Интересное наблюдение по запуску Falcon Heavy. Вебкаст дебютного пуска

Falcon Heavy на стартовой площадке LC-39A перед первым пуском

Falcon Heavy (букв. с англ. -  «Тяжёлый Cокол») - американская (РН) сверхтяжёлого класса с возможностью повторного использования, спроектированная и произведённая компанией SpaceX. Falcon Heavy (ранее известная как Falcon 9 Heavy ) относится к и является одной из крупнейших ракет-носителей в истории мирового космического ракетостроения.

На момент первого запуска - самая грузоподъёмная, мощная и тяжёлая ракета-носитель из находящихся в эксплуатации. Также Falcon Heavy принадлежит абсолютный рекорд по числу маршевых двигателей (28, в том числе 27 одновременно работающих) среди успешно летавших ракет-носителей.

История создания

О разработке ракеты-носителя Falcon Heavy руководитель компании SpaceX Илон Маск заявил на пресс-конференции в Национальном пресс-клубев Вашингтоне, округ Колумбия, 5 апреля 2011 года. Первоначально был заявлен как дата первого пуска 2013 год (со стартовой площадки на ).

Завершение разработки и дебютный пуск ракеты многократно откладывались.

Falcon Heavy - одна из тех вещей, которые, на первый взгляд, выглядят просто. Просто берём две первые ступени и используем их как навесные ускорители. На самом деле нет, это безумно сложно и потребовало переработки конструкции центрального блока и массу различного оборудования. Это действительно было шокирующе тяжело перейти с одноблочной на трёхблочную ракету.

Илон Маск, на пресс-конференции после первого повторного использования первой ступени .

После аварии ракеты-носителя Falcon 9 в июне 2015 года приоритет работ над первым пуском Falcon Heavy, который планировался в конце года, был снижен в пользу ускорения возвращения к полётам ракеты Falcon 9, и перенесён сначала на весну 2016-го, а позже на конец 2016 года. Изменена была и стартовая площадка для дебютного пуска - на LC-39A во Флориде. На стартовом комплексе проводились работы по его переоборудованию для запусков Falcon Heavy.

Повреждение стартового комплекса SLC-40 при взрыве Falcon 9 в сентябре 2016 года вынудило компанию SpaceX к ускорению работ по вводу в действие комплекса LC-39A для переноса на него своих пусковых операций на Восточном побережье США. Завершение работ по адаптации стартового стола под пуски Falcon Heavy было отложено в пользу максимально скорого начала пусков ракеты Falcon 9 с этой стартовой площадки. После восстановления комплекса SLC-40, которое закончилось осенью 2017 года, пуски Falcon 9 были перенесены на него, позволив завершить подготовку комплекса LC-39A для дебютного пуска Falcon Heavy, который ожидался в начале 2018 года.

Хотя изначально Falcon Heavy была разработана для отправки людей в космос, включая миссии на и , на февраль 2018 года запланированные пилотируемые полёты на ней отсутствуют; взамен предполагается использовать ракету-носитель для отправки в космос массивных грузов, например таких, как тяжёлые искусственные спутники Землии автоматические межпланетные станции.

Грузоподъёмность

Синхронная посадка ускоителей

После успешного первого запуска 6 февраля 2018 года стала крупнейшей используемой на данный момент ракетой-носителем, вдвое превосходя по полезной нагрузке, которую может вывести на низкую опорную орбиту. Однако эта ракета-носитель не является крупнейшей в истории космонавтики, поскольку использовавшиеся ранее ракеты-носители и «Энергия» могли нести полезную нагрузку до 141 и 105 тонн соответственно (также расчётную максимальную полезную нагрузку до 100 т имела советская РН Н-1/Н-1Ф, но все её пуски были безуспешны). Планируется, что Falcon Heavy сможет доставлять до 63,8 т на (в невозвращаемом варианте; при условии возвращения на боковых ускорителей и первой ступени - на НОО Falcon Heavy сможет выводить полезную нагрузку массой примерно до 30 т), до 26,7 т на (при возвращении первой ступени и боковых ускорителей - до 8 т на ГПО, при возвращении только боковых ускорителей - до 16 т на ГПО), до 16,8 т - на отлётную траекторию к Марсу и до 3,5 т - на отлётную траекторию к (при современном или близком к таковому положении последнего на орбите).

