«X» значит место посадки: Falcon 9 садится на плавающую платформу

14 сентября, SpaceX заключила 2 очередных контракта на запуски своих ракет Falcon 9 и Falcon Heavy в 2017-18 годах. Давайте вспомним, как прошлой весной компания пыталась совершить революцию в современной космонавтике — мягко посадить первую ступень Falcon 9.

X98UyH2dTcY

Изображение vk.com/elonmusk

15 апреля 2015 после выведения космического грузовика Dragon в SpaceX попытались посадить первую ступень ракеты Falcon 9 на водную платформу, которую Илон Маск называет кораблем «Просто прочти инструкции» (Just Read the Instructions). Нельзя назвать посадку полностью удавшейся — аппарат слишком сильно накренился в последние секунды полета.  

einrTtn

Итак, SpaceX успешно вывела Dragon на орбиту. Тем временем первая ступень ракеты уже возвращалась в атмосферу. Предполагалось использовать двигатель с управляемым вектором тяги для снижения скорости, а также решетчатые рули для направления аппарата. Процесс посадки должен был состоять из следующих шагов:

  • Запуск двухступенчатой ракеты Falcon 9 со стартовой площадки. Двигатели ракеты включаются и она отрывается от Земли, набирая высоту и скорость;
  • Прекращение работы всех девяти двигателей первой ступени и её отделение;
  • Разворот первой ступени и повторное включение двигателей для гашения скорости. У ступени есть своя система управления и наведения, которая ориентирует ракету в направлении корабля-космодрома. Аппарат движется со скоростью примерно 4800 километров в час;
  • Двигатель вновь включается. Ступень принимает полностью вертикальное положение. Раскрываются четыре решётчатых руля, чтобы в дальнейшем управлять полётом ракеты. Скорость падает до примерно 900 километров в час;
  • Последнее включение двигателей при посадке на корабль «Просто прочти инструкции». Ступень замедляется до примерно 8 километров в час. Раскрываются четыре опоры из алюминия и углеродного волокна;
  • Посадка на плавучую площадку. Обслуживающий персонал, находящийся в километрах от корабля, достигает его, затем фиксирует аппарат на поверхности и ликвидирует любые остатки компонентов топлива.

Материал SpaceX, опубликованный еще до запуска: 8dbc4397740ec7e5a734e9c3a8068334

«Невероятно сложно вернуть хоть что-нибудь из космоса, а вернуть Falcon представляется еще более сложным. Необходимо стабилизировать объект высотой с 14-и этажный дом, несущийся со скоростью до 1300 м/с, а это все равно что балансировать во время шторма с резиновой метлой на ладони.

Чтобы стабилизировать первую ступень, а также уменьшить ее скорость, SpaceX устраивает 3 серии включения двигателя. Первый выравнивает ракету, второй, следующий сразу за первым, благодаря сверхзвуковой обратной силовой тяге и сопротивлению атмосферы позволяет сбросить скорость ступени с 1300 м/с до 250 м/с. Последнее включение — посадочное. Одновременно с ним развертываются посадочные распорки, а скорость аппарата падает до 2 м/с.

Задача продолжает усложняться: посадочное место ограничено по площади и вовсе не стабильно. Автономный плавающий космодром имеет размеры 100 на 33 метра, с крыльями, увеличивающими его ширину до 60 метров. Даже если Вам кажется, что размеры большие, то это совсем не так для первой ступени Falcon 9. Размах распорок — 25 метров, а так как ракета спускается на гигантском двигателе и не стабилизирована, попасть ею в маленькую точку — задача очень трудновыполнимая. Раньше мы могли посадить ракету с точностью до 10 км, а сейчас пытаемся сделать это с аккуратностью до 10 м.

3db52d813e7d448fb100a7d39bfdf143

Важным нововведением являются 4 решетчатых стабилизатора, расположенных вокруг ракеты крестом Х. Они спрятаны на протяжении взлета и выдвигаются во время входа в атмосферу для контроля вектора тяги ступени. Каждый киль независимо выполняет тангаж, рыскание и крен. В совокупности с управляемым вектором тяги это позволит посадить Falcon 9 на плавучую платформу, а однажды и на землю».

Screenshot from 2015-11-05 17-41-33

SpaceX уже далеко не первый раз пыталась посадить первую ступень Falcon 9. Причины неудач разные: то не хватает жидкости в гидроприводе рулей, то из-за погоды не получается вывести корабль-платформу на воду и ракета приземляется в никуда.

Всему этому предшествовали многочисленные пробные запуски. Для тестирования решетчатых направляющих была специально создана ракета Grasshoper высотой с 9-этажный дом. Во время тестов ракета успешно поднималась на высоту до 744 метров и также успешно возвращалась на Землю.

Невероятно важно внедрить в космонавтику использование многоразовых ракет-носителей. Это в буквальном смысле сделает нас ближе к звездам. В завершение  снова приведем выдержку с сайта SpaceX:

«Ракета с возможностью оперативного и полного восстановления, которое никто и никогда еще не осуществлял,  необходима в качестве настоящего перелома в космической индустрии. Это позволило бы значительно снизить стоимость полетов и сделать космос доступнее. Пока другие производители делают ракеты, сгорающие в атмосфере, SpaceX создает аппараты, которые не только выдерживают спуск, но и могут быть запущены снова. На следующий год у SpaceX запланировано не менее дюжины запусков с различными тестами. Оценивая наши сегодняшние возможности, мы надеемся однажды не только успешно посадить Falcon 9, но и запустить ее вновь».

Перевод и статья — Илья Андреев.

При подготовке материала использованы материалы паблика Elon Musk