Суперкузнечик из нержавейки

ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР И ГЛАВНЫЙ КОНСТРУКТОР КОМПАНИИ SPACEX ИЛОН МАСК, СТОРОННИК ИДЕЙ МУЛЬТИПЛАНЕТАРНОГО ЧЕЛОВЕЧЕСТВА И КОЛОНИЗАЦИИ МАРСА, ПРИСТУПИЛ К СОЗДАНИЮ ЛЕТНОГО ДЕМОНСТРАТОРА КОСМИЧЕСКОГО КОРАБЛЯ БУДУЩЕГО. С ПОМОЩЬЮ НЕТРАДИЦИОННЫХ СРЕДСТВ – АВТОКРАНОВ И ЭЛЕКТРОСВАРКИ – ЕГО СТРОЯТ УДАРНЫМИ ТЕМПАМИ НА ПЛОЩАДКЕ БЛИЗ ТЕХАССКОЙ ДЕРЕВНИ БОКА-ЧИКА.

SpaceX и раньше делала демонстраторы для отработки новых технологий в полете. В 2012–2014 гг. на своем полигоне в Мак-Грегоре она провела 13 полетов ракет Grasshopper («Кузнечик») и F9R Dev1: в коротких «подскоках» высотой не более километра испытала технологию автоматической вертикальной реактивной посадки.

Официально новый демонстратор, отличающийся от прежних затейливой формой, размерами и материалом корпуса, служит для проверки двигателей и элементов конструкции. Он практически целиком склепан из тонких листов нержавейки и оснащен тремя новыми мощными двигателями Raptor («Хищник»). Форма и конструкция аппарата отражают изменения в концепции межпланетной транспортной системы ITS (Interplanetary Transport System), проектируемой SpaceX для доставки людей и грузов в целях создания в будущем самоподдерживающейся колонии на Марсе. Многоразовый сверхтяжелый носитель, впервые представленный Маском в 2016 г., состоял из сверхтяжелой первой ступени (ускорителя) BFR (Big Falcon Rocket) и второй ступени – космического корабля MCT (Martian Colonial Transport); при стартовой массе 10 500 т (три «Сатурна-5»!) он мог доставить на низкую околоземную орбиту от 300 т до 500 т полезного груза  – в зависимости от варианта исполнения. Через год публике презентовали обновленный транспорт гораздо более скромных масштабов.

СТАЛЬНОЙ ЗВЕЗДОЛЕТ

В сентябре 2018 г. Маск сообщил новые подробности системы, которая по общей компоновке и габаритам незначительно отличается от предыдущей итерации. Теперь первую ступень положено называть Super Heavy 

AISI 301 – прочный и одновременно пластичный материал с хорошей свариваемостью и коррозионной стойкостью – с успехом использовался для изготовления конструкции ракет Atlas – вплоть до предпоследнего варианта, который летал до февраля 2005 г.

