В ночь на 15 ноября(около 0:30 по МСК) компания SpaceX впервые в истории космонавтики вертикально посадила в захваты стартовой башни вернувшуюся с орбиты вторую ступень сверхтяжелой ракеты Starship (бортовой индекс S42). После 14 витков вокруг Земли 52-метровый космический корабль вошел в атмосферу, погасил орбитальную скорость и точно опустился в механические стрелы башни Mechazilla на космодроме Starbase. В начале этого 15-го испытательного полета первую ступень (ускоритель) вернуть не удалось — автоматика прервала маневр и увела ее в сторону Мексиканского залива, где ступень самоуничтожилась над водой. Однако для пилотов и авиационных инженеров главным событием стал именно финальный заход самого корабля: как конструкторы сумели посадить машину размером с фюзеляж авиалайнера без крыльев, шасси и бетонной полосы — и насколько безопасным был этот спуск над жилыми районами?

28 300 км/ч без крыльев и шасси: какие инженерные задачи решали при возврате Starship

Идея возвращать гигантский космический корабль прямо в стрелы стартовой башни появилась еще в декабре 2020 года — биограф Уолтер Айзексон вспоминал, с каким недоверием инженеры в переговорной Starbase смотрели на Илона Маска, когда он впервые предложил принимать вторую ступень башней. Проблема заключалась не просто в точности наведения, а в фундаментальной разнице между возвратом первой ступени и космического корабля.

Ускоритель Super Heavy отделяется на относительно небольшой высоте, успевая разогнаться примерно до 6 000 км/ч, после чего тормозит и возвращается на космодром за несколько минут. Вторая ступень Starship S42 уходит на полноценную околоземную орбиту. Перед началом снижения после 22 часов полета она движется со скоростью свыше 28 300 км/ч — это почти в 23 раза быстрее скорости звука (около 23 Махов). При входе в плотные слои атмосферы воздух перед носом и брюхом корабля превращается в раскаленную плазму, нагревая теплозащитный щит выше 1 090°C (2 000°F).

При этом у инженеров не было привычных для авиации опор: у 52-метровой машины нет ни несущих крыльев для длительного планирования, ни колесных стоек шасси, ни трехкилометровой бетонной полосы. Чтобы затормозить такую массу с космической скорости и мягко зафиксировать ее в воздухе, конструкторам пришлось совместить законы аэродинамики самолета с ракетной баллистикой.

Торможение брюхом и разворот в вертикаль: физика посадки Starship в сравнении с самолетом

В гражданской авиации схема посадки отточена за столетие. Пассажирский самолет держится в воздухе за счет подъемной силы крыла. На снижении экипаж гасит избыточную скорость с помощью интерцепторов (воздушных тормозов) и последовательного выпуска закрылков, ведя машину по пологой трехградусной глиссаде. Авиалайнер касается бетонной взлетно-посадочной полосы на скорости около 230–270 км/ч в зависимости от типа и массы, после чего его окончательно останавливают автоматический выпуск спойлеров, реверс тяги двигателей и колесные тормоза на пробеге.

У корабля Starship S42 крыльев нет, поэтому в роли несущей плоскости и гигантского воздушного тормоза выступает весь его стальной корпус. Входя в атмосферу под большим углом атаки, а в плотных слоях переходя в горизонтальное падение «брюхом вперед», машина буквально тормозит всей площадью фюзеляжа. За устойчивость такого управляемого спуска отвечают четыре подвижных щитка по бокам носовой и хвостовой частей — они работают по тому же принципу, что и самолетные рули высоты и элероны, не давая аппарату сорваться в неконтролируемое вращение. На кадрах телеметрии прямой трансляции хорошо видно, как эффективно работает это воздушное торможение: на высоте 9,2 километра над Техасом скорость корабля упала уже до вполне «самолетных» 538 км/ч.

Однако горизонтально сажать такую машину без шасси на бетонную ВПП невозможно. Поэтому на малой высоте Starship выполняет маневр, недоступный обычному самолету: на дозвуковой скорости включаются маршевые двигатели, отклонение вектора тяги за считанные секунды переводит аппарат из горизонтального положения в строго вертикальное, а реактивная струя полностью гасит вертикальную скорость снижения. На отметке высоты 0,1 километра перегрузка на борту составляла комфортные 1.0 G — как в кресле обычного авиалайнера в спокойном полете, — после чего через 22 часа и 32 минуты после старта корабль завис и аккуратно опустился точно между механическими захватами башни Mechazilla.

