Сверхтяжёлая ракета-носитель Starship

Starship — это сверхтяжёлая ракета-носитель многоразового использования, разрабатываемая американской компанией SpaceX (основатель — Илон Маск). Система состоит из двух ступеней: первой ступени (ускорителя) Super Heavy и второй ступени (космического корабля) Starship, который также выполняет функцию полезной нагрузки. Starship позиционируется как самая мощная ракета-носитель в истории человечества по тяге и грузоподъёмности, предназначенная для доставки людей и грузов на низкую околоземную орбиту (НОО), Луну, Марс и другие тела Солнечной системы. Проект находится на стадии лётных испытаний, которые начались в 2023 году.

История создания

Предпосылки и концепция

Идея создания сверхтяжёлой ракеты-носителя многоразового использования возникла у Илона Маска в начале 2010-х годов в рамках амбициозной цели колонизации Марса. Первоначально проект назывался Mars Colonial Transporter (MCT), затем — Interplanetary Transport System (ITS). В 2016 году на Международном конгрессе астронавтики в Гвадалахаре Маск представил концепцию ITS — ракету диаметром 12 метров, высотой 122 метра, с полезной нагрузкой до 450 тонн на НОО. Однако из-за технической сложности и высокой стоимости проект был переработан в более компактную систему, получившую название BFR (Big Falcon Rocket). В 2018 году SpaceX официально объявила о переименовании BFR в Starship.

Разработка и прототипы

С 2019 года SpaceX начала строительство и испытания прототипов второй ступени (Starship) на объекте в Бока-Чика, штат Техас. Первые прототипы, такие как Starhopper, были предназначены для отработки технологии вертикального взлёта и посадки с использованием двигателей Raptor. Starhopper совершил несколько прыжков на высоту до 150 метров в 2019 году. Последующие прототипы серий SN (Serial Number) — SN5, SN6, SN8, SN9, SN10, SN11, SN15 — испытывались на более высокие высоты (до 10 км) и посадку. После нескольких аварийных приземлений (SN8, SN9, SN10, SN11) прототип SN15 в мае 2021 года успешно совершил первую полностью управляемую посадку с высоты 10 км.

Первые орбитальные испытания

В 2021–2022 годах SpaceX начала строительство первой ступени Super Heavy (прототип B4) и второй ступени Starship (прототип S20) для первого орбитального полёта. 20 апреля 2023 года состоялся первый полностью интегрированный запуск Starship (S24) с Super Heavy (B7) с площадки Starbase в Техасе. Ракета оторвалась от земли, но через несколько минут после старта произошла нештатная ситуация, приведшая к разрушению системы на высоте около 39 км. SpaceX признала запуск частично успешным, так как были получены данные для дальнейших доработок. Второй орбитальный запуск состоялся 18 ноября 2023 года: обе ступени успешно отделились, но Super Heavy взорвалась при попытке посадки, а Starship достиг высоты около 150 км, но был потерян при входе в атмосферу. Третий запуск (14 марта 2024 года) продемонстрировал значительный прогресс: Starship достиг суборбитальной траектории, но сгорел при входе в атмосферу. Четвёртый запуск (6 июня 2024 года) стал первым, при котором обе ступени совершили управляемые посадки на воду (Super Heavy — в Мексиканском заливе, Starship — в Индийском океане), хотя обе получили повреждения.

Конструкция и характеристики

Общие параметры

Starship представляет собой двухступенчатую ракету-носитель с последовательным расположением ступеней. Общая высота системы составляет около 121 метра, диаметр — 9 метров. Сухая масса (без топлива) оценивается в 100–150 тонн для каждой ступени. Стартовая масса — около 5000 тонн. Ракета способна выводить на НОО до 100–150 тонн полезной нагрузки в многоразовом варианте и до 250 тонн в одноразовом. Для лунных и марсианских миссий требуется дозаправка на орбите.

Первая ступень Super Heavy

Super Heavy — это ускоритель высотой около 71 метра, оснащённый 33 жидкостными ракетными двигателями Raptor 2, работающими на метане и жидком кислороде (LOX). Двигатели расположены в конфигурации: 20 внешних с фиксированным соплом и 13 внутренних с возможностью отклонения для управления вектором тяги. Суммарная тяга на уровне моря составляет около 7400 тонн (74 МН), что делает Super Heavy самой мощной ступенью в истории. После отделения Super Heavy возвращается на Землю для вертикальной посадки на плавучую платформу или стартовую площадку. Для посадки используются 13 двигателей, из которых 3 задействуются для торможения.

Вторая ступень Starship

Вторая ступень Starship имеет высоту около 50 метров и оснащена 6 двигателями Raptor 2 (3 — для работы в вакууме с увеличенным соплом, 3 — для работы на уровне моря). Она выполняет функции как космического корабля, так и полезной нагрузки. Корабль способен нести до 100 пассажиров в конфигурации для межпланетных перелётов. Для посадки на поверхность других небесных тел (Луна, Марс) используется торможение двигателями и вертикальное приземление. В атмосфере Земли Starship может совершать посадку с помощью двигателей и теплозащитного экрана. Корабль оснащён теплозащитными плитками из композитного материала, выдерживающими температуры до 1500 °C.

Система дозаправки

Ключевой особенностью Starship является возможность дозаправки на орбите. Для этого разрабатывается специализированный танкерный вариант Starship, который будет доставлять топливо (метан и жидкий кислород) на орбиту и перекачивать его в другой корабль. Это необходимо для миссий на Луну и Марс, где требуется дополнительное топливо для торможения и посадки. Дозаправка планируется осуществляться через стыковочный узел и систему перекачки под давлением.