Стоимость запуска

Компания SpaceX заявляет, что стоимость одного запуска составляет 90 миллионов долларов США - при том, что стоимость пуска Delta IV Heavy составляет примерно 435 миллионов долларов. Впрочем, следует отметить, что стоимость пусков Falcon Heavy будет весьма существенно зависеть от выбора их конфигурации - с возвращением боковых ускорителей и I ступени, с возвращением только боковых ускорителей или же полностью в невозвращаемом варианте.

Анонсированная стоимость запуска Falcon Heavy несколько раз менялась. В 2011 году она составляла 80-125 млн $. В 2012 году указывалась стоимость пуска 83 млн $ при полезной нагрузке до 6,4 т на ГПО и 128 млн для нагрузки более 6,4 т на ГПО, в 2013 году была указана стоимость соответственно 77,1 и 135 млн. С 2014 года на сайте компании указывалась только стоимость запуска с полезной нагрузкой до 6,4 т на ГПО, которая тогда составляла 85 млн, увеличившись до 90 млн в 2015 году (для спутников массой до 8 т на ГПО).

Контракты

В мае 2012 года был подписан первый коммерческий контракт с компанией Intelsat на запуск её ракетой-носителем Falcon Heavy. Из-за задержек с разработкой ракеты впоследствии запуск Intelsat 35e был перенесён на ракету-носитель Falcon 9.

В декабре 2012 года ВВС США подписали контракт со SpaceX на запуск по программе министерства обороны STP-2 (Space Test Program - «Космическая Испытательная Программа - 2» ) с помощью Falcon Heavy. Миссия подразумевает выведение двух основных аппаратов и множества второстепенных на различные орбиты и будет использоваться как часть сертификации ракеты-носителя для более важных правительственных оборонных заказов.

В июле 2014 года компания Inmarsat подписала соглашение на запуски 3-х своих спутников ракетой Falcon Heavy. В связи с задержками, в декабре 2016 года запуск одного из этих спутников был отдан конкуренту SpaceX, компании Arianespace, для запуска на ракете-носителе . Другой спутник, Inmarsat-5 F4, запущен ракетой Falcon 9.

В начале 2015 года компания ViaSat подписала соглашение на запуск с помощью Falcon Heavy спутника ViaSat-2, но в феврале 2016 года компанией было принято решение переместить запуск этого спутника на ракету «Ариан-5», для того чтобы остаться в рамках намеченного контрактными обязательствами расписания. Тем не менее, контракт со SpaceX был сохранён - на запуск одного из трёх спутников следующего поколения ViaSat-3 в 2019-2020 гг. с опцией на запуск ещё одного.

В апреле 2015 года был подписан контракт с компанией ArabSat на запуск спутника Arabsat-6A.

В апреле 2016 года SpaceX объявила о планах запуска с помощью Falcon Heavy миссии Red Dragon для демонстрации технологии управляемой реактивной посадки на поверхность Марса. Изначально запуск намечался на 2018 год, позже был перенесён на 2020. Однако в середине июля 2017 г. Илон Маск объявил на конференции ISSR&D в Вашингтоне, что SpaceX отказывается от проекта Red Dragon в связи с тем, что космические корабли Dragon следующих версий будут иметь парашютную систему посадки, причем на беспилотном варианте корабля Dragon двигателей SuperDraco не будет вообще.

27 февраля 2017 года компания SpaceX анонсировала план полёта пилотируемого корабля Dragon V2 с двумя частными пассажирами с выполнением облёта Луны и возвратом на Землю. Запуск был намечен на конец 2018 года ракетой-носителем Falcon Heavy. Однако в феврале 2018 года SpaceX отказалось от сертификации Falcon Heavy для пилотируемых полетов в пользу многоразовой системы BFR. Если разработка BFR затянется, то SpaceX вернется к первоначальному плану с использованием Falcon Heavy. В любом случае, это решение означает, что частный пилотируемый облёт Луны отложен на несколько лет.

