Илон Маск ударился в гигантоманию


Эксперты продолжают обсуждать новые грандиозные планы, озвученные Илоном Маском. На этот раз он обещает уже в течение полугода выпустить на орбиту корабль Starship. И это при том, что речь идет о запуске сверхтяжелой ракеты, больше, чем «Сатурн-5» и «Энергия». Предназначена она для полетов на Луну и на Марс. Насколько реалистичны подобные заявления?

Начать рассказ о проекте Starship стоит с тех идей, которые были заложены в его концепцию изначально. Обсуждать конкретные технические детали в случае детища Илона Маска затруднительно, что диктуется специфическим подходом к созданию Starship.

За девять лет, прошедших с момента первого заявления о начале разработки сверхтяжелой ракеты, SpaceX уже несколько раз радикально меняла ее облик. Причем часто сведения следующей, новой презентации в корне противоречили данным из предыдущей. Добиться чего-либо вразумительного в качестве поясняющего комментария от SpaceX или лично от Илона Маска было практически невозможно, так как программа Starship разрабатывалась и осуществлялась на собственные средства SpaceX – в отличие от достаточно полно документированных и описанных совместных программ с NASA или Пентагоном.

Кроме того, сам процесс создания Starship выглядел пугающе для старых профессионалов космической отрасли (причем как в России, так и в самих США). Складывалось впечатление, что инженеры SpaceX имеют перед глазами лишь некий эскизный проект желаемого изделия, а вот все остальное им приходится додумывать на ходу, собирая корабль из наиболее подходящих по смыслу и доступных им в реальности компонентов.

После начала реализации проекта Starhopper, который стал первым демонстрационным и испытательным стендом программы, Starship даже начали сравнивать с популярной компьютерной игрушкой Kerbal Space Program. В ней игроку предлагается собирать свои ракеты в стиле конструктора LEGO, проходя болезненный путь проб и ошибок и попутно отправляя в мир иной маленьких человечков-кербонавтов, чьей участью стало испытание неудачных изделий на пути к реально полетевшей ракете.

Впрочем, вернемся к идеям. Что же хочет запустить на орбиту Илон Маск? В ракетной технике, как и во многих других отраслях, действует так называемый закон куба. В наглядном представлении он формулируется так: при росте линейных размеров в два раза усредненные затраты материалов на конструкцию растут в четыре раза (квадрат линейного роста), а вот полезный объем изделия – уже в восемь раз (куб линейного роста).

Отсюда следует и простой факт: более тяжелая ракета не просто выводит на орбиту больше груза – она делает это с лучшей весовой эффективностью. Ведь получается, что куб растет гораздо быстрее квадрата – и, например, вес баков горючего и окислителя становится пропорционально меньше веса закачанных в них компонентов химического топлива. А это, в свою очередь, позволяет перенести «освободившийся» вес в полезную нагрузку.

Отсюда и проистекает желание Илона Маска сделать ракету, мощную и тяжелую как никогда. Достаточно упомянуть, что в рамках последней «редакции» проекта было объявлено: стартовый вес Starship должен составить около 5000 тонн, что практически вдвое больше самой большой «классической» лунной американской ракеты «Сатурн-5». По предварительным расчетам, это позволит вывести на орбиту около 150 тонн полезной нагрузки. И это без учета самой второй ступени ракеты, которая мыслится Илоном Маском не просто пилотируемой и орбитальной – но и многоразовой, с возможностью возвращения на Землю и повторного использования.

В общем, в смелой идее Starship должен стать чуть ли не магическим шампунем «все в одном», который должен сделать космические ракеты и полеты на них похожими на современную гражданскую авиацию – дешевую, доступную и многоразовую. На бумаге выглядит гладко и красиво, а как насчет оврагов?

Как научить летать водонапорную башню

Нельзя сказать, что идея о «ракетном молотке побольше» пришла только сейчас в светлую голову Илона Маска. Концепция big dumb booster (BDB, в переводе с английского – «большой глупый (тупой) носитель») была известна еще с начала 1960-х годов.

В 1973 году корпорация Boeing просчитала амбициозный проект Boeing Space Freighter, стартовая масса которого должна была составлять циклопические 11 000 тонн (вдвое больше, чем запланировано сегодня у Маска со Starship). Разработка Boeing даже визуально напоминает нынешние картинки с презентации Маска, за тем небольшим исключением, что первая ступень Space Freighter тоже напоминала самолет и должна была садиться на обычный аэродром, «по-самолетному». Под стать размеру была и нагрузка на низкую околоземную орбиту – без малого 420 тонн, вместе со второй ступенью-космопланом.

