем огневые испытания обеих ступеней ракеты на своем полигоне в Техасе и еще одни испытания на стартовом столе на космодроме. В сумме все двигатели во время подготовки ракеты к пуску включаются 4-6 раз. Однако и в случае с «Кузнечиком», и при подготовительных ракетных испытаниях продолжительность включений и нагрузки на конструкцию ракеты вряд ли можно сравнивать с условиями реального полета. Следующим шагом SpaceX должна продемонстрировать, что удачная посадка в декабре не была случайностью, и что возврат ступени на баржу может выполняться с той же надежностью, что и на землю. Если это произойдет, в течение 2-3 лет мы, скорее всего, узнаем, какую экономию даст повторное использование первых ступеней и сможет ли оно провести революцию в ракетостроении.

Источник

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: