PopularEditorialNewBest

SLS против Starship: почему существуют обе программы?

2В закладки

Итак, это еще один мой перевод еще одной статьи от Тима Додда aka Everyday Astronaut. Приятного чтения.

Введение

NASA выбрали посадочный модуль для программы Artemis. К всеобщему удивлению, Starship от SpaceX стал единственным победителем .

Понятно, что это вызывает много вопросов. На некоторые из них мы ответим в моем следующем видео/статье: «Следует ли NASA просто отменить SLS и использовать Starship и/или другие коммерческие ракеты для Artemis?» Но сегодня я думаю, что нам нужно сперва уладить много споров по поводу этих двух ракет. Сейчас, более чем когда-либо, пришло время по-настоящему сравнить их лицом к лицу.

Почему две мега-ракеты?

Это могло бы войти в учебники истории как серьезная ирония в том, что эти две ракеты существуют одновременно. Несмотря на то, что эти две ракеты имеют очень похожие возможности, вы не сможете создать еще более противоположную технику. 

Боинг и NASA строят SLS на протяжении многих лет с опытными ракетными инженерами. Напротив, Starship строится в поле в Техасе лоскутной командой космических ковбоев. Некоторые из них ранее строили водонапорные башни.

Как сравнить этих двух “зверей”?

Сегодня давайте посмотрим на историю и прогресс Starship и SLS. Кроме того, космический корабль Orion и все остальное, необходимое для миссий Artemis, включая их конструктивные особенности и их возможности.

Как только мы это сделаем, я думаю, мы сможем ответить на вопрос. Как это возможно, чтобы две ракеты, такие как SLS и Starship, существовали одновременно? Должны ли они существовать одновременно? Одна из самых амбициозных ракет из когда-либо задуманных. Другая живет прошлым. Здесь буквально повторно используются старые детали списанных космических Шаттлов.

Как, черт возьми, мы вообще сюда попали? Две самые мощные ракеты из когда-либо созданных, и они разрабатываются одновременно. Нам предстоит многое рассказать, так что приступим.

Что такое сверхтяжелая ракета-носитель?

Вы меня знаете. Когда я снимал SLS vs Starship, я слишком увлекся, отвечая на свои вопросы. Я глубоко нырнул и исправил множество ошибочных предположений. Я до конца изложил это, и мы подробно рассмотрим все основы!

NASA и SpaceX не соревнуются!

Сразу же мы должны прояснить одну вещь. NASA и SpaceX не являются конкурентами. Если вам нравится SpaceX, вы можете поблагодарить NASA за это. NASA — крупнейший заказчик SpaceX и самый крупный спонсор. Имейте это в виду.

Это может быть более очевидным, чем когда-либо, теперь, когда NASA инвестирует в Starship для программы Artemis. То, что NASA выбрали SpaceX для программы Commercial Crew Program, также является доказательством этого. Отношения между NASA и SpaceX восходят к моменту основания SpaceX.

Falcon 9 SpaceX NASA DM-2
DM-2. Credit: SpaceX

Если бы не первоначальные инвестиции NASA в размере почти 400 миллионов долларов в Falcon 9 и Dragon, SpaceX бы здесь не было. Кроме того, многомиллиардные контракты по программам CRS и CCP помогли SpaceX достичь того, чем они являются сегодня.

NASA делает невероятные вещи. Они занимаются жизненно важными исследованиями и наукой, которые ни одна частная компания не могла бы сделать или никогда не сможет сделать. Они многое делают за кадром, что часто остается незамеченным. В моем видео, в котором сравнивались SLS и Starship, я объяснил, почему было несправедливо сравнивать NASA напрямую со SpaceX, являющейся частной компанией.

Давайте все вместе!

Как вы знаете, я в основном за командную деятельность. Мне нравится призывать свою аудиторию бороться с трайбализмом, а не просто думать, что что-то одно лучше, а все остальное — отстой. Но когда NASA создает и эксплуатирует ракету, мы можем должным образом сравнить плюсы и минусы этих двух систем. Я уже знаю, что есть много из вас, у кого оранжевая ракета — плохо, блестящая ракета — хорошо, и наоборот, так что давайте вместе, споем Кумбайю и отпразднуем тот факт, что у нас есть несколько мега-ракет!

Определение сверхтяжелой ракеты-носителя

Хорошо, теперь, когда руки не мешают, давайте определим термин сверхтяжелая ракета-носитель (SHLLV). Просто хотел объяснить, почему мы не включаем в это сравнение такие ракеты, как грядущий New Glenn от Blue Origin или другие тяжелые ракеты. Авиакосмическая промышленность рассматривает SHLLV как ракету, способную доставить более 50 метрических тонн на низкую околоземную орбиту (НОО).

Сверхтяжелые ракеты-носители могут выводить на орбиту более крупные объекты, но это означает, что у них достаточно возможностей для отправки потенциально огромных объектов на Луну. Или они могут направить зонды на прямые траектории к нашей внешней Солнечной системе без гравитационных маневров. Это может означать, что добраться до этих далеких мест можно почти в три раза быстрее.

Super Heavy Lift Launch Vehicle Capabilities Saturn V vs N1 vs Energia vs Falcon Heavy vs Space Shuttle

Все ракеты SHLLV, прошлое и настоящее

Исторически сложилось так, что когда-либо летали только пять сверхтяжелых ракет и только четыре оказались успешными. В их число входит Saturn V, построенный в 1960-х годах в Америке, который мог доставлять 140 тонн на НОО. Также с 1960-х и начала 1970-х годов была неудачная советская ракета Н-1, предназначенная для подъема 95 тонн на НОО. В 1980-х годах была дважды летавшая ракета Советского Союза «Энергия», которая могла доставить 100 тонн груза на НОО.

Единственная летающая сейчас сверхтяжелая ракета — Falcon Heavy компании SpaceX. Официально она может поднять около 64 тонн на НОО в полностью одноразовом варианте. Если его запускают в многоразовом варианте, то она все еще может запускать более 50 тонн на НОО. 

Космическая транспортная система: программа «Шаттл»

И, наконец, у нас есть Space Shuttle или, как его официально назвала NASA, космическая транспортная система (STS). Если мы обозначим челнок как часть полезной нагрузки, STS технически сможет вывести на орбиту 122,5 тонны. Теперь мы должны очень быстро указать, что по той же логике, если вы включите, скажем, основную ступень SLS, которая могла бы выйти на орбиту, если бы они этого захотели, то она добавила бы еще 80 тонн к ее полезной нагрузке.

Но STS был просто другим, и вы должны были учитывать орбитер как полезную нагрузку, выходящую на орбиту, но фактическая полезная нагрузка была всего 27 тонн. Хотя был предложен Shuttle-C для превращения STS в сверхтяжелую ракету, но мы проигнорируем это и продолжим работу.

Если люди хотят вернуться на Луну как можно скорее, или особенно если мы хотим попасть на Марс, нам абсолютно необходимы серьезные возможности. Я думаю, что давно настало время для такого рода миссий. Я хочу снова увидеть людей на Луне. В 4K! Или 8К, если на то пошло!

Программы Artemis и Gateway

Прежде чем мы начнем с фактов о SLS и Starship, мы поработаем над возвращением на Луну с программой NASA Artemis. В планах NASA уже вложен значительный объем работы, средств и целей, чтобы сделать Artemis реальной программой.

Мы собираемся сосредоточиться на SLS, Orion и Lunar Starship. Чтобы было ясно, Артемида для SLS, как Аполлон для Сатурна V. Это название программы, не обязательно ракеты или космического корабля.

SLS to Artemis Saturn V Apollo

На данный момент Gateway не используется для первой и второй пилотируемой миссии. Хотя планирование Gateway еще продолжается, мы просто собираемся сосредоточиться на высадке на Луну и оборудовании, непосредственно задействованном в этом.

История SLS и Orion

Прежде чем столкнуть SLS и Starship лицом к лицу, мы рассмотрим несколько фактов. Во-первых, я думаю, что многие люди неправильно понимают, как и почему NASA использует SLS и Orion. Или как эти программы вписываются в планы Артемиды. Затем, во-вторых, мы перейдем к истории Starship, которая быстро развивается.

Пост-колумбийская трагедия, рождение программы Constellation

После трагедии Шаттла «Колумбия» NASA пересмотрело свои следующие шаги. Они начали поиск замены Шаттлам на низкой околоземной орбите. Но также начали нацеливаться на исследование дальнего космоса, и для этого им нужно было построить большую ракету.

Первоначальным видением NASA для дальнего космоса и НОО была программа Constellation. Ракета Ares I, будет являться заменой Шаттла и будет использоваться для миссий на НОО, также NASA запланировали ракету под названием Ares V для своих миссий по исследованию Луны и Марса. После медленного прогресса и огромного перерасхода средств, на что указывалось в отчете Комиссии Августина 2009 года, программа Constellation была отменена.

NASA Ares 1x
Старт Ares-1X 28 марта 2009 года. Credit: NASA

SLS: Space Launch System, также известная как «Senat Launch System».

Директива Конгресса от 2010 года предписала NASA разработать «Space Launch System». Она должна была выводить от 70 до 100 метрических тонн на НОО, а в последующих модификациях 130 тонн и более. Ракета должна была быть в состоянии поднять корабль Orion, а поскольку его разработка еще не завершилась Конгресс потребовал, чтобы NASA работало с существующими партнерами, насколько это возможно.

Первоначально Агенство надеялось быстро и эффективно запустить ракету, как того требовала директива Конгресса. Оно должно было сдать её в эксплуатацию до 31 декабря 2016 года! NASA провело «анализ качества» и сузило его до пяти различных вариантов ракеты-носителя. Некоторые из них выглядели захватывающе с диаметром ступеней в десять метров и ЖРД закрытого цикла, с окислительным газогенератором. В ходе анализа были взвешены их варианты: доступность составляет 55 процентов, график — 25 процентов, производительность — 10 процентов, а программная — 10 процентов.

Ares V vs SLS

SLS — наследие STS 

NASA остановилось на том, что мы теперь знаем как SLS. Хотя SLS и Ares V выглядят очень похоже, SLS на самом деле отличалается. Она определенно взяла реплики из ракетного предложения под названием «Прямое». SLS будет сильно опираться на буквально оставшиеся части и оборудование от Шаттлов. Мыслительный процесс NASA заключался в том, чтобы облегчить и ускорить способ создания и испытания самой мощной из когда-либо построенных ракет.

NASA сохранило наследие ракеты близко к Шаттлам. Таким образом, сделав счастливыми некоторых из его подрядчиков, их сотрудников и членов Конгресса. Это проектное решение гарантировало, что средства будут продолжать поступать к подрядчикам Шаттлов. По крайней мере, так предполагалось.

Контракт «затраты-плюс»

В отличие от Commercial Crew Program, NASA продолжило работать с подрядчиками из эпохи Шаттла, используя схему финансирования контрактов «затраты плюс». Это означает: «Вот сколько денег мы дадим вам, чтобы сделать это, но мы также оплатим все, что выходит за рамки бюджета».

Финансирование разработки SLS с 2011 года колеблется примерно в 1,5 миллиарда долларов в год. Космический корабль Орион получает чуть более 1 миллиарда долларов в год, также с 2011 года. NASA заверило подрядчиков, что у них будет достаточно ресурсов для реализации этих проектов. Подрядчики придерживались реалистичного бюджета NASA, который соответствовал уровню финансирования в эпоху Шаттла.

Однако проблема с контрактами по принципу «затраты плюс» заключается в том, что они предлагают очень мало стимулов для соблюдения бюджета или, особенно, графика. Фактически, сдвиги в сроках буквально означают больше денег для подрядчиков. Главный подрядчик SLS, Boeing, получает больше всего денег за проект, хоть NASA и проводит проверки эффективности своих подрядчиков. Тем не менее, правительственные чиновники по-прежнему обвиняют NASA в том, что оно слишком снисходительно относится к некоторым из этих подрядчиков: подробнее об этом позже.

NASA management review

Сходство SLS и Space Shuttle 

Хотя SLS действительно выглядит как гигантский бескрылый космический шаттл, NASA внесли в ракету множество изменений. Например, они улучшили ее производительность и снизили затраты. Вот краткое изложение изменений.

SLS будет иметь SRB (твердотопливные ускорители, прим.переводчика) с пятью сегментами, в отличие от SRB с четырьмя сегментами, которые были у Шаттлов. В отличие от Space Shuttle, у этих ускорителей нет оборудования для восстановления. Также используется обновленная система крепления. Измененная конструкция гарантирует, что мусор не повредит расположенным поблизости RS-25.

NASA SLS SRB Plug
Тест SRB для SLS. Credit: NASA

Первая ступень выглядит как внешний топливный бак Шаттла. Но с внешним топливным баком Шаттла практически нет ничего общего, кроме его цвета и диаметра 8,4 метра. В нем используется новый алюминиевый сплав — AL 2219. Конструкция отличается от бака Шаттла. Используются различные методы сварки и новая аэрозольная пена. SLS будет иметь осевые структурные нагрузки, а не боковые.

Компания Aerospace-Rocketdyne доработала двигатели RS-25, поскольку они использовались на STS. Они увеличили тягу со 104,5% до 109% или 111% в аварийной ситуации. Но опять же, как и SRB, RS-25D и более поздние варианты RS-25E могут использоваться в SLS. Просто забавное примечание, я основываю эти процентные числа на исходной расчетной тяге 170 тонн сил на уровне моря. 

Криогенная верхняя ступень

Еще одно решение по экономии средств и сокращению сроков заключалось в том, чтобы сначала использовать SLS с разгонным блоком от Delta IV и Delta IV Heavy. Известная как «Вторая криогенная ступень Delta» или DCSS, NASA изменило ее, чтобы установить сверху основной ступени диаметром 8,4 метра. Эта “промежуточная криогенная двигательная установка” (ICPS) имеет другие водородные баки и больше топлива для двигателей ориентации, нежели версия от Delta IV.

NASA Interim Cryogenic Propulsion Stage Everyday Astronaut SLS
ICPS и Тим Додд

NASA предполагает, что SLS будет иметь гораздо более мощную верхнюю ступень, известную как Exploration Upper Stage. Ступень, которая является частью обновления Block 1B, сделает SLS намного более функциональной. Хотя она увидит свет не раньше 2025 года, если вообще его увидит.

ICPS vs EUS

Космический корабль Орион, Аполлон на стероидах?

Далее нам нужно поговорить о космическом корабле Орион, который находится на вершине всей SLS. Орион — довольно традиционный космический корабль конической формы. В некотором смысле это более новая и увеличенная версия командного модуля Apollo.

Orion VS Apollo capacity volume width

Хотя Орион выглядит похожим, он больше, чем может показаться. По сути, это космический корабль, диаметром 5 метров против 3,9 метра у командного модуля Аполлона. Орион также имеет 9 кубических метров герметичного объема по сравнению с 6,2 кубическими метрами у Aполлона. Это позволяет Ориону перевозить до шести астронавтов по сравнению с тремя астронавтами Аполлона. Для Skylab они изменили командный модуль Apollo, чтобы он мог перевозить пять астронавтов в чрезвычайной ситуации.

Первоначальное название космического корабля Орион было Crew Exploration Vehicle. Тогда он был в разработке для программы Constellation. Но с тех пор он изменился. Теперь в нем есть еще одна мера экономии: сервисный модуль на базе автоматизированного транспортного средства ESA.

Лунный посадочный модуль?

Нам нужно упомянуть еще об одном. Что-то новое в системе, работа над которым все еще продолжается. Если программа Artemis направлена ​​на посадку на Луну, ей потребуется посадочный модуль.

Это подводит нас к сегодняшнему дню. До сих пор все, о чем мы говорили и обсуждали, может вывести людей на лунную орбиту только с помощью SLS и Orion. Пока еще нет возможности нести посадочный модуль с SLS Block 1 как часть общего пакета. Даже с модернизированным Block 1B.

NASA официально выбрало очень амбициозный лунный посадочй модуль для программы Artemis. Lunar Starship ставит под сомнение не то что SLS Block 1B, но и обынчую SLS.

Чтобы миссия Artemis III добралась до Луны в 2024 году, ей потребуется SLS Block 1. Посадочный модуль должен будет лететь отдельно.

Призыв к коммерческим лендерам

Эта часть программы Artemis ближе к программе Commercial Crew Program, нежели к SLS и Orion.

Агенство создало набор требований, чтобы подрядчики смогли подать заявки на контракт на лунный модуль. Поступая таким образом, NASA надеется, что это — быстрый процесс, позволяющий уложиться в их амбициозные сроки по доставке астронавтов на Луну к 2024 году. NASA не будет владеть лендером и управлять им, как это делается для SLS и Orion.

Artemis III потребует как минимум две ракеты для полета с высадкой на Луну. Во второй части статьи мы более подробно рассмотрим варианты, которые могут быть использованы в HLS. Она рассмотрит, какие еще варианты есть у NASA, если они решат отменить SLS в пользу Starship и других коммерческих вариантов. По этой причине давайте поговорим о Starship.