Двигатели Raptor

Тип и характеристики

Raptor — это жидкостный ракетный двигатель полного цикла сгорания, работающий на метане (CH4) и жидком кислороде (LOX). Он является первым в мире двигателем такого типа, используемым в серийном производстве. Raptor 2 (текущая версия) развивает тягу около 230 тонн (2,3 МН) на уровне моря и 250 тонн (2,5 МН) в вакууме. Удельный импульс — около 350 секунд на уровне моря и 380 секунд в вакууме. Двигатель имеет высокую степень расширения сопла и работает при давлении в камере сгорания до 350 атмосфер.

Преимущества метанового топлива

Выбор метана в качестве горючего обусловлен несколькими факторами: метан можно производить на Марсе из местных ресурсов (атмосферный CO2 и водяной лёд) с помощью реакции Сабатье; метан обеспечивает более высокий удельный импульс по сравнению с керосином; он не образует сажи, что упрощает многоразовое использование двигателей. Недостатком является низкая температура кипения метана (−161 °C), что требует сложной криогенной системы хранения.

Программа испытаний

Лётные испытания

На 2025 год проведено 5 интегрированных запусков Starship (апрель 2023, ноябрь 2023, март 2024, июнь 2024, октябрь 2024). Каждый запуск приводил к улучшению характеристик: от разрушения на старте до успешной посадки обеих ступеней на воду. SpaceX использует итеративный подход, при котором каждый полёт служит для сбора данных и быстрого внесения изменений в конструкцию. Пятый запуск (13 октября 2024) стал историческим: Super Heavy впервые совершил успешную посадку на стартовую башню Starbase с помощью механических «рук» (система захвата Mechazilla), а Starship приводнился в Индийском океане.

Наземные испытания

Помимо лётных тестов, SpaceX проводит статические огневые испытания двигателей на стендах в Бока-Чика и Макгрегоре (Техас). Прототипы проходят проверки на герметичность, криогенную стойкость и вибрационные нагрузки. Для отработки системы теплозащиты используются аэродинамические трубы и плазменные установки.

Применение и миссии

Лунная программа Artemis

NASA выбрало Starship в качестве лунного посадочного модуля для программы Artemis (Human Landing System, HLS). В 2021 году SpaceX получила контракт на сумму 2,9 миллиарда долларов на разработку лунной версии Starship, которая будет доставлять астронавтов с орбитального шлюза Gateway на поверхность Луны и обратно. Лунный Starship не имеет теплозащиты и крыльев, так как не предназначен для входа в атмосферу Земли. Первая пилотируемая посадка на Луну с использованием Starship запланирована на 2025–2026 годы (миссия Artemis III).

Марсианская программа

Основной долгосрочной целью Starship является колонизация Марса. Планируется, что флот из нескольких Starship доставит на Марс первые поселения, оборудование для добычи ресурсов и топлива. Маск оценивает, что для создания самодостаточной колонии потребуется около 1 миллиона тонн грузов и 100 000 человек. Первые беспилотные миссии на Марс ожидаются в конце 2020-х годов, пилотируемые — в 2030-х.

Коммерческие и научные миссии

Starship может использоваться для вывода на орбиту крупных спутников, космических телескопов (например, аналогов Hubble или James Webb), модулей космических станций, а также для туристических полётов вокруг Луны (проект DearMoon, отменён в 2024 году). SpaceX также рассматривает возможность использования Starship для быстрой доставки грузов на Земле (концепция «point-to-point»).

Критика и проблемы

Технические риски

Проект Starship подвергается критике за высокую степень технического риска. Многоразовость обеих ступеней требует безупречной работы теплозащиты, системы посадки и двигателей. На испытаниях выявлены проблемы с отрывом теплозащитных плиток, нестабильностью двигателей Raptor (особенно при запуске в вакууме) и сложностью системы дозаправки на орбите. Эксперты отмечают, что Starship ещё не совершил ни одного полностью успешного орбитального полёта с возвратом обеих ступеней.

Экологические и регуляторные вопросы

Запуски Starship вызывают обеспокоенность из-за шумового загрязнения, выбросов CO2 и метана, а также возможного загрязнения окружающей среды в районе стартовой площадки Starbase (Бока-Чика). Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) неоднократно приостанавливало лицензии SpaceX из-за нарушений условий безопасности. В 2024 году FAA потребовало от SpaceX провести дополнительную экологическую экспертизу перед увеличением частоты запусков.

Экономическая эффективность

Скептики сомневаются в экономической целесообразности Starship. Стоимость одного запуска оценивается в 10–50 миллионов долларов (в зависимости от конфигурации), но для окупаемости требуется высокая частота полётов (до 100 в год). SpaceX пока не продемонстрировала возможность быстрого повторного использования ступеней. Кроме того, разработка лунного варианта HLS обошлась NASA в 2,9 миллиарда долларов, что превышает бюджет многих альтернативных проектов.

Источники

• SpaceX. Starship User Guide. 2020.
• Musk, Elon. Making Humans a Multi-Planetary Species. 2016.
• NASA. Artemis III Human Landing System Source Selection Statement. 2021.
• Federal Aviation Administration (FAA). Environmental Assessment for SpaceX Starship/Super Heavy. 2022.
• Berger, Eric. Liftoff: The Story of SpaceX. 2021.
• SpaceX. Starship Flight Test Reports (2023–2024).
• SpaceNews. Starship Development Updates. 2023–2024.