Конструкция

Falcon Heavy состоит из усиленной модификации первой ступени Falcon 9 в качестве центрального блока (первой ступени), двух дополнительных первых ступеней Falcon 9 в качестве боковых ускорителей (так называемая «нулевая ступень») и второй ступени. В СССР и России такие боковые ускорители классифицируются как первая ступень, а центральный блок - как, соответственно, вторая ступень; таким образом - по советской/российской классификации Falcon Heavy является не 2-х, а 3-х ступенчатой ракетой-носителем.

Боковые ускорители

Два ускорителя, выполненных на основе первой ступени Falcon 9, закрепляются по бокам первой ступени ракеты-носителя. На верхушке ускорителей размещён композитный защитный конус. Каждый ускоритель имеет по 9 жидкостных ракетных двигателей Merlin 1D, расположенных по схеме Octaweb, c одним центральным двигателем и остальными восемью, расположенными вокруг него.

Первая ступень

Первая ступень Falcon Heavy являет собой конструктивно усиленный центральный блок, выполненный на основе первой ступени ракеты-носителя Falcon 9 FT, модифицированный для закрепления двух боковых ускорителей. Оборудован девятью жидкостными ракетными двигателями Merlin 1D. Сверху расположен переходной отсек, вмещающий двигатель второй ступени и оборудованный механизмами расстыковки ступеней.

Суммарно 27 двигателей Мерлин 1D (центральный блок и боковые ускорители) создают тягу 22 819 кН на уровне моря и 24 681 кН в вакууме.

Falcon Heavy, как и Falcon 9, оснащена элементами системы многоразового использования для контролируемого возвращения и мягкой посадки как центрального блока, так и боковых ускорителей. Возврат ступеней снижает максимальную полезную нагрузку ракеты-носителя. В связи с тем, что первая ступень Falcon Heavy при расстыковке со второй ступенью будет обладать значительно большей скоростью и находиться намного дальше от стартовой площадки, в сравнении с первой ступенью Falcon 9, необходимость её возврата на посадочную площадку повлечёт значительное снижение массы выводимой нагрузки. Поэтому в высокоэнергетических запусках на геопереходную орбиту первая ступень Falcon Heavy будет осуществлять посадку на плавучую платформу. Боковые ускорители, напротив, будут иметь возможность возврата к месту старта и посадки на землю при подавляющем большинстве сценариев запуска. Для посадки боковых ускорителей Falcon Heavy на территории Посадочной зоны 1 планируется создать ещё две посадочные площадки.

Изначально планировалась возможность установки на Falcon Heavy уникальной системы перекрёстной подачи топлива, позволяющей двигателям центрального блока использовать топливо из боковых ускорителей в первые минуты после старта. Это давало бы возможность сохранить больше топлива в центральном блоке для более продолжительной его работы после отделения боковых ускорителей, и, как следствие, увеличить максимальную массу выводимой полезной нагрузки. Впоследствии приоритет этих работ был снижен из-за нежелания дополнительно усложнять конструкцию, а также из-за отсутствия на рынке спроса на столь тяжёлую полезную нагрузку. Разработка данной системы продолжается, её внедрение возможно в будущем. На начальном этапе будет использоваться схема, при которой сразу после запуска ракеты-носителя тяга двигателей центральной секции будет максимально снижена для экономии топлива. После отделения боковых ускорителей двигатели первой ступени будут снова включены на полную тягу. Подобную схему использует ракета-носитель Delta IV Heavy.

Вторая ступень

Вторая ступень РН Falcon Heavy аналогична используемой на ракете-носителе Falcon 9 и оснащена одним двигателем Merlin 1D Vacuum с номинальным временем работы 397 секунд и максимальной тягой в пустоте 934 кН. Конструкция двигателя позволяет запускать его многократно в течение полёта.