История Starship

Если вы новичок, который только недавно узнл о Starship, вы можете не осознавать, как далеко уходит эта программа. По сути, с момента запуска SpaceX были разговоры о создании «BFR» или «Big F***ng Rocket». В отличие от SLS, собственное проектирование и разработка с первых дней происходили в основном за закрытыми дверями.

Том Мюллер, Парень-ракетчик

Еще до запуска SpaceX инженер по силовым установкам и первый сотрудник Том Мюллер построил ракетный двигатель «BFR» в своем клубе мощных ракетных двигателей «Общество исследований реакции». И да, эта схема наименования проистекает от BFG из Doom.

Tom Mueller SpaceX Tom Mueller McGregor

Интересно отметить, что двигатель Тома BFR представлял собой двигатель с штифтовыми форсунками и тягой в 45 килоньютон. Он столкнулся с Дэвидом Крисалли, который построил более традиционную схему. Дизайн Тома победил и в конечном итоге стал основой сегодняшнего двигателя Merlin.

Но на самом деле BFR не стала привлекать какое-либо внимание общественности примерно до 2012 года, когда Илон упомянул огромную ракету, получившую название Mars Colonial Transporter, которую SpaceX добавит в свой модельный ряд.

SpaceX все еще была относительно небольшой компанией, запустив только три Falcon 9 к концу 2012 года. После этого ходили слухи о ракетах Falcon X, Falcon X Heavy и Falcon XX, которые станут их следующими мегакакетами.

IAC 2016, Илон и ITS

Лишь в 2016 году, на Международном авиационном конгрессе (IAC) в Гвадалахаре, Илон рассказал об этом. Мир наконец-то получит представление о том, над чем работает SpaceX. И да, это была супер-странная пресс-конференция, где все задавали смешные вопросы. Ну не все…

Планы, которые показал Илон, были в самом деле смехотворными, может быть, даже дырявыми. То, что мир никогда не видел, было предложено на законных основаниях. Полностью многоразовая ракета диаметром 12 метров и высотой 122 метра с 42 метановыми ЖРД закрытого цикла с полной газификацией на первой ступени. Шесть вакуумных двигателей и три атмосферных двигателя на второй ступени. Она использовала усовершенствованную конструкцию из углеродного композита и имела грузоподъемность 300 тонн. Мы знали это как Межпланетная транспортная система или ITS.

После 2016 года из года в год вносились некоторые изменения. Самым большим изменением стало уменьшение диаметра. Внезапно ракета уменьшилась до девяти метров в диаметре, и вместе с этим уменьшились её возможности.

Примерно в 2018 году SpaceX снова начали называть ее BFR и объявили о планах отправить японского миллиардера Юсаку Маэдзаву в облет вокруг Луны. Между тем, возможно, другим большим изменением стало решение отказаться от конструкции из углеродного композита и вместо нее использовать нержавеющую сталь.

Затем, наконец, появилось название Starship. Чтобы не сбивать с толку, SpaceX называет всю систему Starship. Но это же название используется и для второй ступени. Они называют первую ступень Super Heavy. Следовательно, мы можем свободно сказать «Starship», имея в виду и Starship и Super Heavy. Однако мы могли также иметь в виду только вторую ступень.

Это похоже на то, как вы можете указать на кукурузу и сказать: «Эй, смотрите, это кукуруза!» Если это не початки и в миске, вы все равно будете называть это кукурузой. Но когда она в початках, можно сказать, что это кукуруза в початках. 

В 2019 году SpaceX провела пресс-конференцию перед полноразмерным прототипом Starship в Бока-Чика. Позже мы узнали, что его название было Mk 1, сокращение от Mark One. К этому моменту в конструкции было меньше итераций, и теперь на корабле должно было быть только два нижних крыла, которые действуют как гигантские воздушные тормоза.

Это в значительной степени помогает нам ускорить работу над Starship, поскольку большая часть фактических разработок проходила за закрытыми дверями и на условиях SpaceX. Я думаю, что сейчас было бы отличное время, чтобы ознакомиться с ходом реализации этих двух программ. Давайте сложим именно то, что они создали, и посмотрим, сможем ли мы лучше понять их дико уникальную философию дизайна.

SLS Progress VS Starship Progress

Это тот сегмент, которым я хотел заняться какое-то время. Скептики Starship укажут на все взорванные тестовые прототипы и скажут: «Они даже не могут построить бочку». Скептики SLS говорят: «Прошло десять лет, а ничего не произошло».

Давайте посмотрим на все, что они построили. Это будет исчерпывающий, но не полный список абсолютно всего. По крайней мере, мы обозначим основные вехи. Начиная с SLS и Orion, подрядчики закончили и/или протестировали гораздо больше оборудования, чем вы могли подумать.

Artemis SLS Orion Inventory SLS core stage tank Orion test flights inventory

Тесты Artemis 1, Orion и SLS

До сих пор мы видели более дюжины Орионов, используемых в Ares 1, различных тестах САС, макетов и тестовых установок. В 2014 году был проведен в основном полнофункциональный полет полноценного Ориона на вершине Delta IV Heavy для EFT-1. В 2019 году в Космическом центре Маршалла даже проводилось испытание полноразмерного водородного бака SLS. Испытание длилось более пяти часов при 260 процентах структурной прочности.

Все оборудование для первого полного теста SLS и Orion в миссии Artemis 1 в основном готово к окончательной сборке. Центральный блок находится на испытательном стенде, закончил весь комплекс тестов Green Run и ожидает транспортировки. Произошло объединение пяти сегментов каждого SRB. Система прерывания полета готова. Космический корабль Орион завершил все свои испытания. Он вернулся в Космический центр Кеннеди в ожидании предстоящего запуска вокруг Луны!

Вторая ступень готова уже много лет. Сервисный модуль корабля, поставляемый ESA, готов. Буквально оборудование Artemis 1 готово! Осталось только осуществить транспортировку, а затем интеграцию.