Вторым идейным предком Starship можно назвать другой проект Boeing, презентованный чуть позже, в 1976 году, и названый Boeing LEO.

Для него выбрали классическую ракетную схему. Громадный стартовый вес этого монстра, составлявший около 10 000 тонн, позволял ему достичь орбиты без многоступенчатости, используя всю ракету для посадки после вывода на орбиту полезной нагрузки. Садиться Boeing LEO должен был «по-ракетному», как это делают сегодня первые ступени ракеты Falcon. Впрочем, никакие посадочные опоры в таком случае не выдержали бы – Boeing LEO предлагали сажать в громадное искусственное озеро. Да и своя цена у схемы с одной ступенью тоже была – на орбиту LEO выводил лишь около 200 тонн, вдвое меньше, чем сравнимый с ним по размерам Space Freighter.

С чем же столкнулись в те годы инженеры Boeing – и почему эти ракеты-монстры так и остались лишь в эскизных проектах? Ведь с точки зрения экономики там все было на уровне – тот же LEO, по расчетам, должен был обеспечить себестоимость доставки груза на околоземную орбиту в районе... 45 долларов за килограмм! Для сравнения, запуск полезной нагрузки на ракете Falcon 9, созданной той же SpaceX, обходится примерно в 2700 долларов за килограмм: 22,8 тонны груза на ней на низкую околоземную орбиту можно запустить за 62 миллиона долларов.

Основной проблемой в этих проектах стали материалы. Ракета во время своего полета пребывает в очень разных физических условиях: отдельные ее части будут сильно нагреваться, другие – столь же сильно охлаждаться от соприкосновения с криогенными компонентами топлива. Вся конструкция ракеты будет испытывать перегрузки, продольные и поперечные усилия, возникающие на старте и при снижении, а работа главных двигателей еще и будет добавлять разрушительной вибрации на моменте старта, которая к тому же тоже растет по кубу от линейного размера ракеты.

С вибрациями, кстати, столкнулись еще при достижении ракетами стартовой массы в 3000 тонн. В советской лунной ракете Н-1 вибрации несколько раз приводили к отказам отдельных двигателей. В последнем запуске «Сатурна-5», который вывел на околоземную орбиту станцию «Скайлэб», вибрация просто оторвала одну из солнечных панелей, после чего станция даже какое-то время считалась потерянной, а потом не смогла отработать положенный ей ресурс.

В силу вышесказанного рано или поздно какие-то материалы в конструкции ракеты-носителя начинают «отказывать»: перегреваться, терять прочность или другие физические свойства. Ведь с ними никакого «кубического чуда» не происходит: свойства и возможности одинакового конструкционного материала бака на ракете массой в 500 тонн или в 5000 тонн эквивалентны и идентичны.

С проблемой материалов уже столкнулся и сам Илон Маск. Первоначальный проект Starship подразумевал использование прочного и жаростойкого углеродного волокна. Однако попытка сделать из него корпус Starship столкнулась с неожиданной проблемой, которую описал сам Маск. Один килограмм углеродного волокна стоит около 135 долларов США. При создании корпуса ракеты весь объем первоначального материала не получается использовать в силу специфических свойств углеродного волокна, поэтому

около 35% уходит в брак, а килограмм готового бака стоит уже 200 долларов США. В таком варианте Starship получился бы просто «золотым».

Когда этот факт осознали, в SpaceX пошли на компромисс, начав использовать в конструкции обычную листовую сталь, которая обходится всего в три доллара за килограмм. Но это, в свою очередь, породило другую проблему – «нержавейка» просто не выдерживает нагрева при торможении Starship во время его схода с орбиты.

Пока что перегрева нержавеющей стали будут пытаться избежать за счет стравливания остатков криогенного топлива. Криогенное топливо будет подаваться между двумя слоями нержавеющей обшивки и парить наружу – через множество микроотверстий во внешней оболочке. Таким образом вокруг Starship планируют организовать абляционный эффект, который на обычных одноразовых спускаемых капсулах организуется за счет выгорания специальной абляционной «обмазки». Насколько такая система будет рабочей – вопрос открытый, натурных испытаний такой схемы охлаждения никто не проводил. В общем, Kerbal Space Program, только не на экранах компьютеров, а в реальности – с нержавейкой, метаном и жидким кислородом. Правда, к счастью, вроде бы без кербонавтов-масконавтов.

