Спустя более семи лет с момента первого запуска двигателя Raptor на аппарате Starshopper 3 апреля 2019 года, SpaceX продолжает совершенствовать свою сверхтяжелую ракетную систему Starship. За это время было испытано более 50 различных прототипов и испытательных баков, каждый из которых внес свой вклад в накопление бесценного опыта в создании гигантских космических кораблей и инфраструктуры для их запуска.
Starship Flight 12 представляет собой кульминацию многолетней работы, проведенной на космодроме Starbase. В рамках этой миссии впервые будут представлены полностью переработанные компоненты: сам корабль Starship, сверхтяжелый ускоритель Super Heavy и стартовая площадка Pad 2. Эти нововведения призваны вывести программу Starship на новый уровень операционной готовности и надежности. Старт Flight 12 запланирован не ранее 21 мая, в 17:30 по центральному поясному времени (CDT) со стартовой площадки Pad 2 в Starbase, Техас.
Pad 2, Booster 19, Ship 39: Встречайте Block 3 и Raptor 3
Flight 12 ознаменует введение множества новых компонентов в программу Starship. Прежде всего, это совершенно новая стартовая площадка Pad 2. В отличие от предыдущих конструкций с шестью опорами и всенаправленным отводом выхлопных газов, Pad 2 использует направленный отвод пламени через два отверстия с помощью пламеотсека и системы водоотвода. Вся площадка была кардинально переработана, включая новую систему водяного орошения, резервуарный парк, пусковую установку и башню обслуживания.
Booster 19, ускоритель для этого полета, представляет собой кардинальное изменение дизайна по сравнению с предыдущими Block 2. Среди очевидных отличий – новая интегрированная кольцевая секция и ферма горячего разделения ступеней, всего три решетчатых стабилизатора и полностью переработанная кормовая часть. Инженеры SpaceX учли уроки, извлеченные за последние годы, внеся изменения, которые давно желали внедрить.
Ship 39 также относится к дизайну Block 3 и представляет собой во многом новую конструкцию систем. Среди ключевых изменений – перемещение общих и кормовых куполов для увеличения объема топлива, добавление портов для стыковки с помощью «палочек» (drogue docking ports) и полная переработка системы реактивного управления (RCS). Этот новый корабль призван стать основой для будущих миссий Starlink, орбитальной дозаправки и, в конечном итоге, для возвращения человека на Луну.
Raptor 3 – это следующее поколение двигателей Raptor, являющееся значительным шагом вперед по сравнению с Raptor 2. Raptor 3 призван достичь уровня надежности, сравнимого с авиационными турбовентиляторными двигателями, способными работать по первому требованию. Для этого инженеры отказались от фланцев на турбонасосах и упростили общую конструкцию, сделав двигатель более технологичным в производстве. Другие улучшения включают новую систему акустического зажигания, которая не имеет движущихся частей и не генерирует искру, в отличие от предыдущих систем. Вместо этого она использует взаимодействие сверхзвуковой струи газа с резонансной трубкой для воспламенения. Это устраняет необходимость в электросистемах зажигания и упрощает процесс.
Кроме того, в Raptor 3 используются газообразные кислород и метан для раскрутки турбонасосов, в отличие от гелия или азота, применяемых ранее. Среди прочих улучшений Raptor 3 – более высокое внутреннее давление в камере сгорания, увеличенная тяга и сниженный вес. Тяга двигателей Raptor 3 у поверхности Земли составит 250 тонн (551 000 фунтов), с конечной целью достичь 280 тонн (617 000 фунтов), а вакуумные двигатели Raptor 3 будут развивать 275 тонн (606 000 фунтов). Вес самого двигателя также уменьшился с 1630 кг до 1525 кг. Однако основная экономия веса приходится на сам аппарат, так как удаление большей части защитного кожуха с кормовой части ускорителя снижает массу каждого двигателя примерно на 907 кг.
Этот двигатель, со всеми его изменениями, призван стать основой программы до появления новых, более совершенных разработок. Именно он должен обеспечить посадку человека на Луну и, возможно, на Марс.