Имеется 16 двигателей RS-25D. 14 из 16 двигателей ранее использовались в миссиях Шаттла. Сегментов твердотопливных ракетных ускорителей достаточно, чтобы сделать 16 ускорителей на восемь полетов. Даже 4 RL-10 готовы к использованию.

Artemis 2, 3. Оборудование

Теперь, когда налажены производственные линии и технологии, части для Artemis 2 собираются вместе. Сюда входят бак для кислорода, бак для водорода, промежуточный межбаковый сегмент, носовая юбка, секция двигателей на основной ступени. Резервуар высокого давления для Ориона, его сервисный модуль, тепловой экран, башня САС и другое оборудование уже на месте. И, как уже упоминалось, RS-25 и бустерные сегменты тоже в комплекте.

Это еще не все, оборудование Artemis 3 тоже уже готовится. Сюда входят части корабля, части служебного модуля, водородный бак SLS, двигатели и твердотопливные ускорители.

Итак, вы можете видеть, что SLS и Orion действительно многого достигли за последнее десятилетие. Даже если учесть более длительную временную шкалу Ориона. Так как это по сравнению с прогрессом Starship?

Прогресс Starship

Прогресс Starship значительно отличается от SLS и Orion. Большая часть ранних работ Starship была очень секретной. Они окутывали тайной даже программу двигателей Raptor, пока Илон не показал видео о ней на IAC 2016.

Двигатель Raptor начал разрабатываться примерно в 2012 году. С тех пор он прошел множество испытаний. На сегодняшний день построено 66 двигателей Raptor, многие из которых уже разобраны. Скорее всего, только горстка действительно способных летать на данный момент. Но это число меняется, поскольку SpaceX налаживают и ускоряют производство.

SpaceX Starship inventory MK1 MK2 SN1 SN2 SN3 SN4 SN5 Starhopper raptors
Устаревшая на восемь прототипов инфографика

Сталь

Если игнорировать что-либо из углеродного композита и/или Starship диаметром 12 метров, за последние два года они построили почти все, что мы собираемся перечислить. Начиная со Starhopper, первого летавшего прототипа. Его 20-метровые, а затем 150-метровые прыжки — открыли путь следующим прототипам. Затем мы увидели, как полномасштабный прототип Mk 1 собрали вместе и впоследствии «сорвали его крышу».

SpaceX одновременно строила аналогичный прототип в Кокоа, Флорида. Это был способ для двух команд одновременно работать над разными методами строительства в дружеском соревновании. SpaceX отказалась от прототипа Mk 2 на месте, и части от него все еще там, во Флориде.

2020: Одно лучше, чем два

Затем в конце 2019 года мы увидели, как две команды объединились и начали яростно строить следующий прототип, Mk1. Как мы и ожидали, во время тестирования он сильно провалился. Илон написал в Твиттере перед тестом, что он не будет выполнять прыжки. SpaceX уже работала над следующим прототипом.

Это было не единственное изменение. Примерно в это же время SpaceX также перешла с использования Mk на номенклатуру SN. Было три субмасштабных образца для испытания давлением, в которых проверялись сварные швы и способность резервуаров выдерживать давление при криогенных температурах. Затем было еще одно полномасштабное испытание с SN1, который взорвался, взорвался, а затем снова взорвался, когда его днище отлетело. Наконец, у нас есть SN3, который тоже вышел из строя из-за неправильной процедуры тестирования. Их следующий прототип, SN4, также взорвался из-за разьема наземной инфраструктуры. Несмотря на это SN5/6 прошли все тесты и успешно подпрыгнули на 150 метров. SN8/9/10/11 стали первой партией полноразмерных прототипов. SN8 летал на 12,5 км и успешно выполнил все этапы полета кроме посадки, как и SN9, летавший на 10 км. SN11 в свою чередь стал первым прототипом, совершившим удачную посдаку (но он решил не изменять традициям и взорвался через 10~ минут после посадки). SN11 также полетел на 10 км, но после зажигания Рапторов для посадочного маневра произошел RUD. SN12-14 отменены, а SN15 готовится к прожигу и полету.

SpaceX построила и взорвала в несколько раз больше прототипов за последние несколько месяцев, чем SLS за последние шесть лет. Здесь мы видим огромные различия в разработке, тестировании и общей философии. Пора вникнуть в это на секунду.

Философия Starship VS Философия SLS

К настоящему времени вы, вероятно, уже имеете представление о различиях в дизайне и философии. Просто взглянув на развитие этих двух программ, можно заметить различия. Но есть несколько вещей, которые действительно подтверждают, насколько они действительно разные.

SLS, давайте спланируем это на Земле

Давайте начнем с того, что поставим себя на место NASA. NASA, финансируемое государством, должно действовать иначе, чем частная компания с частным финансированием. Возможно, самое большое, чего они не могут сделать, — это сильно рисковать.

При создании чего-то столь масштабного, сложного и амбициозного, как SLS, вам действительно нужно все учесть, прежде чем отправлять инструкции подрядчикам. Если вы скажете подрядчикам построить что-то, а затем что-то изменится в плане, вся эта работа будет напрасной. Это усугубляется тем, что у вас есть десятки подрядчиков и государственных служащих, которые полагаются друг на друга, чтобы выполнить свои части вовремя.

Представьте, что если ключевая часть задерживается на год, что должны делать государственные служащие, поддерживающие эту систему? Вы не можете отложить их на год, а затем вернуть их в проект. Они пойдут искать новую работу. Вы не можете переназначить их на что-то другое. Маловероятно, что инженер по силовым установкам просто перейдет на проект другой ракеты, над которой работает NASA. Есть много неотъемлемых затрат в год, которые являются невозвратными затратами при выполнении программы такого масштаба.

