Grasshopper

Grasshopper — это серия экспериментальных одноступенчатых многоразовых ракет-носителей, разрабатывавшаяся американской компанией SpaceX (частная компания) в 2011—2013 годах в рамках программы по созданию технологии вертикальной посадки первой ступени ракеты. Основной целью проекта была отработка алгоритмов и систем управления для точного приземления ракетного ускорителя после отделения, что впоследствии легло в основу многоразовой системы Falcon 9.

История создания

Идея многоразового использования первых ступеней ракет-носителей существовала с начала космической эры, однако технические сложности и высокая стоимость разработки долгое время делали её нереализованной. В 2011 году SpaceX начала проект Grasshopper как часть внутренней программы по созданию полностью или частично многоразовой ракеты. Руководство компании, в частности Илон Маск, рассматривало многоразовость как ключевой фактор для снижения стоимости космических запусков.

Первые испытания начались в сентябре 2012 года на испытательном полигоне компании в Макгрегоре, штат Техас. Прототип представлял собой усечённую версию первой ступени ракеты Falcon 9 v1.0 с одним двигателем Merlin 1D, установленным на посадочных опорах. Конструкция была намеренно упрощена: отсутствовали межступенчатый отсек, вторая ступень и головной обтекатель.

Конструкция и характеристики

Grasshopper имел высоту около 32 метров (с учётом посадочных опор — до 36 метров) и диаметр 3,7 метра, что соответствовало габаритам первой ступени Falcon 9. Сухая масса прототипа составляла приблизительно 20 тонн, заправленная — около 40 тонн. В качестве топлива использовались жидкий кислород (окислитель) и керосин RP-1.

Основные элементы конструкции:

• Двигатель: один жидкостный ракетный двигатель Merlin 1D, способный развивать тягу до 68 тонн-сил (667 кН) на уровне моря. Двигатель имел возможность дросселирования (снижения тяги) для точного управления при посадке.
• Система управления: использовалась инерциальная навигационная система (ИНС) в сочетании с GPS-приёмником и лазерным высотомером. Управление осуществлялось за счёт отклонения двигателя в карданном подвесе (до 10 градусов от вертикали) и системы газовых рулей.
• Посадочные опоры: четыре выдвижные опоры, приводимые в действие пневматикой, для амортизации приземления. В полёте они складывались вдоль корпуса.
• Каркас: алюминиево-литиевый сплав, аналогичный используемому в Falcon 9.

Испытания и результаты

Программа испытаний Grasshopper включала серию последовательных полётов с постепенным увеличением высоты и сложности манёвров. Всего было выполнено 8 тестовых запусков:

Во всех испытаниях прототип успешно выполнял взлёт, зависание, боковое смещение и точное приземление в заданную точку. Максимальная достигнутая высота — 744 метра, максимальное боковое смещение — 100 метров.

Значение для программы многоразовости

Проект Grasshopper стал критически важным этапом в разработке технологии многоразового использования ракет. Полученные данные позволили SpaceX:

• Отработать алгоритмы управления для точного приземления ступени в условиях реального полёта.
• Проверить работу двигателя Merlin 1D в режиме многократного включения и дросселирования.
• Разработать систему амортизации и стабилизации при посадке.
• Снизить риски для более сложных испытаний на ракете Falcon 9.

После завершения программы Grasshopper компания перешла к следующему этапу — испытаниям на реальных ступенях Falcon 9, которые начались в 2013 году с использованием прототипов F9R Dev1 и F9R Dev2 (также известных как Grasshopper 2). Эти прототипы были полноразмерными ступенями с девятью двигателями и могли подниматься на высоту до 100 км. Однако в ходе испытаний в августе 2014 года один из прототипов (F9R Dev1) взорвался из-за отказа системы управления, что привело к приостановке программы до 2015 года.

Критика и альтернативные подходы

Проект Grasshopper подвергался критике со стороны некоторых специалистов, которые считали, что одноступенчатая схема с вертикальной посадкой неэффективна с точки зрения массовой отдачи. В частности, отмечалось, что дополнительное топливо, необходимое для посадки, снижает полезную нагрузку ракеты. Тем не менее, последующие успешные посадки ступеней Falcon 9 (начиная с декабря 2015 года) доказали работоспособность концепции.

Альтернативные подходы к многоразовости включали:

• Парашютные системы (например, использовавшиеся на Space Shuttle для твердотопливных ускорителей, но не для основных двигателей).
• Крылатые возвращаемые ступени (проекты «Энергия-Буран» в СССР, X-33 в США).
• Одноступенчатые орбитальные аппараты (SSTO), которые так и не были реализованы из-за технических ограничений.

Наследие

Хотя сам Grasshopper не выходил в космос и не выводил полезную нагрузку, его роль в истории космонавтики значительна. Он стал первым в мире прототипом многоразовой ракеты, успешно выполнившим вертикальную посадку после управляемого полёта. Технологии, отработанные на Grasshopper, легли в основу многоразовой системы Falcon 9, а затем и Falcon Heavy.

В 2020-х годах концепция многоразовых ракет с вертикальной посадкой была принята другими компаниями, включая Blue Origin (ракета New Shepard) и китайскую iSpace. В России аналогичные разработки ведутся в рамках проекта «Амур-СПГ» (многоразовая метановая ракета), но на 2025 год они находятся на стадии проектирования.

Интересные факты

• Название «Grasshopper» (с англ. — «кузнечик») было выбрано из-за характерного «прыгающего» режима полёта прототипа.
• Все испытания проводились с использованием одного и того же экземпляра, который не был повреждён ни в одном из полётов.
• После завершения программы прототип был разобран, и его компоненты использовались для других проектов SpaceX.
• Максимальная скорость, достигнутая Grasshopper во время полёта на 744 метра, составила около 160 км/ч.
• Программа обошлась компании в несколько десятков миллионов долларов, что значительно меньше затрат на аналогичные государственные проекты.

Источники

• SpaceX. «Grasshopper Test Flight» (пресс-релизы 2012—2013 гг.)
• Книга Эрика Бергера «Liftoff: The Story of Elon Musk and SpaceX» (2021)
• Статья «SpaceX’s Grasshopper rocket flies sideways successfully» в журнале «New Scientist» (2013)
• Технические отчёты SpaceX по программе многоразовости (2014)
• Материалы конференции International Astronautical Congress (2013, 2014)