Стартовые площадки

По состоянию на 2017 год SpaceX готовит следующие стартовые комплексы для ракеты-носителя Falcon Heavy:

• Космический центр Кеннеди (мыс Канаверал, Флорида, США) - LC-39A; арендуется у NASA. Ранее стартовый комплекс использовался для пусков ракет Сатурн-5 и системы . В настоящее время стартовый комплекс используется для пусков Falcon 9 и Falcon Heavy, в дальнейшем планируется использовать его для пилотируемых запусков корабля Dragon V2, первый запуск намечен на 2018 год.
• База ВВС США Ванденберг (Калифорния, США) - SLC-4E; арендуется у ВВС США. Ранее стартовый комплекс использовался для пуска ракет Титан-3 и Титан-4. В настоящее время используется для пусков Falcon 9 и модернизируется для пусков Falcon Heavy.

Посадочные площадки

В соответствии с объявленной стратегией возврата и повторного использования первой ступени Falcon 9 и Falcon Heavy, компания SpaceX заключила договор аренды на использование и переоборудование 2-х площадок на Восточном и Западном побережьях США.

• База ВВС США на - Посадочная зона 1 (бывший стартовый комплекс LC-13); арендуется у ВВС США.
• База ВВС США Ванденберг - стартовый комплекс SLC-4W; арендуется у ВВС США.

Данные стартовые комплексы дооборудованы площадками для управляемого приземления как боковых ускорителей Falcon Heavy, так и первой ступени этой РН.

Кроме того, компания SpaceX владеет специально изготовленными для посадки первой ступени Falcon 9 плавучими платформами, которые в будущем могут использоваться и для посадки центрального блока (первой ступени) ракеты-носителя Falcon Heavy.

Первый запуск

Старт РН «Falcon Heavy»

В марте 2017 года было анонсировано, что при первом запуске ракеты-носителя, в качестве боковых ускорителей будут повторно использованы 2 первые ступени ракеты-носителя Falcon 9, возвращённые после предыдущих пусков. Во время дебютного полета планировалось возвращение боковых ускорителей к месту пуска и посадка их на Посадочной зоне 1, в то время как центральный блок (первая ступень) выполнит посадку на плавучей платформе Of Course I Still Love You.

Рассматривалась также возможность, что при дебютном пуске будут проведены испытания по возврату второй ступени ракеты-носителя.

В начале апреля 2017 года на испытательном предприятии SpaceX в Техасе был установлен для статичного прожига первый боковой ускоритель для дебютного пуска Falcon Heavy - восстановленная и модифицированная первая ступень B1023, севшая на плавучую платформу после запуска спутника Thaicom 8 в мае 2016 года.

В конце апреля его место на испытательном стенде занял новый центральный блок B1033. 9 мая 2017 года компания SpaceX сообщила об успешном прожиге этой ступени.

Вторым боковым ускорителем для первого запуска стала ступень B1025, вернувшаяся на посадочную площадку после запуска SpaceX CRS-9 в июле 2016 года.

1 декабря 2017 года Илон Маск объявил, что в качестве полезной нагрузки для первого пуска ракеты-носителя Falcon Heavy будет использован его личный электромобиль Tesla Roadster, который планировалось вывести на орбиту в направлении Марса. Позже стали доступны фотографии автомобиля внутри головного обтекателя ракеты.

28 декабря 2017 года Falcon Heavy была впервые установлена на стартовой площадке LC-39A, а 24 января 2018 года, спустя несколько недель задержек, одна из которых была связана с приостановкой работы правительства США, был осуществлён тестовый прожиг всех 27 двигателей Merlin 1D длительностью в 12 секунд.

