Тем временем летает уже третье поколение Starship от SpaceX. Первое поколение должно было выводить на земную орбиту 150 тонн полезной нагрузки. Но единственный полет с полезной нагрузкой доставил лишь плюшевый банан в Индийский океан.
Увеличенное второе поколение анонсировалось с полезной нагрузкой 100 тонн, часто взрывалось, ни разу не вышло на орбиту, но однажды долетело с восемью макетами спутников до Индийского океана. Сегодня SpaceX пишет, что первое поколение имело 15 тонн полезной нагрузки, а второе — 35 тонн. Третье поколение? Оно должно иметь 100 тонн полезной нагрузки.
Это не ошибки. В этом есть система. Человечество занимается активной космонавтикой уже почти 70 лет. Основополагающая для этого математика — уравнение ракетного движения — была выведена в 1903 году из простой физики. В том же году, когда поднялись в воздух первые самолеты, главные вопросы о полетах в космос уже были решены. Тот, кто хочет узнать полезную нагрузку Starship, по крайней мере в определенных пределах, должен рассчитать ее самостоятельно. Потому что на данные SpaceX о полезной нагрузке уже давно нельзя полагаться.
Falcon 9 была образцовой
Расчеты ясно показывают, что SpaceX в 2020-х годах не имеет ничего общего с компанией, которая когда-то произвела революцию в космонавтике с помощью Falcon 9. Основанная в 2002 году компания SpaceX с 2010 года демонстрирует на примере Falcon 9, на что способны хорошо сконструированные ракеты даже с очень простой двигательной техникой, и что они теряют лишь немного в производительности при многоразовом использовании первой ступени.
Это образцовая ракета, которая демонстрирует, что возможно, когда инженеры могут всерьез воспринимать основы ракетостроения — вместо того, чтобы, как в случае с Ariane 6, SLS и Space Shuttle, следовать указаниям некомпетентных правительственных чиновников или высшего руководства. Критически важным для Falcon 9 было прежде всего соблюдение оптимального соотношения ступеней в соответствии с уравнением ракетного движения (откроется в новом окне), от которого Starship теперь далеко ушел.
Над Starship активно работали с 2016 года. Новый двигатель Raptor был представлен, и это высокие технологии: легкий, мощный и эффективный. Он должен быть быстрее и лучше в плане повторного использования, чем Merlin 1D, и с 2019 года он летает по крайней мере с прототипами ракетных ступеней нового Starship.
Starship объективно действительно плох
В последнем полете на борту Starship было 20 спутников, на два меньше, чем 37,5 тонн полезной нагрузки в предыдущем полете. Он был разогнан относительно стартовой площадки до 26 500 км/ч и не достиг орбиты — для этого не хватило 500 км/ч. Если бы Starship летел не прямо по направлению вращения Земли, а так, как миссия Starlink днем ранее, ему потребовалась бы скорость 28 500 км/ч, почти на 100 км больше высота полета и дополнительное ускорение поперек направления полета для компенсации вращения Земли. Для этого не хватило более 40 тонн топлива.
Даже Space Shuttle с полезной нагрузкой 27,5 тонн при стартовой массе всего 2000 тонн имел почти вдвое большую полезную нагрузку, чем примерно втрое более тяжелый при старте Starship — и при этом он выводил на орбиту семерых астронавтов со всеми системами жизнеобеспечения. Starship, совершенно объективно, действительно плох. Вопрос: почему?
SpaceX должна знать о проблеме уже много лет
Внутри SpaceX уже в 2020 году должно было быть очевидно и легко рассчитываемо, что Starship дает меньше, чем показывали презентации. Сегодня для всех должно быть очевидно, что что-то пошло серьезно не так, когда ракета с более чем десятикратной стартовой массой Falcon 9 и сильно улучшенными высокотехнологичными двигателями перевозит в лучшем случае вдвое большую полезную нагрузку, чем ее маленький предшественник.
Для SpaceX, исходя из опыта с прототипами, вес всех компонентов Starship, размеры топливных баков и характеристики двигателей были известны с небольшими погрешностями. Цифры со стороны можно только оценить, но все же разумно ограничить. Расчет возможной полезной нагрузки и понимание проблем — это уже просто ракетостроение, которое с 1903 года можно рассчитать с помощью таблиц логарифмов и логарифмической линейки. Я рекомендую калькулятор и блокнот.
Далее следует объяснение уравнения ракетного движения, основы всего ракетостроения, а затем описание вытекающих из него пределов производительности Starship и Super Heavy на основе известных цифр и наблюдений. Они покажут, что у Starship большая проблема с весом.
Затем на основе этих знаний будет показано, что, тем не менее, более 100 тонн полезной нагрузки возможны с той же конструкторской техникой Starship от SpaceX, с полным повторным использованием, меньшими усилиями и меньшими затратами.