NASA, разносите деньги по всему миру

Хотя по своей сути это менее рискованно и неэффективно, распределение денег и рабочих мест работает в политическом плане. Существует также система финансовой безопасности за счет размещения нескольких подрядчиков и космических центров по всей стране. Этот децентрализованный подход во многом помогает сделать его более привлекательным для бюджетов Конгресса. Даже если он неэффективен, он помогает обеспечить продолжение финансирования программы.

Это явно далеко не идеально. Если вас беспокоит выживаемость программы, а не просто изменение всего вашего видения на 180 градусов каждые четыре-восемь лет, подобные действия — лишь часть игры.

Не забывайте, что бюджет NAS составляет лишь около половины процента национального бюджета, а программы пилотируемых космических полетов — еще меньше.

Неудача — это не вариант для SLS

Следовательно, основная философия построения SLS — планировать и брать на себя незначительные риски. Когда приходится отвечать налогоплательщикам, почему их деньги буквально улетучились, тут действительно не так много места для неудач. Не забывайте, что бюджет НАСА составляет всего лишь полпроцента нашего национального бюджета. Реальные программы пилотируемых космических полетов — это лишь часть этого.

Starship, ответ 42!

Теперь сравните это со Starship. Разработка Starship — это буквально чистый лист. SpaceX не начинала с подробных чертежей. Буквально все началось с того, что просто узнало, какие вопросы задавать. Затем, как установить ограничения того, что должна делать их ракета/корабль.

Из этого процесса вытекали две главные цели. Во-первых, быть полностью многоразовым. Во-вторых, иметь достаточно большие возможности, чтобы помочь людям попасть на другие планеты. Это действительно об этом. Затем работайте в обратном направлении, чтобы найти ответы на эти цели.

Следующий по важности пункт помогает ответить на вопрос о разработке двигателя, который был бы эффективным и многоразовым. Как я уже говорил в своем видео о двигателе Raptor компании SpaceX, полнопоточный двигатель с поэтапным циклом сгорания, работающий на метане, идеально подходит для этих целей (перевод этой статьи).

Не содержащее сажу топливо Raptor сохраняет двигатель чистым и за счет этого ЖРДлегко может использоваться повторно. Его высокий КПД улучшает эффективность с топливом на борту. Высокая тяга и небольшие габариты двигателя делают его быстро масштабируемой и многодвигательной ракетой.

С этого момента все это фактически «детская площадка». Именно поэтому мы увидели внезапный поворот от углеродного волокна к нержавеющей стали. Вы понимаете, насколько важно для SpaceX просто начать летать, чтобы у них была отправная точка для повторения, когда вы слышите, как Илон объясняет, почему было так важно сделать переход.

Скорость итерации Starship

Таким образом, именно из-за скорости итераций мы видим так много случайных вещей, происходящих в Бока-Чика в процессе разработки. По этой причине глупо даже беспокоиться о дальнейших планах. Я виноват не меньше всех, потому что все зависит от того, что будет с их текущим шагом. Затем они будут основывать следующий шаг на результатах предыдущего шага и т.д.

Это схожая философия с чем-то известным как модель водопада или, возможно, стандарт гибкой модели в разработке программного обеспечения. Таков изначальный фон Илона. Как правило, вы не работаете над вторым шагом, пока не завершите первый шаг. Если вы планируете что-то дальше, вы, вероятно, отмените работу.

Это буквально противоположность SLS, где у всего должен быть точный план. Если в итоге вы построите ракету на три метра короче чертежей, внезапно вся ваша наземная система тоже должна будет измениться! Именно это произошло с SLS и ее мобильной стартовой башней.

Гибкость и скорость

В данный момент все для Starship все еще на столе. Я имею в виду, что мы буквально видим, как они строят завод и инфраструктуру вокруг ракеты, а не наоборот. Честно говоря, это очень рискованно, но сделать это намного проще. Поскольку компания вертикально интегрирована, она может двигаться быстрее и гибче. Это означает, что изменения в решениях не имеют такого большого волнового эффекта, как более традиционный метод.

Мы увидим еще больше отказов оборудования. Будут неудачи. Вероятно, мы увидим взрывы! Но в отличие от SLS, это не только нормально, но и наполовину ожидаемо. Такой подход способствует обучению посредством прототипирования с меньшими затратами и большей скоростью. Илон снова и снова говорил: «Неудача — это здесь вариант, если что-то не получается, значит, вы недостаточно вводите новшества».

Это очень похоже на философию Советского Союза во времена расцвета Сергея Королева. Построить что-то максимально дешевое, протестировать, если оно взорвется, посмотреть, что пошло не так, внести улучшения, повторить! И это определенно помогло им на ранней стадии разработки. Допустим, вы взорвали ракету, которую построили за два месяца. Учитесь на этом. Они построят еще одну ракету за меньшее время, чем потребуется NASA, чтобы заправить топливо и испытать SLS один раз. Это просто грандиозная разница.

Starship VS SLS

Думаю, пора поставить эти ракеты бок о бок. Это поможет понять, насколько они действительно сравниваются, если мы посмотрим на них прямо. После первоначальной разбивки мы углубимся в некоторые подводные камни. Приготовься!

Super Heavy Lift Launcher Capabilities Falcon Heavy vs Saturn V vs SLS vs Starship

Мы уже коснулись размеров каждой ракеты, и вот они снова. А пока мы просто сравним начальные версии каждой ракеты. Block 1 и Block 1B SLS, а также грубая версия Starship в ее нынешнем виде.

Обязательно имейте в виду, что Starship сильно изменится. Практически каждый раз, когда он строится, он будет отличаться от предыдущего. Ожидайте таких темпов изменений в SN20 или даже после SN30. SLS также может немного измениться, если Block 1B все же начнуть делать.

Давайте сравним двигатели

Пока мы это делаем, давайте покажем Saturn V и Falcon Heavy. Просто у нас есть дополнительное представление о том, как эти ракеты действительно сравниваются. В нынешнем виде SLS большая, но Starship будет огромным. По общей высоте он будет больше, чем Saturn V, и лишь немного уже, чем первые две ступени Saturn V, но он почти совсем не сужается, как Saturn V.