Вебкаст дебютного пуска

Трансляция с видеокамер на автомобиле

Первый испытательный запуск Falcon Heavy был успешно произведён 6 февраля 2018 года в 20:45 UTC со стартовой площадки LC-39A в Космическом центре Кеннеди. После отстыковки два боковых ускорителя успешно приземлились на посадочных площадках на мысе Канаверал. Посадка центрального блока на плавучую платформу была неуспешной. Перед посадкой ступень не смогла воспламенить топливо тормозных двигателей, так как закончилась пирофорная смесьтриэтилалюминия и триэтилборана (TEA-TEB), используемая в качестве жидкости для зажигания. Два двигателя из трёх не запустились для посадочного импульса и ступень промахнулась мимо плавучей платформы примерно на 100 метров, врезавшись в воду со скоростью ~ 130 м/с и повредив при этом два двигателя платформы.

В компании не планировали повторно запускать используемые в тестовом полёте центральный блок и ускорители. Боковые ускорители соответствовали спецификации Block 4, а центральный - Block 3. На данный момент SpaceX намерены повторно использовать только финальную версию Block 5. Следующий пуск Falcon Heavy будет осуществлен на трех ступенях Block 5. На последующей конференции Илон Маск заявил, что боковые ускорители в хорошем состоянии и могли бы слетать еще раз, кроме того он рад, что с ними вернулись титановые решетчатые рули, производство которых стоит очень дорого.

Спустя 8,5 минуты после старта ракеты-носителя, вторая ступень вывела электромобиль Tesla Roadster с манекеном внутри, одетым в космический костюм SpaceX, на околоземную орбиту. На 29-й минуте полёта второе, 30-секундное включение ступени подняло орбиту до 180 × 6951 км, наклонение 29°. Последнее, третье включение двигателя второй ступени выполнено через 6 часов после запуска, оно направило ступень с макетом полезной нагрузки на гелиоцентрическую орбиту с перигелием 0,99 а. е. и афелием 1,71 а. е. В июле 2018 года Tesla Roadster пересечёт орбиту Марса, а в ноябре достигнет максимального удаления от - 255 млн км, немного дальше орбиты Марса. Продолжительная работа второй ступени должна была продемонстрировать способность Falcon Heavy выполнять запуски с прямым выведением спутников на геостационарную орбиту. Сначала при вычислении параметров орбиты была допущена ошибка, однако через некоторое время астроном Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики уточнил параметры орбиты и подтвердил, что она совпадает с ранее запланированной, и Tesla Roadster не находится в путешествии к .

Вместе с электромобилем на орбиту доставлен дисковый накопитель Arch 5D , высокоустойчивый к тяжёлым условиям открытого космоса, с собранием романов цикла «Основание» писателя-фантаста Айзека Азимова. Тексты были выгравированы лазером на особым образом структурированном кварцевом стекле, диск кратковременно выдерживает температуры до +1000°С, а при +190°С его срок годности составляет 13,8 млрд лет. При обычной комнатной температуре данные могут храниться практически до бесконечности. На пластине, изображающей логотип SpaceX, размещённой на адаптере полезной нагрузки, нанесены имена более 6000 сотрудников компании.

Первый испытательный запуск своей ракеты-носителя Falcon Heavy. Он был произведен с арендуемой компанией площадки №39А Космического центра им. Джона Кеннеди (расположен на острове Мерритт северо-западнее мыса Канаверал, штат Флорида), с которой ранее запускались пилотируемые миссии на Луну и многоразовые космические челноки Space Shuttle.

В качестве полезной нагрузки основатель SpaceX Илон Маск решил использовать не традиционные для испытательных пусков бетонные или железные блоки, а свой спорткар Tesla Roadster. Два боковых блока ракеты через 8 минут 12 секунд после старта совершили посадку на мысе Канаверал. Центральный блок мягкую посадку совершить не смог.

Falcon Heavy - американская частная ракета-носитель частично многоразового использования. Принадлежит к семейству ракет Falcon, созданных компанией SpaceX (Space Exploration Technologies; город Хоторн, штат Калифорния), основанной в 2002 году канадско- американским инженером миллиардером Илоном Маском.