Чтобы выйти на эту посадочную прямую к техасской башне, 52-метровому аппарату без крыльев пришлось пересечь воздушное пространство над жилыми районами — и здесь ключевую роль сыграла система страховок, во многом напоминающая авиационную.

Заход над жилыми кварталами без запасного аэродрома: как обеспечили безопасность над Техасом

Траектория спуска Starship S42 пролегала над населенными территориями Мексики, штата Техас и популярным курортным островом Саут-Падре, а сама стартовая башня Mechazilla расположена менее чем в пяти милях (около восьми километров) от тысяч зрителей. В гражданской авиации при возникновении технической неисправности у экипажа есть запас прочности: самолет может планировать на крыле до запасного аэродрома, а до высоты принятия решения (ВПР) у летчиков всегда остается опция уйти на второй круг.

У снижающегося с орбиты корабля нет ни крыльев, ни запаса топлива для ухода на второй круг. Поэтому инженеры SpaceX выстроили эшелонированную систему автоматических контрольных рубежей («decision gates»). На всем пути снижения бортовой компьютер непрерывно проверял десятки параметров — от целостности теплозащитного щита и давления в гидроприводах щитков до готовности двигателей к запуску. Правило действовало жестко: при малейшем сбое еще на начальных участках спуска автоматика досрочно прервала бы заход и увела корабль в безлюдные воды Тихого океана, не допуская его к береговой линии Мексики и Техаса.

Насколько строго работают эти алгоритмы безопасности, показала первая фаза этого же 15-го полета. Когда на возвращаемом ускорителе Super Heavy система наведения (GNC) зафиксировала отклонение и дефицит топлива, компьютер не стал рисковать заходом к побережью: маневр посадки на башню мгновенно отменили, а ступень отвели в сторону Мексиканского залива, где сработала система самоликвидации над открытой водой. Тот факт, что S42 дошел до башни, означает, что аппарат чисто прошел абсолютно все рубежи контроля.

Осмотр после плазмы и «авиационные чеки»: что ждет технологию и при чем тут спутники

Возвращение неповрежденного корабля открыло конструкторам доступ к тому, чего нельзя получить по одной телеметрии — к физическому «железу» после реального орбитального полета. Сразу после фиксации S42 на башне команды начали сбор бортовых данных, а инженеры получили возможность лично изучить состояние плиток теплозащиты, маршевых двигателей и носового обтекателя, переживших экстремальный нагрев в атмосфере.

Именно здесь перед SpaceX встает главная «авиационная» задача. Заявленная цель компании — сделать ракету похожей в эксплуатации на пассажирский самолет, который приземлился, прошел быструю заправку, техосмотр и снова ушел в рейс. Настоящая многоразовость требует сжатия межполетного обслуживания до уровня быстрых авиационных чеков, а не многомесячной переборки теплозащиты. Кроме того, компании еще предстоит добиться стабильного возврата обеих ступеней в одном полете и отработать дозаправку топливом на орбите, первые стыковочные тесты которой с кораблем NASA запланированы на следующий год перед лунной миссией Artemis IV в 2028 году.

За скоростью отработки этих «авиационных» процедур внимательно следит весь телекоммуникационный рынок. Именно на регулярный конвейер Starship (завод в Starbase уже рассчитан на выпуск одного корабля каждые две недели) завязана экономика космической связи нового поколения — в этом же 15-м полете S42 вывел на орбиту партию из 26 интернет-спутников. Подробно о том, как возвращение Starship запускает конвейер спутниковой связи и оправдывает $85,7-миллиардное IPO SpaceX, разобрали наши коллеги из издания «Глобалтел».

Сравнение физики посадки: пассажирский самолет против космического корабля Starship

Резюме AVSIM su

Первая в истории вертикальная посадка орбитального космического корабля Starship S42 в захваты башни Mechazilla стирает привычную границу между ракетой и самолетом. Инженеры SpaceX доказали, что аппарат без крыльев, шасси и взлетной полосы способен управляемо спускаться с 23 Махов, соблюдать жесткие рубежи безопасности при подходе к населенным районам и мягко завершать полет с самолетной перегрузкой 1.0 G. Теперь главный вызов для компании лежит уже не в небе, а на земле — доказать, что обслуживание вернувшегося из космоса корабля можно довести до надежности и скорости регулярного авиационного техобслуживания.