А теперь о хорошем

Во-первых, стоит сказать, что создать многоразовую систему со стартовым весом в две–три тысячи тонн компании SpaceX вполне под силу. Такие ракеты-носители уже неоднократно стартовали с Земли в прошлом, и их сильные и слабые стороны вполне известны. В этом размере были созданы американская ракета «Сатурн-5» и многоразовая система «Спейс Шаттл», в СССР подобную стартовую массу имела ракета-носитель «Энергия» и «почти полетевшая» лунная ракета Н-1.

Кстати, такого рода «дорога к реальности» прослеживается и в эскизных проектах Илона Маска, опубликованных по состоянию «на сейчас». Первый проект – предшественник Starship, носивший название ITS и презентованный в 2010 году, имел стартовую массу в 10 500 тонн, находясь аккурат в «опасной зоне», где надежда на создание адекватных материалов и рабочей конструкции выглядит особенно призрачно. Теперь же Starship ужался до стартовой массы в 5000 тонн, что уже гораздо ближе как к прошлым, успешно летавшим ракетам, так и к возможностям и перспективам совершенствования ракетной техники, с учетом испытанных, а не «желаемых» технологий.

Во-вторых, в активе у Маска и его компании есть немало важных «деталек», которые значительно облегчают реализацию основной идеи – запуска ракеты, превосходящей по весовому совершенству все разработанные. В частности, уже на Starhopper были поставлены три метаново-кислородных двигателя Raptor, которые, по утверждению Маска, будут способны обеспечить удельный импульс в 330 секунд на уровне моря и около 380 секунд в вакууме. Для сравнения, лучшие на сегодня российские двигатели РД-180, работающие на керосине и кислороде, имеют удельные импульсы в 311 и 337 секунд соответственно. Таким образом, Raptor по этому параметру оказывается где-то на 6–12% эффективнее лучших российских разработок.

«Терра инкогнита» в случае Starship, впрочем, пока что выглядит гораздо обширнее. Пока что в орбитальном полете нового детища Илона Маска гораздо больше неизвестных или «темных пятен», которые могут сделать эти шаги если не невозможными, то уж точно сопряженными с массой доработок, испытаний, неудач и утомительным поиском нужных решений. Если, конечно, такие решения будут найдены и возможны в принципе.

Алексей Анпилогов

Источник ➝

КОНСЕРВАЦИЯ САМОЛЕТОВ...

Крупнейший кризис в истории авиации «приземлил» десятки авиакомпаний по всему миру. Однако знаете ли вы, что самолет нельзя просто так поставить в дальний угол аэродрома, правильная консервация — это продолжительный и трудоемкий процесс.

Посмотрим, как выглядят самолеты «на самоизоляции» или просто на консервацию самолетов...

00

Фотографии авиакомпании Brussels Airlines.

Флот Brussels Airlines состоит из 57 самолетов, деятельность авиакомпании приостановлена в середине марта, всего несколько самолетов в настоящий момент используется для репатриационных рейсов.

02

Аэропорт Брюсселя не предназначен для парковки такого количества самолетов одновременно, поэтому одну из рулежных дорожек пришлось освободить для хранения флота.

03

К примеру, только процедуры хранения одного Airbus A330 занимают около 400 человеко/часов, которые следуют инструкциям производителя — концерна Airbus, чтобы обеспечить безопасное хранение и минимизации расходов во время перезапуска лётной программы.

04

Все иллюминаторы закрыты и заклеены специальной лентой для предотвращения обесцвечивания отделки кресел и салона, шасси и двигатели обработаны специальным химическим составом и тщательно упакованы, чтобы предотвратить коррозию.

05

Можно подумать, что после парковки самолета больше ничего предпринимать не нужно, но на самом деле команды технического обслуживания ежедневно работают, чтобы поддерживать парк в отличной форме.

06

Например, каждый день колеса нужно слегка поворачивать, чтобы они не изнашивались под весом самолета, и каждую неделю необходимо проводить проверки технических параметров, считывая показатели специальным компьютером.

07

Сейчас 30 сотрудников из технического департамента работают полный рабочий день для выполнения всех этих задач.

08

09

10

11

12

13

14

15

16

Все кресла закрыты полиэтиленом, чтобы они оставались свежими и чистыми.

