20 апреля на стартовой площадке в Бока Чика (штат Техас) стояла самая мощная ракета в истории человечества, ее корпус из нержавеющей стали сверкал на солнце. Мгновением позже ракета и стартовая площадка превратились в огненные обломки. Это был первый, катастрофический испытательный орбитальный запуск звездолета SpaceX.
Через несколько секунд после старта мощная тяга ракеты разрушила бетонную площадку на техасской базе SpaceX Starbase, разбросав обломки до города Порт-Изабель, расположенного в шести милях от нее. Ракета загорелась. Менее чем через четыре минуты после старта она начала падать в небо, а затем взорвалась.
Федеральное управление гражданской авиации США отложило посадку звездолета на время расследования взрыва, но вскоре ракета может снова полететь. 8 сентября FAA завершило свое расследование, указав 63 корректирующих действия, которые SpaceX должна предпринять перед второй попыткой отправить Starship на орбиту.
"FAA обладает полномочиями по утверждению всех коммерческих запусков, и поэтому именно они выдают компаниям лицензии на запуск", - говорит Венди Уитман Кобб, эксперт по космической политике и преподаватель Школы перспективных исследований воздушного и космического пространства ВВС США. "Каждый раз, когда что-то взрывается, они хотят знать причину. Потому что они хотят быть уверены, что это безопасно не только для запуска, но и для того, чтобы не причинить вреда кому-либо на земле".
SpaceX должна будет продемонстрировать FAA, что компания успешно выполнила эти 63 корректирующих действия, а затем подать заявку на получение модифицированной лицензии на запуск. "После получения такой лицензии они теоретически смогут подниматься в воздух, когда захотят", - говорит Уитман Кобб. Ни FAA, ни SpaceX не сообщили публично, в чем заключаются эти исправления. Однако предполагается, что эти меры направлены на устранение неудач апрельского запуска.
От успеха Starship зависит очень многое. Он играет ключевую роль в расширении бизнеса SpaceX по запуску и созданию спутников Starlink. НАСА планирует вернуть человека на Луну в 2025 году, используя модифицированный Starship в качестве лунного посадочного аппарата в рамках миссии Artemis III. Если SpaceX удастся устранить проблемы, а Уитман-Кобб и другие эксперты считают это вероятным, то компания сможет вернуть свою ракетную программу и лунную программу НАСА в прежнее русло. Кроме того, это расследование может дать представление о конструкции стартовых площадок, что в перспективе поможет астронавтам при полетах на Луну и обратно.
Неудачи при запуске
Несмотря на то, что звездолет еще не вышел на орбиту, ему принадлежит звание самой мощной ракеты, которую когда-либо запускали, и это звание он получил от советской ракеты Н1. Первая ступень Н1, предназначенная для доставки советских космонавтов на Луну, создавала тягу в 10,2 млн. фунтов. Звездолет состоит из двух ступеней, и только первая ступень, Super Heavy Booster, создает тягу 16,7 млн. фунтов.
Именно эта рекордная мощность и стала причиной странного решения компании SpaceX запустить звездолет с бетонной стартовой площадки, на которой отсутствуют такие элементы, как факельные канавки. Эти канавки предназначены для отвода факела ракеты от площадки и самого аппарата. Компания SpaceX могла бы также использовать систему водяного потопа для заливки площадки, чтобы смягчить тепловые и акустические удары ракетных двигателей.
"Обычно вы никогда не запускаете ракету с такой большой тягой, не имея более продуманной системы активного смягчения воздействия факела в условиях запуска. Ведь вы беспокоитесь о том, что тепло и динамические силы факела разрушают материалы и создают эжекцию", - говорит физик Филипп Метцгер из Университета Центральной Флориды. "Если бы эжект попал в ракету-носитель таким образом, что она взорвалась, находясь вблизи башни, это могло бы разрушить множество объектов инфраструктуры, на восстановление которых потребовалось бы очень много времени".
По его словам, в результате апрельского запуска стартовая площадка разлетелась на части и образовалась воронка "глубиной с дом".
Уроки Луны
Метцгер изучал запуск звездолета и в настоящее время пишет статью о его результатах. Он хочет понять, что пошло не так, потому что то, как все произошло, важно для проектирования будущих ракет и посадочных площадок на Луне или других небесных телах.