Подготовка к полету
К этому полету SpaceX провела обширные испытания как новой стартовой площадки, так и самих аппаратов, а также множества испытательных баков. Прототипы ускорителей B18.1 и B18.3, а также прототип корабля S39.1 прошли многочисленные криогенные испытания. Для сбора данных, направленных на улучшение конструкции Block 3, использовались актуаторы, прокладочные колпачки и другое испытательное оборудование. Сам корабль Ship 39 прошел криогенные испытания, несколько заправок топливом с испытаниями зажигания, а также 52-секундную статическую огневую стрельбу с шестью двигателями. Также проводились испытания на прочность закрылков и симуляция работы захватных устройств.
Ускоритель Booster 19 прошел несколько криогенных испытаний, заправок топливом, статические огневые стрельбы (одна из которых была прервана по наземным причинам), а также полную репетицию заправки топливом (Wet Dress Rehearsal, WDR). Полная репетиция заправки всего стека также планировалась накануне старта, но была остановлена на середине процесса. Это свидетельствует о серьезном подходе SpaceX к тестированию и проверке всех аспектов новой конструкции.
Изменения в тайминге
С появлением новой стартовой площадки и ракеты SpaceX внесла изменения и в предстартовый тайминг, и в сам график запуска. Например, загрузка топлива теперь начинается гораздо позже – в T-00:50:00, по сравнению с T-1:15:00 в Flight 11. Это стало возможным благодаря значительному сокращению времени заправки Starship. На Flight 12 заправка Ship начнется в T-00:38:53, а Booster – в T-00:35:00. Сокращение времени заправки связано с новой конструкцией резервуарного парка Pad 2: вместо одного насоса для каждого компонента топлива теперь используется четыре.
Заправка компонентов топлива теперь происходит в staggered (последовательном) порядке: сначала окислитель для Ship, затем окислитель для Booster, затем метан для Booster, и последним загружается метан для Ship. Охлаждение двигателей Raptor 3 начнется около T-00:21:30, что немного раньше, чем в Flight 11. Полная заправка стека завершится в T-00:02:10, что всего на 36 минут 43 секунды дольше, чем у Falcon 9. Для сравнения, в Flight 11 заправка заняла 50 минут 10 секунд.
Перед стартом, в T-17 секунд, будут активированы отклонители пламени в новой пламеотсеке. Пламеотклоняющая плита на верхней палубе активируется при отрыве ракеты от стартовой установки. В полете также произойдут изменения: момент максимального аэродинамического давления (MAX-Q) наступит в T+45 секунд, по сравнению с T+00:01:02 в Flight 11. Это на 17 секунд раньше, что демонстрирует увеличение тяги и соотношения тяги к весу у Block 3 по сравнению с Block 2. Более раннее наступление MAX-Q означает, что и отключение большинства двигателей (MECO) и горячее разделение ступеней (Hotstaging) произойдут раньше, так как ускорителю потребуется меньше времени для достижения нужной скорости и высоты.
Одно из изменений – исключение стадии сброса горячей секции (hot-stage jettison), так как ускоритель Block 3 теперь имеет интегрированную горячую секцию и ферму как часть переднего купола.
Супертяжелый ускоритель совершит посадку позже, чем в Flight 11, из-за нового профиля планирования, который предусматривает более высокий угол атаки. Отключение двигателя корабля (Ship engine cutoff) произойдет примерно в T+00:08:11, что на 47 секунд раньше, чем в Flight 11. Это вновь подчеркивает увеличение тяги, которую Raptor 3 обеспечивает Block 3.
Между T+00:17:37 и T+00:27:15 будет осуществляться демонстрация вывода полезной нагрузки. Примерно в T+00:38:37 впервые состоится демонстрация повторного зажигания двигателя Raptor 3. При условии успешного прохождения этапа входа в атмосферу, который начнется около T+00:47:47, Ship 39 совершит посадку около T+01:05:06. Посадка будет осуществляться с тремя двигателями, затем с двумя, и завершится на одном двигателе. Весь полет завершится около T+01:05:26, когда Ship 39 приводнится в Индийском океане.