17

18

19

ссылка

Последний рывок: Китай обгоняет США в «лунной гонке»

Смогут ли тайконавты первыми высадиться на поверхность Луны

В мае 2020 года Китай осуществил запуск ракеты-носителя CZ-5B с новым многоразовым космическим кораблем. С помощью этого пилотируемого корабля КНР не только сможет доставлять космонавтов на новую орбитальную станцию, но и осуществить полет на Луну. После успешного завершения испытаний, по мнению некоторых экспертов, Китай стал ближе к высадке на Луну, чем США. «Известия» разбирались, почему так получилось.

Долгий старт Китая

Необъявленная «лунная гонка» между двумя самыми экономически мощными странами мира длится уже не первый год.

Инициировал соревнование Китай, сам того не зная. С 2004 года в КНР действует большая и многоэтапная программа исследований Луны, реализуемая CNSA (Китайским национальным космическим управлением). И если поначалу планы Китая вызывали в NASA лишь усмешку, то уже спустя десять лет ситуация коренным образом изменилась.

Первым этапом были полеты по окололунной орбите, ничего особо сложного с точки зрения опыта мировой космонавтики. Вторым, проводимым с 2013 по 2018 год, стала отработка мягкой посадки на поверхность естественного спутника земли. Два лунохода, две полностью удачные миссии. В настоящее время Китай работает над третьей фазой — автоматической доставкой грунта с Луны на Землю.

Можно возразить, что в этом нет ничего нового — советские автоматические станции «Луна» сделали это трижды почти полвека назад. В этом есть доля истины — Китай действительно сейчас похож на школьника, проболевшего весь учебный год и теперь срочно догоняющего лидеров класса.

«Шэньчжоу»

Космическая лаборатория «Тяньгун-2» и пилотируемый космический корабль «Шэньчжоу-11», 2016 год / Фото: Global Look Press via ZUMA Press/ Xinhua/Cas

Правда, как оказалось, это сравнение работает далеко не во всем. В пилотируемой космонавтике КНР показывает темпы развития, практически недоступные другим странам. В начале столетия Китай стал третьей страной в мире, запустившей человека в космос. Сделано это было при помощи космического корабля «Шэньчжоу», «до степени смешения» похожего на российский «Союз». Разве что размеры у него чуть больше, а потому внутри у тайконавтов гораздо больше свободного места.

Одновременно с проведением пилотируемых полетов Китай начал разрабатывать многомодульную орбитальную станцию и создавать перспективный космический корабль нового поколения. Спустя несколько лет появилась информация о начале работ над сверхтяжелой ракетой-носителем CZ-7 и впервые была озвучена дата возможной высадки на Луну — 2028 год.

https://iz.ru/video/embed/1005415

Ответный ход

Планы вновь высадиться на Луну в американской космонавтике существовали еще до того, как китайцы начали показывать серьезные успехи. Повторная посадка, после шести удачных полетов миссии «Аполлон», предполагалась в масштабной программе «Созвездие» (Constellation, 2004–2010), отмененной президентом Бараком Обамой.

Именно тогда, в 2005 году стартовала разработка пилотируемого космического корабля «Орион», главной задачей которого была именно доставка астронавтов на Луну и другие миссии в дальнем космосе. В то же время началось проектирование сверхтяжелой ракеты «Арес-5», специально для новой лунной миссии. Впоследствии, после закрытия «Созвездия», этот проект трансформировался в перспективную сверхтяжелую программу Space Launch System (SLS).

Разработка космического корабля «Орион» / Фото: Global Look Press/NASA

После прихода в Белый дом Дональда Трампа планы NASA поменялись в очередной раз. Основное внимание перешло к строительству лунной орбитальной станции. Предполагалось, что она станет своеобразным форпостом человечества перед началом покорения дальнего космоса. Создание станции шло своим чередом, постепенно меняясь и уточняясь, но в 2019 году США анонсировали новую дату прилунения. Согласно заявлению Майкла Пенса, посадка на Луну запланирована на 2024 год, на четыре года раньше китайцев.

NASA пришлось подвинуть программу лунной орбитальной станции. Изначально считалось, что высаживаться на Луну астронавты будут с нее, но затем всё снова переиграли. NASA чрезвычайно не хотело один в один повторять миссию «Аполлон», а потому предлагало более сложные варианты: высадка на Луну с недостроенной лунной орбитальной станции, затем стыковка с посадочным модулем на орбите.