Теперь поговорим о двигателях и их топливе. Falcon Heavy имеет 27 двигателей Merlin, установленных на первой ступени, и один двигатель Merlin с вакуумным соплом на второй ступени. Все они работают на керосине RP-1 и жидком кислороде. Затем есть Saturn V, у которого на первой ступени было пять двигателей F1, работавших на RP-1. Пять двигателей J2 на второй ступени и один J-2 на третьей ступени работали на водороде.

Как мы знаем, SLS имеет в основном ту же структуру, что и Шаттл. Два SRB и четыре RS-25, работающие на водороде. На ее верхней ступени установлен только один RL-10B2, также работающий на водороде. В отличие от этого, следующая версия SLS, Block 1B, будет иметь четыре RL-10, также работающие на водороде.

Наконец, у Starship 28 двигателей Raptor на первой ступени Super Heavy и, шесть Raptor на Starship. Это число очень подвержено изменениям, и SpaceX относительно легко это сделает из-за небольшого размера двигателей Raptor, если это понадобится.

Тяга

Теперь давайте посмотрим на их тягу. Как всегда, это весело. Falcon Heavy — младенец, имеющий тягу 22,8 MN. Теперь мы переходим к мощным ракетам — Сатурн V с35,1 МН. SLS немного мощнее — 39,1 МН, но именно Starship будет здесь королем на 72 МН в его нынешней конфигурации.

Возможности полезной нагрузки TLI, настоящий тест

Мы уже рассмотрели некоторые возможности по выводу полезной нагрузки этих ракет на НОО, поэтому давайте вернем сюда SLS и Starship. Но на этот раз покажем, какую массу они могут отправить на Луну. Мы называем это транслунной инъекцией (TLI), поскольку в любом случае мы говорим о лунных миссиях. Обратите внимание, мы покажем производительность для SLS Block 1 и Block 1B.

Замечание: не обязательно, сколько аппарат может вывести на транслунную орбиту. Важно то, сколько он может отправить на Луну. Вам все еще нужно выйти на лунную орбиту на своем космическом корабле. В Orion или Apollo об этом позаботится сервисный модуль. Технически это C3 равное -0,99, если быть точным. Это измерение характерной энергии для достижения определенной точки в пространстве.

Falcon Heavy в многоразовом режиме может отправить на Луну около девяти тонн. Это означает, что все три блока первой ступени приземляются на морскую платформу, в отличие от двух ускорителей, приземляющихся обратно на LZ-1. Сравните эту производительность с 15 тоннами на TLI в режиме одноразового использования.

Сатурн V против SLS

Затем у нас есть Сатурн V, который может отправить 48,6 тонны на Луну. Затем SLS Block 1, который может отправить 27 тонн на TLI. Модернизированная версия 1B должна отправить 43 тонны. Вы можете спросить, как более мощная ракета может доставить на Луну только половину полезной нагрузки Сатурна V? Ну, эта промежуточная ступень не совсем подходит для такой ракеты. Как ни странно, даже с Block 1B и его четырьмя двигателями RL-10, приводящими в действие верхнюю ступень, SLS может отправить только 43 тонны на TLI. По-прежнему не доходит до того, на что способен Сатурн V. Что, честно говоря, все еще сбивает меня с толку.

И Starship немного сбивает с толку. Сам по себе Starship не может выполнить TLI. Его массивная 120-тонная сухая масса не позволяет ему покинуть НОО. Перетащить весь этот мертвый груз на Луну без дозаправки не получится. Заправка — это 100% план для Starship. Но об этом мы поговорим когда-ниюудб позже. Здесь же будет рассказано, следует ли использовать в Starship дозаправку.

Повторное использование по какой цене?

Сейчас я покажу, какие из этих транспортных средств являются одноразовыми, частично многоразовыми и полностью многоразовыми. Здесь мы собираемся наткунться на большой подводный камень, так что держитесь. Мы поговорим о цене, и говорить об этом непросто. Вы поймете почему через мгновение. Я скорректировал все числа, которые вы увидите, в долларах США 2020 года.

Начнем с того, что я буду называть ценой. Это цена, по которой вы могли бы предположительно купить запуск. На данный момент мы как бы игнорируем затраты на разработку и только то, какой счет будет за запуск указанной ракеты. Но мы поговорим о стоимости разработки в следующей статье. А пока просто храните их. Мы также собираемся пока рассматривать только ракеты, а не космические корабли, подобные Аполлону или Ориону.

Цена

Начнем с Falcon Heavy с ценой около 90 миллионов долларов. Saturn V стоил около 1,2 миллиарда долларов за запуск. SLS Block 1 и его более поздняя версия Block 1B будут стоить 875 миллионов долларов после стабилизации производства. Остается Starship. Что ж, Илон утверждает, что они могут быть запущены за 2 миллиона долларов. Предположим, они могут заработать 2 миллиона долларов, но какое-то время они будут разумными и будут брать 100 миллионов долларов, пока рынок не догонит их. Так что давайте просто добавим 100 миллионов долларов в качестве цены наихудшего сценария.

Теперь, используя эти числа, мы можем получить базовое соотношение доллара к килограмму. Поскольку мы говорим о Луне, давайте посмотрим, сколько стоит отправить 1 кг для каждой из этих ракет на Луну.