Проект ракеты-носителя был анонсирован Маском в 2011 году на пресс-конференции в Национальном пресс-клубе в Вашингтоне. Falcon Heavy была разработана для пилотируемых полетов и межпланетных миссий: на Луну, Марс, Плутон. Она создана на базе тяжелой ракеты Falcon 9, эксплуатируемой с 2010 года.

Характеристики

Falcon Heavy - двухступенчатая ракета-носитель. Высота (длина) - 70 м, ширина в основании - 12,2 м, диаметр одного блока - 3,66 м, стартовая масса - 1420,788 т.

Заявленная грузоподъемность Falcon Heavy: 63,8 т - на низкую опорную орбиту (НОО), 27,7 т - на геопереходную (ГПО), 16,8 т - на отлетную траекторию в сторону Марса и 3,5 т - в сторону Плутона. Таким образом, Falcon Heavy является сверхтяжелой ракетой-носителем: по наиболее распространенной классификации так называют ракеты, способные выводить более 50 т на НОО.

Как и базовая Falcon 9, она оснащена кислородно-керосиновыми ракетными двигателями производства SpaceX: Merlin 1D и Merlin Vacuum.

Первая ступень состоит из центрального и двух боковых блоков, представляющих собой модернизированные первые ступени Falcon 9. В общей сложности на первом этапе задействованы 27 двигателей - по девять в каждом блоке. Конструкция боковых блоков (ускорителей) немного упрощена, их двигатели работают меньше, чем двигательная установка центрального блока. Боковые ускорители первыми отделяются от ракеты. Все три блока первой ступени - многоразовые, для возвращения на Землю они оснащены раскладывающимися посадочными опорами.

Вторая ступень аналогична той, что используется в Falcon 9. Ее работу обеспечивает один двигатель Merlin Vacuum многократного включения. Топливные баки всех ступеней изготовлены из алюминий-литиевого сплава.

Головной обтекатель ракеты способен вместить как корабль Dragon разработки SpaceX, так и более тяжелый и объемный груз.

Планы по запускам

Помимо Космического центра им. Джона Кеннеди, SpaceX планирует проводить запуски Falcon Heavy с арендуемой компанией стартовой площадки базы ВВС Ванденберг (штат Калифорния). По оценкам Маска, один запуск Falcon Heavy с выводом полезного груза массой не более 10 т на ГПО будет обходиться примерно в $90 млн. Запуски тяжелых версий американских ракет Delta IV и Atlas V составляют около $400 млн и $230 млн соответственно. Стоимость запуска российского "Протона-М" оценивается в $65 млн.

Первоначально первый демонстрационный испытательный запуск Falcon Heavy планировалось осуществить в 2013 году. Но затем он неоднократно переносился. Это было связано с необходимостью доработок ракет Falcon 9.

В планы компании входит использование Falcon Heavy для запуска пилотируемой версии Dragon, в том числе с туристами на борту для облета Луны, а также запуск беспилотного корабля Red Dragon с миссией на Марс (для отработки будущих пилотируемых полетов на эту планету).

Сравнение с другими ракетами тяжелого класса

После принятия в эксплуатацию Falcon Heavy с максимальной грузоподъемностью 63,8 т станет единственной в мире эксплуатируемой ракетой-носителем сверхтяжелого класса. Существующие ныне "тяжелые" версии Delta IV и Atlas V рассчитаны на максимальный груз весом до 28,37 т и до 18,51 т соответственно (при выведении груза на низкую опорную орбиту). Новая китайская ракета "Великий поход - 5" (первый запуск состоялся в ноябре 2016 года) может выводить в космос до 14 т (в перспективе - до 25 т).

Российская ракета-носитель "Протон-М" имеет грузоподъемность до 22,4 т, проектируемая "Ангара-А5" - до 24,5 т (ее вариант "Ангара-А5В", который рассматривается для запусков с космодрома Восточный, - до 37,5 т).

Европейская Ariane 5 выводит до 20 т, японская H-IIB - до 16,5 т.