Цели миссии
Успех Flight 12 имеет решающее значение: предстоит полная проверка новой стартовой площадки и представление трех ключевых компонентов летных аппаратов – Booster Block 3, Ship Block 3 и двигателя Raptor 3. Помимо этого, SpaceX проведет ряд других испытаний. Поскольку Booster 19 является совершенно новой конструкцией, посадка с его помощью не будет осуществляться – вместо этого планируется приводнение в Мексиканском заливе. Это позволит проверить новую конструкцию, и в случае возникновения проблем, ускоритель не повредит стартовую площадку. Возможно, Booster 20 будет пойман в Flight 13, но это зависит от результатов Flight 19.
Для корабля Ship SpaceX проведет демонстрацию вывода полезной нагрузки и повторного зажигания двигателя Raptor. В качестве полезной нагрузки будут использоваться макеты спутников, но на этот раз их будет 20, а также два модифицированных спутника Starlink, что в сумме составит 22 спутника. Два последних спутника будут модифицированы для тестирования оборудования Starlink версии 3 и для попытки сканирования теплозащиты Ship 39 перед входом в атмосферу. Это позволит SpaceX получить снимки теплозащиты перед входом в атмосферу, чтобы убедиться в ее целостности. Эта информация будет крайне важна для обеспечения безопасного входа в атмосферу при возвращении корабля на Землю.
Для помощи модифицированным Starlink и проведения экспериментов, некоторые плитки теплозащиты были окрашены в серый и белый цвета, чтобы помочь программному обеспечению для обработки изображений определить положение на корабле и выявить «поддельные» отсутствующие плитки. Другие эксперименты включают удаление одной плитки за передним закрылком для оценки аэродинамических нагрузок на соседние плитки при отсутствии одной. Также на подветренной стороне корабля будут наклеены несколько плиток и шесть полноразмерных заплаток для тестирования нового адгезива.
Кроме того, Ship 39 выполнит экспериментальные маневры, отработанные в предыдущих тестовых полетах, для имитации траектории захвата корабля. Это включает намеренное создание нагрузок на задние закрылки и выполнение динамического маневра крена, аналогичного тому, что наблюдался в Flight 11.
Траектория
В связи с изменениями, которые затрагивают все аспекты полета, изменилась и начальная траектория вылета из Starbase. Вместо полета строго на восток, который выводил Starship к югу от Флориды, Багамских островов и островов Тёркс и Кайкос, и к северу от Кубы, Гаити, Пуэрто-Рико и Подветренных островов, новая траектория будет пролегать немного южнее. Корабль пройдет между Кубой и Ямайкой, затем южнее Гаити и Пуэрто-Рико, и, наконец, между Сент-Винсентом и Гренадой в Подветренных островах. Изменение траектории обусловлено несколькими причинами: во-первых, это позволяет избежать пересечения с основными авиационными маршрутами из США в северную часть Карибского моря. Во-вторых, это позволит SpaceX отработать траекторию, необходимую для будущих полетов Starlink из Starbase. Место посадки остается относительно прежним, с небольшим изменением в конце зоны, где корабль выполнит динамический маневр крена перед посадкой в Индийском океане.
Стартовые окна
На данный момент Starship Flight 12 планируется не ранее четверга, 21 мая, в 17:30 CDT. Стартовое окно продлится один час тридцать минут. SpaceX также имеет резервное окно на 22 мая в то же время. Однако, в случае дальнейших задержек или отмен, SpaceX придется ждать до вторника, 26 мая, так как 23, 24 и 25 мая приходятся на выходные Дня поминовения, когда закрытие пляжа невозможно.
Время перекрытия дорог также изменилось: раньше для вечерних полетов дорога закрывалась около полудня CDT. В этот раз закрытие начнется в 6 утра и продлится до 22:00 CDT. Предполагается, что к этому времени стартовая площадка и ее окрестности будут безопасны для возвращения населения.
Независимо от точного времени запуска, Flight 12 обещает стать захватывающим зрелищем. Этот полет готовился годами, и его успех откроет путь к более раннему началу захвата ускорителей Block 3 и, возможно, кораблей.
