SpaceX усвоила уроки, извлеченные из нескольких посадок ракеты-носителя

Смелая мечта основателя компании SpaceX Элона Маска о восстановлении и повторном использовании ракет становится все ближе к реальности с каждым днем. После захватывающей серии экспериментальных летных испытаний, направленных на аккуратную посадку отработанной первой ступени Falcon 9 на суше и на море, за последние полгода компания достигла важного поворотного момента, который завершился проверкой двигателей отработанных ступеней.

В четверг, 28 июля, инженеры SpaceX успешно провели полный испытательный прожиг неподвижного двигателя 47-метровой восстановленной ступени ракеты-носителя Falcon 9 на испытательном стенде на полигоне компании в Макгрегоре, штат Техас.

Команда SpaceX усовершенствовала методы приземления, усвоив уроки, полученные после каждой попытки приземлиться. Что это за уроки? Какие изменения были внесены в структуру двигателей?

18 июля вице-президент SpaceX Ганс Кенигсманн кое-что рассказал на медиабрифинге в Космическом центре им. Кеннеди NASA:

«Мы многому научились в ходе посадок. Очень важно защитить двигатели, когда они в полете и во время повторного входа в атмосферу».

Первая ступень SpaceX Falcon 9 оснащена четырьмя посадочными опорами у основания и четырьмя решетчатыми рулями наверху, которые помогают ей приземляться.

«В общем, я думаю, что идея приземляться при помощи опор, и серия прожигов это показала, работает отлично».

После отделения от второй ступени на гиперзвуковой скорости, двигатели первой ступени активируются, чтобы развернуть ступень, направляют ее к месту посадки и замедляют ее во время мягкой посадки за счет сверхзвуковой ретротяги.

Правильная работа двигателя чрезвычайно важна для успешного приземления.

«Очень важно защитить двигатели — и убедиться, что они нормально заработали в космосе во время повторного входа», — объясняет Кенигсманн.

Цель Элона Маска — значительно скостить стоимость запуска ракет и доступа к космическому пространству за счет повторного использования ракеты — так, чтобы однажды привести нас к его видению «города на Марсе».

SpaceX планирует заново отправить в космос уже отлетавший двигатель в конце этого года, осенью, используя приземлившийся в океане Falcon из апрельской миссии CRS-8, говорит Кенигсманн. Но сначала компании нужно доказать, что использованный транспорт сможет пережить беспощадное и серьезное воздействие космической среды, прежде чем отправлять его в эту жестокую среду снова.

Испытательный прожиг 28 июля является частью длительных испытаний на прочность и включает активацию всех девяти двигателей Merlin 1D первой ступени, расположенных в основании отработанной приземлившейся ракеты.

Первая ступень Falcon 9 производит 1,71 миллиона фунтов тяги, когда работают все девять двигателей «Мерлин», на тестовом стенде в течение трех минут — ровно столько же, сколько и при обычном старте.

Отработанная ступень Falcon успешно перенесла мягкую посадку на платформу в океане после запуска японского спутника связи всего два месяца назад в мае этого года. Всего спустя 10 минут после запуска спутника JCSAT-14 на геопереходную орбиту, отработанная первая ступень включила двигатель Merlin 1D.

Потребовалась серия из трех включений двигателя, чтобы направить ракету к назначенному месту посадки на море (или на суше) и быстро замедлить ее на сверхзвуковой скорости для мягкой посадки. В последние минуты перед посадкой в вертикальном состоянии из ракеты выдвигаются опоры, на которые она мягко становится.

Тем не менее, хотя посадка была вертикальной и без повреждений, конкретно это приземление охарактеризовали как «жесткое, поскольку ракета-носитель приземлилась на высокой скорости и двигатели Merlin 1D первой ступени пострадали, как это признал сам Маск.

«Последняя ракета получила максимальный урон из-за высокой скорости входа. Будет нашим назиданием в наземных испытаниях, подтверждающим, что другие в порядке», писал тогда Маск.

Тем не менее, шоу удалось на славу.

Еще до старта Маск открыто усомнился в успешном результате посадки, поскольку первая ступень летела быстрее и выше во время отделения второй ступени, поэтому ее было труднее замедлить и направить обратно на океанскую платформу, чем в миссиях на МКС, например.

Таким образом, хотя ее и нельзя отправить в космос, она служит важной цели инженеров, которые ищут способы определить долговечность ракеты-носителя и ее различных компонентов.

«Мы многое узнали даже в ходе миссий, когда при посадке все шло плохо, а с основной миссией хорошо, конечно», говорит Кенигсманн.

В общей сложности, SpaceX успешно осуществила мягкую посадку и восстановление пяти первых ступеней Falcom 9; первое знаковое приземление состоялось всего семь месяцев назад, в декабре 2015 года, на мысе Канаверал во Флориде.

Самые недавние запуск и посадка произошли на прошлой неделе, 18 июля 2016 года, в ходе полуночного старта коммерческого груза SpaceX CRS-9 на Международную космическую станцию по контракту NASA.

После каждого запуска и попытки посадки Falcon 9, инженеры SpaceX получают бесценные данные в огромных объемах, анализируют результат и усваивают полученные уроки. CRS-9 знаменует только вторую попытку приземлить 15-этажную ракету на землю — в месте под названием Landing Zone 1 на базе ВВС США на мысе Канаверал.

История осуществления первой в истории успешной посадки в LZ 1 была написана 22 декабря 2015 года, в рамках миссии ORBCOMM-2. LZ 1 построена на месте бывшего Space Launch Complex 13, ракетного полигона американских ВВС.

SpaceX также успешно восстановила первые ступени, три раза подряд приземлившиеся на беспилотную баржу ASDS OCISLY в океане — 8 апреля, 6 мая и 27 мая. OCISLY обычно размещается в 650 километрах от берега к востоку от мыса Канаверал, в Атлантическом океане. Через несколько дней после посадки баржа прибывает в порт Канаверал. Точное время определяется погодой, разрешением порта и состоянием ракеты.

Впрочем, пытаясь осуществить четвертое приземление 15 июля, SpaceX разбила ракету-носитель, поскольку та спустилась слишком быстро из-за нехватки тяги от двигателей. По всей видимости, из ракеты вытекло жидкое кислородное топливо в последние моменты перед приземлением; она тяжело стукнулась, перевернулась и сгорела на палубе. Даже из этого события SpaceX извлекла очень многое.

Теперь инженеры будут искать способ защитить двигатели, чтобы те работали всегда на полной тяге. Защита нужна именно во время повторного входа в атмосферу. В этот момент они сильно разогреваются. Вместе с ними — газ и жидкость в двигателе. Чтобы они не вскипели и не наделали бед, нужна защита, говорит Кенигсманн.

В любом случае все миссии можно считать успешными. Даже если первая ступень не подлежит восстановлению. На ошибках учатся.