Первая ступень Super Heavy

Первая ступень Super Heavy — это нижняя, самая мощная ступень сверхтяжёлой ракеты-носителя Starship, разрабатываемой американской компанией SpaceX. Она предназначена для выведения космического корабля Starship на низкую околоземную орбиту и последующего возвращения на Землю для многократного использования. Ступень является крупнейшей и самой мощной из когда-либо созданных: её полная стартовая масса превышает 3600 тонн, а тяга двигателей — более 74 меганьютонов (7,5 млн кгс), что почти вдвое больше, чем у ракеты Saturn V программы «Аполлон».

История создания

Разработка первой ступени Super Heavy началась в рамках программы Starship, анонсированной SpaceX в 2016 году. Первоначально предполагалось, что ракета будет иметь диаметр 12 метров, но в 2019 году проект был пересмотрен в сторону увеличения до 9 метров, что позволило унифицировать производство с кораблём Starship. Первый прототип, получивший обозначение BN1 (Booster Number 1), был собран в 2021 году, но не прошёл испытаний. В последующие годы компания изготовила несколько прототипов, каждый из которых вносил изменения в конструкцию.

Первый орбитальный испытательный полёт состоялся 20 апреля 2023 года. Во время запуска ступень Super Heavy (прототип B7) успешно отработала разделение с кораблём, но через несколько минут после старта разрушилась в результате нештатной ситуации. Второй полёт (18 ноября 2023 года) также завершился аварией: ступень взорвалась вскоре после разделения. Третий испытательный полёт (14 марта 2024 года) продемонстрировал частичный успех: ступень выполнила манёвр возвращения, но разрушилась при входе в атмосферу. Четвёртый полёт (6 июня 2024 года) стал первым, когда ступень Super Heavy успешно совершила мягкую посадку на воду в Мексиканском заливе. Пятый полёт (13 октября 2024 года) ознаменовался первым в истории успешным захватом ступени башней обслуживания (механическими «руками» — «палочками для еды») на стартовой площадке Starbase в Техасе.

Конструкция

Корпус и топливные баки

Первая ступень Super Heavy представляет собой цилиндрическую конструкцию из нержавеющей стали толщиной от 3 до 4 мм. Высота ступени — около 71 метра, диаметр — 9 метров. Корпус состоит из нескольких секций, соединённых сваркой. Внутри размещены два основных бака: нижний — для жидкого кислорода (окислителя), верхний — для жидкого метана (горючего). Общий объём топлива — около 3400 тонн. Баки не имеют внутренних перегородок: топливо удерживается за счёт давления наддува и перегородок, разделяющих компоненты.

Двигательная установка

Ступень оснащается 33 жидкостными ракетными двигателями Raptor 2, работающими на топливной паре «жидкий метан — жидкий кислород». Двигатели расположены в два кольца: 20 во внешнем кольце и 13 во внутреннем. Внешние двигатели имеют возможность отклонения (карданного подвеса) для управления вектором тяги. Суммарная тяга на уровне моря — около 74,4 МН (7,59 млн кгс), что делает Super Heavy самой мощной ракетной ступенью в истории. Удельный импульс двигателей Raptor 2 на уровне моря составляет около 327 секунд.

Система управления

Управление полётом осуществляется за счёт отклонения двигателей (карданного подвеса) и системы газодинамических рулей. Для стабилизации при входе в атмосферу используются четыре решётчатых руля (аэродинамические поверхности), расположенные крестообразно в нижней части ступени. Они выполнены из нержавеющей стали и способны выдерживать высокие температуры.

Система возвращения и посадки

Super Heavy спроектирована для многократного использования. После разделения с кораблём ступень выполняет тормозной импульс, затем разворачивается и использует двигатели для снижения скорости. При входе в атмосферу решётчатые рули обеспечивают аэродинамическое торможение. Посадка осуществляется на стартовую площадку с помощью захвата башней обслуживания. Для этого на корпусе ступени установлены два посадочных штыря (пилона), которые зацепляются за механические «руки» башни. В случае невозможности посадки на площадку ступень может совершить мягкую посадку на воду.

Характеристики

Испытания и эксплуатация

По состоянию на начало 2025 года проведено 5 орбитальных испытательных полётов Starship, в каждом из которых участвовала первая ступень Super Heavy. Все полёты выполнялись с площадки Starbase в Бока-Чика (Техас, США). Результаты:

• Первый полёт (20 апреля 2023 г.) — ступень разрушилась через 3 минуты после старта из-за потери управления.
• Второй полёт (18 ноября 2023 г.) — ступень взорвалась после разделения из-за нештатной работы двигателей.
• Третий полёт (14 марта 2024 г.) — ступень выполнила манёвр возвращения, но разрушилась при входе в атмосферу.
• Четвёртый полёт (6 июня 2024 г.) — первая успешная мягкая посадка на воду.
• Пятый полёт (13 октября 2024 г.) — первый успешный захват башней обслуживания на стартовой площадке.

Планируется, что после завершения испытаний Super Heavy будет использоваться для выведения на орбиту спутников Starlink, доставки грузов на Луну и Марс, а также для пилотируемых миссий.

Критика и проблемы

Эксперты отмечают несколько технических проблем, связанных с первой ступенью Super Heavy:

• Высокая сложность повторного запуска. Для многократного использования ступени требуется быстрое восстановление двигателей и баков после посадки, что пока не продемонстрировано.
• Тепловая нагрузка при входе в атмосферу. Корпус из нержавеющей стали, хотя и обладает высокой термостойкостью, не имеет теплозащиты, что привело к разрушению ступени в третьем полёте.
• Экологические последствия. Запуски Super Heavy вызывают значительные выбросы углекислого газа и водяного пара, а также создают шумовое загрязнение. Кроме того, при авариях возможны выбросы несгоревшего метана.
• Безопасность. Крупные аварии ступени (особенно при возвращении) могут представлять угрозу для населённых пунктов, расположенных вблизи стартовой площадки.

Сравнение с другими ракетными ступенями

Super Heavy значительно превосходит по тяге и грузоподъёмности все существующие и ранее созданные ракетные ступени. Для сравнения:

• Saturn V (первая ступень S-IC) — тяга 34,5 МН (3,5 млн кгс), масса топлива ~2100 т.
• Space Shuttle (твердотопливные ускорители SRB + центральный блок) — суммарная тяга около 30 МН (3,1 млн кгс).
• Falcon 9 (первая ступень) — тяга 7,6 МН (0,77 млн кгс).
• Soyuz (первая ступень) — тяга 4,2 МН (0,43 млн кгс).

Таким образом, Super Heavy является первой ступенью, способной выводить на орбиту полезную нагрузку массой до 100–150 тонн в многоразовом режиме и до 250 тонн в одноразовом.

Источники

• SpaceX. «Starship Users Guide». 2020.
• SpaceX. «Starship Progress Update». 2023–2024.
• FAA. «Final Environmental Assessment for the SpaceX Starship Program». 2022.
• Berger, E. «Liftoff: Elon Musk and the Desperate Early Days That Launched SpaceX». 2021.
• Clark, S. «SpaceX’s Starship program: milestones and challenges». Spaceflight Now, 2024.