«Супертяж»), а вторую  – Starship («Звездный корабль»). Последняя сменила облик и приобрела три несущие поверхности, выполняющие, помимо аэродинамических функций, роль посадочных опор. По внешнему виду ступень стала напоминать ракету на монументе покорителям космоса в Москве. В декабре 2018 г. публику слегка ошарашили сообщением: основным конструкционным материалом системы станет нержавеющая сталь AISI 301, а не углепластик, как в предыдущих вариантах. 24 декабря Маск опубликовал в твиттере фото двух элементов летного демонстратора (конической носовой секции и цилиндрического основания с тремя посадочными опорами), подписанное «Звездный корабль из нержавеющей стали» (Stainless Steel Starship). Отказ от углепластика объяснялся тем, что он сохраняет высокие характеристики лишь в узком диапазоне температур: армирующие элементы (углеродные волокна) всегда остаются прочными, но полимерная матрица (обычно  – эпоксидная смола) становится хрупкой при криогенных температурах или же «течет» при нагреве свыше 150°С. В обоих случаях композит теряет прочность. У  стали в комнатных условиях удельная прочность гораздо хуже, зато сохраняется при нагреве до 800°С и даже заметно растет при охлаждении до температуры жидкого кислорода, не теряя пластичности (значит можно не бояться развития микротрещин, что важно для многоразовой конструкции). Илон Маск считает, что для защиты углепластика, вероятно, придется применять дорогостоящие керамические плитки, а нержавейку, скорее всего, вообще не потребуется защищать: стальной корпус можно охлаждать, как ракетный двигатель, прокачивая жидкий метан под давлением между двумя слоями стали, соединенными силовыми ребрами. Попутно обеспечивается жесткость конструкции: такой «сэндвич» не сложится гармошкой при наземной эксплуатации, как это иногда случалось в первые годы эксплуатации носителей семейства Atlas. Разработчики предлагают перфорировать наружный слой обшивки системы огромным количеством микроскопических отверстий, через которые будет выдавливаться жидкий метан: испаряясь, он сможет еще сильнее охлаждать конструкцию. Корпус же «Звездного корабля» будет отполирован до зеркального блеска для отражения лучистого теплового потока при входе в атмосферу. Таким образом, нержавейка при температурах, характерных для баков, предназначенных для криогенных компонентов топлива (в данном случае для жидкого кислорода и жидкого метана), способна обеспечить снижение массы конструкции по сравнению с углепластиком, а при возвращении с орбиты – снизить массу теплозащиты. Наконец, Маск попытался на пальцах объяснить, почему нержавеющая система будет дешевле углепластиковой. Килограмм углеродного волокна стоит 135 $, а при изготовлении конструкции в брак и отходы уходит до 35 %, что увеличивает удельную стоимость материала примерно до 200 $. Килограмм AISI 301 стоит каких-то три доллара, и купить ее можно где угодно без ограничения объема – эта сталь входит в продуктовую линейку почти каждого производителя нержавейки. Специалистам-ракетчикам очень не нравится подобное упрощение: они понимают, что такой популизм лишь переключает внимание публики с очевидных экономических проблем. Да и сам Маск признает, что смену материала он продавил только своим авторитетом  – среди инженеров SpaceX не все с ним согласны, считая решение неочевидным. Демонстратор-«прыгун» (hopper) будет того же диаметра, что и ступень,  – 9 м, но меньшей длины.

Недавно SpaceX провела новый раунд финансирования, принесший ей 500 млн $. В настоящее время общая рыночная стоимость компании оценивается в 30 млрд $.

Из Бока- Чика планируется серия полетов на высоту не более 5000 м. «Я проведу полную техническую презентацию ракеты Starship после полета испытательного аппарата, который мы строим в Техасе. Надеюсь, это будет гдето в марте или апреле», – поделился Маск в твиттере. Хоппер изготавливался очень высокими темпами. Больше всего поражала стройка на улице, что как-то не вязалось с представлениями о ракетном производстве. Впечатление усугублялось тем, что жестянщики довольно неряшливо клепали корпус из гнутых (а местами и мятых) листов полированной нержавейки. В  самом начале 2019 г. трехногое сооружение в целом было готово, но 24 января испортилась погода – и порывом ветра демонстратор опрокинуло и сильно помяло. Впрочем, сразу после этого началось его восстановление. 

В 2018 г. Маск успел похвастать оснасткой, закупленной для изготовления композитного бака девятиметрового диаметра. Теперь ее придется списать. Деньги, вероятно, «потрачены не на то».

ЗА РАМКАМИ ТВИТТЕРА 

11 января компания SpaceX сообщила, что собирается сократить 10% сотрудников (около 600 человек) для снижения расходов. Это первое крупномасштабное сокращение с момента основания компании (в 2014 г. было уволено небольшое количество сотрудников по итогам оценки эффективности их работы). По словам представителя SpaceX, сокращения вызваны не финансовыми проблемами, а перераспределением ресурсов, которые будут сосредоточены на разработке носителей следующего поколения и спутников для Интернета. Они также отражают происходящие в промышленности перемены и убежденность, что SpaceX, которая быстро выросла, в любом случае для снижения затрат нуждается в реорганизации.

 

После деформации хоппера неангажированная публика задалась вопросом: есть ли у Маска специалисты, способные учесть в проекте ветровые нагрузки («Ветер-то был так себе – 80 км/ч»)?