Но необходимость успеть к назначенному сроку поставила крест на этих идеях. В ситуации глобальной нехватки времени современный вариант лунной миссии выглядит как полет астронавтов на космическом корабле «Орион», с прикрепленным к нему посадочным модулем, точно так же как и в миссии «Аполлон».

https://iz.ru/video/embed/895430

Подсчет

Необходимый минимум для осуществления лунной миссии — три элемента. Ракета-носитель для доставки космического корабля на орбиту Луны. Космический корабль, оснащенный большими запасами топлива и способный затормозить и безопасно вернуть астронавтов обратно. Посадочный модуль для мягкой посадки на поверхность Луны и возвращения астронавтов на орбиту в космический корабль. Плюс, «по мелочи»: скафандры для выхода на лунную поверхность и возможность обеспечения связи с Землей для удобного контроля миссии.

С ракетой и у США, и у Китая пока ничего не понятно. В Китае вообще выдают такую информацию очень скупо, а американцы «застряли» с производством ракеты SLS. Корпорация Boeing начала работу над ней в 2011 году и предполагала осуществить первый пуск еще в 2017-м. Увы, но пока SLS всё еще не готова. Сроки постоянно сдвигаются, проверки выясняют всё новые проблемы с производством: то некачественная сварка баков, то еще что-нибудь. А ведь до старта в 2024 году SLS должна не только совершить несколько тестовых полетов, но и получить дополнительную модернизацию.

Судя по всему, первый тестовый запуск вряд ли состоится ранее 2021 года, и от того, насколько успешно он пройдет, станут понятны и дальнейшие перспективы американской миссии.

SLS

Иллюстрация запуска ракеты SLS / Фото: NASA

С космическими кораблями наблюдается практически паритет. Американский «Орион» в июле 2019 года прошел последние необходимые испытания и к настоящему времени готов к первому тестовому полету с астронавтами. На разработку и тестирование у американцев ушло более 15 лет. Китай справился с этой же задачей в несколько раз быстрее. Первая информация о создании пилотируемого корабля нового поколения появилась в 2014–2015 годах, и в мае 2020 года Китай провел успешное тестирование.

Посадочные модули у обеих стран еще только разрабатываются. Для американской программы в мае 2019 года NASA отобрало 11 компаний для исследований по созданию многокомпонентной посадочной системы. В настоящее время работы продолжаются, окончательного решения пока не принято. О процессе разработки в Китае, как обычно, известно еще меньше. Скорее всего, раньше 2024–2025 годов широкой общественности ничего не покажут.

Кто впереди?

Если брать только работы по высадке на Луну, то, как мы видим, Китай догнал США по объемам уже сделанного. С учетом неготовности ракеты SLS китайцы, скорее всего, совершат пилотируемый полет первыми. Для этого может быть использована та же самая тяжелая ракета CZ-5B, которая испытывалась в начале мая 2020 года.

Кроме того, стоит учитывать и беспилотные достижения китайской программы. Китайцы осуществили уже две успешных миссии с мягкой посадкой луноходов. В 2020–2021 годах к Луне будут отправлены автоматические станции «Чанъэ-5» и «Чанъэ-6», которые должны доставить образцы грунта. Запланированная для этих полетов автоматическая стыковка на орбите Луны даст необходимый для создания посадочного модуля дополнительный опыт китайским ученым.

автоматическая станция «Чанъэ-4»

Автоматическая станция «Чанъэ-4» на обратной стороне Луны, где совершила мягкую посадку 3 января 2019 года / Фото: Global Look Press via ZUMA Press/Xinhua

Отдельно надо сказать и о китайской системе дальней связи, после ввода которой у КНР появилась возможность круглосуточного и круглогодичного контроля за межпланетными станциями, без каких-либо перерывов в расписании. Кроме системы наземных приемо-передающих станций, Китай запустил космический аппарат «Цюэцяо», который используется в качестве ретранслятора связи. Название этого спутника переводится как «Сорочий мост», и он уже использовался в миссии «Чанъэ-4» для управления луноходом на обратной стороне Луны.

В общем и целом китайская космическая отрасль в ее нынешнем положении кажется более перспективной и готовой для решения самых разных задач, в том числе и высадки на Луну. А вот какая из стран это сделает первой, загадывать пока очень и очень сложно.

Михаил Котов

Картина дня

))}
Loading...
наверх