В большинстве концепций лунных посадочных площадок используется просто плоский бетон. "Нет ни отвода пламени, ни траншеи для пламени, ни воды", - говорит Метцгер. "Я решил, что буду заниматься этим серьезно только из-за чистого удовольствия от решения физических задач, а также из-за того, что мы можем узнать о лунных посадочных площадках".
Он обнаружил, что куски бетона с площадки Бока-Чика разлетаются со скоростью более 200 миль в час. Облако горячего водяного пара и углекислого газа, созданное двигателями Starship Raptor, сжигающими метан и жидкий кислород, поднимало песок в небо и несло его в Порт-Изобел. Метгзер понял, что этот процесс был похож на то, как давление в вулкане нарастает перед извержением.
"Единственное объяснение, которое мы смогли придумать, - это то, что посадочная площадка треснула и высокое давление тяги вытолкнуло газ через трещины, - говорит он. Это привело к увеличению давления под площадкой до извержения. По его словам, лунные посадочные площадки должны быть спроектированы таким образом, чтобы избежать этой проблемы, добавив вентиляционные отверстия для выхода газов или создав более прочные площадки, устойчивые к разрушению.
Это может быть затруднено на Луне, где тяжелое строительство будет затруднено отсутствием ресурсов, техники и атмосферы. Но на Земле у компании SpaceX, возможно, есть решение - стальная пластина, которая активно охлаждается водой, чтобы не расплавиться во время запуска ракеты.
"Это действительно отличная идея", - говорит Метцгер. "Если их инженеры все сделали правильно, то это должно быть полным решением проблемы".
Что касается предотвращения взрыва следующего звездолета в небе, то компания SpaceX заявила, что обнаружила, что внутри сверхтяжелого ускорителя воспламенилось вытекшее топливо. Возникший пожар отрезал РН от компьютера, управляющего ее полетом, что привело к падению и последующему взрыву ракеты, говорится в обновленном сообщении на сайте компании. Компания "значительно расширила существующую систему пожаротушения Super Heavy, чтобы предотвратить возгорания в двигательном отсеке в будущем", - говорится в сообщении.
Следующие ходы
Хотя ни FAA, ни SpaceX не сообщили, на какой стадии находится процесс, основатель SpaceX Элон Маск предположил, что его компания выполнила все необходимые работы, написав 5 сентября, до объявления FAA, в Твиттере: "Starship готов к запуску, ожидаем одобрения лицензии FAA".
Если мяч действительно находится в суде FAA и регулятор просто рассматривает работу, проделанную SpaceX, то "я не думаю, что это займет больше нескольких недель", - говорит Уитман Коббс. "Это было бы моим лучшим предположением". Если это так, отмечает она, то SpaceX и FAA действуют с исключительной скоростью, чтобы подготовить звездолет к новой попытке запуска. Уитман-Кобб противопоставила SpaceX ее конкуренту Blue Origin, чья ракета New Shepard остается под землей уже более года после неудачного запуска 12 сентября 2022 года. Blue Origin "все еще находится в режиме расследования FAA и не может осуществить запуск", - говорит она. "Они еще не подали заявку на получение модифицированной лицензии на запуск".
Однако быстрая доработка звездолета и его стартовой площадки не гарантирует, что следующая попытка запуска пройдет безупречно. Однако Уитман-Кобб отмечает, что SpaceX охотнее, чем НАСА и другие производители ракет, проводит испытания новых космических аппаратов, наблюдает за их неудачами и быстро вносит изменения. Так, например, восьмой прототип звездолета был уничтожен в результате огненной аварии во время высотных испытаний в декабре 2020 года, но компания продолжала работать.
"Учитывая, что за последние несколько лет компания SpaceX добилась успеха и доказала, что ее критики ошибаются, у меня нет оснований полагать, что они не смогут реализовать эту идею", - говорит она.
Метцгер также отмечает, что ответственным за подготовку звездолета к полету является Уильям Герстенмайер, который до прихода в компанию SpaceX в 2020 году занимал должность помощника администратора НАСА по исследованиям и эксплуатации человека. "Герстенмайер - легенда космического сообщества", - говорит Метцгер. "Он находится в очень хороших руках. Я не знаю, есть ли в мире кто-то лучше Билла Герстенмайера для управления такого рода проектом".