Falcon Heavy может доставить килограмм на Луну примерно за 10 000 долларов как в многоразовом, так и в одноразовом режиме. Saturn V стоит около 25 600 долларов за кг. Лучший сценарий SLS для Block 1 после стабилизации производства составляет около 31 500 долларов за кг. Для Block 1B это выглядит значительно лучше, примерно по 20 000 долларов за кг. Starship при единственном запуске на 100 миллионов долларов не может осилить TLI. Следовательно, для выполнения такого потребуется два дополнительных запуска дозаправки Starship. Это будет стоить 300 миллионов долларов. Заправленный топливом, он может отправить на Луну 156-тонный груз. Таким образом, стоимость килограмма Starship в конечном итоге составит около 2000 долларов. Вы не могли не заметить, мы намеренно забиваем Starship. Это на всякий случай, если цена за запуск слишком оптимистична. Это по-прежнему самая экономичная вещь на графике.

Эти предварительные затраты основаны на множестве предположений. Например, они не учитывают затраты на разработку. Нам еще предстоит многое покрыть по бюджету и стоимости. А пока просто удалите эту тему. Мы рассмотрим все камни в следующей статье, посвященной затратам.

Заключение

Как мы тут оказались? Как получилось, что у нас одновременно разрабатывают две разные сверхтяжелые ракеты?

Думаю, история говорит сама за себя. Когда NASA начало работать над SLS, мысль о такой ракете, как Starship, была бы совершенно нелепой. Даже сегодня многие люди думают, что это безумие и может потерпеть неудачу. Starship «невозможен» пока он не начнет внезапно летать. А потом внезапно меняется буквально все.

Вы бы поверили, шеф?

NASA работает над SLS и Orion почти десять лет. Если бы SpaceX обратилась к NASA с предложением Starship в 2011 году, это было бы аналогично попытке продать фермеру в 1870 году управляемый GPS, 9,0-литровый турбодизельный четырехгусеничный трактор 8RX 410 John Deere. Когда все, что они искали, это плуг для своей лошади. Они просто не поверили бы вам, если бы вы упомянули трактор.

NASA столько раз выбивали стул из-под них. Было так много программ, что они запустили в тупик. В середине этих программ они претерпят изменения в приоритетах миссии, персонале и руководстве. Они повторили это несколько раз, прежде чем программа действительно заработала.

Они сделали то, что должны были для SLS. NASA пошло по разумному пути, опираясь на существующие технологии, партнеров и схемы финансирования программ. Все это для создания ракеты, способной работать в дальнем космосе, которую политики не отменят. Все это для восстановления способности, которую они потеряли почти 50 лет назад.

Потому что я думаю, что это самый большой шок. Это не Starship. Человечество ждало приближающегося звездолета. Starship — логичное ответвление, если кто-то хочет сократить расходы на космические полеты. Откровенно говоря, есть смысл производить полностью многоразовую ракету. Все хотят этого! Никто не думает, что это ужасная идея. Мало кто из инженеров или менеджеров думает, что этого никогда не произойдет.

50 способов расстаться с любовником

Я думаю, что самым большим сюрпризом является то, что на создание еще одной ракеты с возможностями Saturn V ушло 50 лет. Со времени миссии «Аполлон-17» 1972 года никто из людей не покинул НОО. Если бы вы сказали это Джину Сернану, последнему астронавту, побывавшему на Луне, он бы не поверил. Услышав эту новость, он мог вытащить Базза Олдрина и ударить вас прямо по лицу.

С тех пор ракетная техника выросла в своих возможностях. Теперь это достижимо не для стран, а для горстки блестящих и отважных корпораций. Эти предприятия могли бы переосмыслить все, что связано с ракетами и космическими путешествиями. Они могли открыть коммерческие возможности и возможности, которых раньше просто не было.

Марс или бюст!

Я знаю, что цель жизни Илона — добраться до Марса. Но тем временем он полностью изменит доступ человечества к космосу к лучшему. Чтобы попасть на Марс, вам понадобится многоразовая ракета с большими возможностями. Это безумное предположение приведет к сдвигу в экономике космических полетов на несколько порядков.

Причина, по которой мы перестали летать на Луну, заключалась в том, что это было слишком дорого. Соединенные Штаты измерили свои «гениталии» времен холодной войны против Советского Союза с помощью проекта «Аполлон». Это был неэффективный способ исследования Луны.

Говоря об устойчивых способах исследования Луны, это именно то, что мы исследуем в следующей статье. Случайно мы его уже исследовали и написали. Подождите, и мы ответим: «Следует ли NASA просто отменить SLS и использовать Starship и другие коммерческие ракеты?» Посмотрим, является ли Артемида шагом в правильном направлении или нет.

На мой взгляд, «оранжевой ракеты пока хватит». Блестящая ракета скоро станет невероятной. Мы, всего лишь можем отметить тот факт, что даже живем во времена, когда две сверхтяжелые ракеты начнут летать примерно в одно и то же время!

Источники:

Гарри Лайлс о SLS в 2011 году

Варианты SLS C0-Manifest от НАСА

Руководство пользователя SLS Payload, НАСА

Расчет характеристик расходных материалов FH TLI, расчет посадки 3-х дрон-корабля

Отчет OIG по SLS / Orion

Информационный бюллетень SLS с источниками ICPS и EUS

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

36
Войдите, чтобы видеть ещё 47 комментариев, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Экономный Дмитрий Олегович
Вечность назад

Сумбурная статья. Тем не менее ясно одно - учёные, делавшие ракеты, проиграли инженерам, делающим ракеты. НАСА - научная организация, поэтому и подход у них к ракетостроению соответственно был "научный". Теоретические построения занимали слишком много места в их методах конструирования и строительства ракет. Поэтому и превращалось всё в долголетнее строительство "египетских пирамид". Учёным надо заниматься наукой, а строить "железяки" для полётов в космос (как и автомобили, кстати) должны инженеры. Поэтому, когда Маск и прочие практики, стали строить ракеты, дело пошло намного быстрее.

Занимательная Лея С.
Вечность назад

Спасибо за перевод,

Весёлый Питер Снепбек
Вечность назад

Мне кажется что слс постигнет судьба Энергии

Показать скрытые комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
If you were unable to log in, try this link.