При этом Falcon Heavy не сможет превзойти сверхтяжелые ракеты-носители, разработанные в прошлом веке: американскую Saturn V (грузоподъемность до 140 т, использовалась для запусков пилотируемых кораблей Apollo на Луну) и советскую "Энергию" (105 т; была предназначена для запуска многоразовых орбитальных кораблей "Буран").

Я смотрю, в рамках холиваров вокруг FH, который взял и не взорвался на пусковом столе, а вполне даже что-то отправил на гелиоцентрическую орбиту, одна из козырных карт у одной из сторон «а почему при заявленной массе полезной нагрузки в 60+ тонн FH пульнул всего одну Теслу весом в тонну?»

При попытке разобраться в ответе на этот вопрос выяснилась парочка интересных деталей.

Начнем с грузоподъемности FH в целом. На сайте SpaceX она указана в 63.8 тонны на низкую орбиту(НОО), 26,700 килограмм на геопереходную и 16,800 килограмм - на гомановскую отлетную к Марсу.

Однако на слайде из презентации BRF Маска осенью прошлого года мы видим 30 тонн на НОО

Ага, ну правильно, это же «reuse», то бишь возврат ступеней на посадочные платформы. Правда не понятно, какой из многочисленных вариантов возвращения центральных блоков на наземные или морские площадки. Полезная нагрузка на НОО упала более чем вдвое, но на сколько уменьшилась полезная нагрузка на отлетной траектории? На форуме nasaspaceflight в свое время сделали оценку для более ранней версии FH

На самом деле эта оценка слегка оптимистична. Разделение центрального блока и верхней ступени здесь предполагалось на скорости в ~3 км/с, см соответствующую симуляцию.

А в реальности оно произошло на скорости ~2,64 км/с.

Скорее всего, в этой разнице между симуляцией и реальностью есть довольно интересный момент. Дело в том, что каждые недобранные последней ступенью при отделении сотни метров в секунду довольно больно аукаются на сокращении полезной нагрузки, она падает экспоненциально с ростом необходимой для добора скорости. Оптимально было бы отделять центральный блок заметно позже, при скорости, скажем, 4 км/с, вообще самая оптимальная ракета имеет примерно одинаковое распределение по набираемой каждой скоростью ступенью.

Однако сажать первые ступени на большой скорости очень сложно, если не невозможно. При запуске Falcon Heavy ставка явно делалась не на вывод максимальной ПН, а на охват тестом как можно больших сценариев, связанных с полетом ракеты - тут и возврат боковых блоков на землю, и посадка на морскую платформу (неудачная). Продолжая эту логику можно предположить, что скорее всего скорость отделения центрального блока не делали максимальной, для того, чтобы посмотреть, как он поведет себя при возврате. Что, конечно же, сказалось на нагрузке.

Но чтобы узнать точно, какую ПН мог бы вывести FH в этом полете, нужно знать конечную скорость, до которой была разогнана Тесла родстер. И ее можно узнать

Здесь показана первая версия траектория ПН (которую затем уточнили, но нужные нам параметры остались такими же), и там есть замечательная циферка С3 Earth (км 2 /c 2) = 12.0 - это избыток скорости над второй космической скоростью (т.е. 11,2 км/c). Скорость V pn , которую набирает ступень, связана с второй космической V 2 и С3 таким уравнением:

С3 = V pn 2 - V 2 2

В этом году должно было быть тесное сближение Земли и Марса, поэтому достичь (при старте в апреле-мае) можно с С3 7,7-7,9 км 2 /c 2 , и ПН Heavy на отлетную к Марсу считалась либо для этой цифры, либо для среднемноголетних С3=9.5. Немного об этом рассказано вот в этом видео:

Итого мы получаем следующие величины:

1. Скорость, набранная Тесла Родстером в запуске 6 февраля: V pn = sqrt (11,19^2 + C3)=11,71 км/с Скорость, набираемая Falcon Heavy для «стандартной» отправки ПН к Марсу должна быть 11,61 км/с, а для для этого года 11,53 км/с. К баллистической скорости надо добавить гравитационные потери - на глаз около 200 метров в секунду, полученная величина называется характеристической скоростью или delta V в западных терминах.

Теперь попробуем сравнить разницу в характеристической скорости, набираемой «стандартной отправки» груза к Марсу и запуска 6 февраля:

11,61 + 0,2 - 3 = 8,81 км/с <-> ступень должна выводить ~6 тонн
11,71 + 0,2 - 2,64 = 9,27 км/с <-> ступень вывела красную машинку с манекеном.

Здесь более менее строгие расчеты заканчиваются и начинаются зыбкие предположения. Например то, что скорость отделения верхней ступени FH при максимально жестких условиях спасения центрального блока может быть 3 км/с - эта цифра встречается в обсуждениях на форуме nasaspaceflight, но правду, конечно, знают только в SpaceX. Еще одной неопределенной величиной будут массы заправленной и пустой верхней ступени FH, которые тоже никогда не публиковались. Наконец масса запущенного родстера тоже неизвестна. Тем не менее, плюс-минус километр прикидку сделать можно, и оценить, какую же долю от полной ПН запускали 6 февраля.

Итак, для начала формула Циолковского

V = I * ln (Mn/Mk), где V - это характеристическая скорость, I - удельный импульс (3355 м/с для Merlin 1D vac), Mn/Mk - отношение начальной массы к конечной.

Для V (8,81) Mn/Mk = 13,81
Для V (9.27) Mn/Mk = 15.85

На все том же nasaspaceflight я нашел такие цифры для верхней ступени FH - масса заправленной 95,000 кг, масса отработавшей ступени - 3900 кг (цифры не совпадают с симуляцией выше). Для Mn/Mk=15.85 это дает максимальную массу ПН в запуске 6 февраля в 2093 кг, что лишь слегка больше родстера без аккумуляторов, но с переходником, передатчиком и манекеном. Вполне ожидаемый запас на неизвестные пока динамические нагрузки и т.п. А вот ПН при «стандартной» отправке к Марсу будет всего ~3000 кг вместо 6000 из оценок выше и это ожидаемо. Набирать 8-9 километров в секунду одной керосиновой ступенью, даже такой шедевральной с точки зрения соотношения пустого веса к весу заправленной, означает уничтожить почти весь вес ПН в пользу веса ступени.

Получается, что в такой конфигурации носителя, возможности FH по отправке чего-то на Марс довольно скромны - меньше, чем у Delta IV Heavy, Atlas V 541, Протон-М/Бриз-М и Arian V и определяется это крайне неоптимальным распределением характеристической скорости по ступеням. В запуске 06.02.2018 FH работал близко к пределу возможностей, если отталкиваться от реалистичности цифр сухого и полного веса верхней ступени, которые гуляют в интернетах.

Главный же вывод - Falcon Heavy еще не показал своих возможностей, и по следующим пускам можно будет собрать данные, которые хорошо позволят оценить реальные веса ступеней и более точно оценить возможности многоразового и одноразового варианта.

Может, личный электрический родстер Илона Маска и захватил все заголовки новостных лент благодаря историческому космическому запуску компании SpaceX, но оказывается, что сверхтяжелая ракета-носитель отправила в космос второй, секретный груз, о котором практически никто не знал. Внутри красного кабриолета Tesla спрятан небольшой объект, призванный служить в течение миллионов (а возможно, и миллиардов) лет, даже находясь в таких экстремальных условиях, как космическое пространство или поверхность каких-нибудь далеких планетарных тел.

Компания в течение 4 последних лет обещает произвести запуск своей тяжелой ракеты Falcon Heavy. И похоже, мы дождались. На днях компания опубликовала в «Твиттере» видео, которое может говорить о том, что эта система практически готова для своего первого полета. На видео можно увидеть, как происходит статичный тест основного двигателя первой ступени Falcon Heavy на испытательном полигоне в городе Макгрегор, что в Техасе, США. Испытания проходили в конце прошлой недели.