Защо Фалкън успя там, където совалката на НАСА се провали?

[SAlexandrov]

Защо Фалкън успя там, където совалката на НАСА се провали?

Космическа совалка (вляво) и ракета "Фалкън 9" (вдясно). Image credit : NASA/SpaceX

23 декември 2021 г. 02:25 ч.

Светослав Александров. На 21-ви декември СпейсЕкс успя за стотен път да постигне меко кацане на първа степен на ракета "Фалкън 9". Няма спор, че компанията на Илон Мъск доведе до революция в космическите полети по отношение на снижаване на цената и честотата на изстрелванията. Но предприемачът не е първият, опитал се да направи това. Космическата совалка на НАСА бе замислена да постигне същата цел, но не успя. Защо това е така? 

Подробен анализ по темата бе публикуван от д-р Питър Хейг, космически експерт, в своя личен блог. 

Хейг напомня, че в хода на проекта "Космическа совалка" е имало три фази. Първата е протекла от 1972 до 1986 г. и тя е включвала разработката на самата совалка, дебютните мисии и поетапното увеличаване на годишните полети - тя е приключила с катастрофата на "Чалънджър". Втората се е проточила между 1988 и 2003 г. - тя е била период на консолидация, през който совалката е била използвана като инструмент за дипломация с руснаците. През това време бил изстрелян телескопът "Хъбъл" и били проведени повечето от обслужващите го мисии. Третата фаза, от 2005 до 2011 г. (след катастрофата на "Колумбия"), е била етап на затихване на програмата, като през това време били осъществени само минимално изискуемите мисии за строежа на Международната космическа станция и поддръжката на "Хъбъл".

Експертът счита, че първият период на совалките много наподобява първия период на експлоатация на ракетите "Фалкън 9". Първоначалната цел на НАСА предвиждала 60 полета годишно, след това целта била смъкната на 50 и накрая на 24 полета годишно. Това е бил твърд лимит заради максималния производствен капацитет на горивни резервоари - невъзвръщаемия компонент на совалките. Били построени общо четири совалки, като най-краткият период за рециклиране на една от тях се оказал 54 дни - рекорд, постигнат през 1985 година и неповторен никога по-късно. Подобен период би позволил провеждането на изискуемите 24 полета, но само ако всичките четири совалки били в непрекъсната експлоатация.

НАСА е планирала 16 совалкови полета за 1986 и 18 за 1987 година. Максималният брой (24) е трябвало да бъде осъществен през 1989 година. Натискът да се провеждат чести изстрелвания обаче довел до катастрофата на "Чалънджър" в началото на 86-та.

Първата катастрофа на ракета "Фалкън 9" с товарен кораб "Драгън" се случила на сходен етап с този на совалките, отбелязва Хейг. Техническите причини за авариите при двете програми са много различни. И все пак в други отношения има и някои съществени прилики. Едно от тях е, че с увеличаването на честотата на изстрелванията е нормално да се очакват аварии поради технически отклонения, които в ранния етап на програмите лесно могат да бъдат пропуснати и в един момент те се проявяват неизбежно. Експертът сравнил броя на полети от ранния период на совалките с този от ранния период на "Фалкън" и категорично заключил, че развитието е било идентично. Както совалките, така и проектът на Мъск са имали една и съща цел - смъкването на цената чрез възвръщаемост и чести излитания, съответно в разгара на изстрелванията настъпили катастрофите. 

Защо тогава "Фалкън"-ите проработили, докато совалките - не? 

Две са причините - eдната от тях се корени във факта, че дебютните полети на "Фалкън" са били безпилотни, а втората е, че в технологично отношение програмата на Мъск била изпълнена по-добре. Изминали по-малко от шест месеца след катастрофата на "Драгън" през 2015 г. и СпейсЕкс върнали ракетите в експлоатация чрез въвеждането на нова, подобрена версия - т.нар. "Фул Тръст". Но още преди това е била налице сериозна технологична еволюция. Оригиналните ракети "Фалкън 9" (от 2010 г.) летели с 9 двигателя "Мерлин-1С", подредени в три реда по три. След 2013 г. двигателите били сменени с "Мерлин-1Д", подредени в конфигурация "Октоуеб" - един централен и осем разположени около него. Променил се е и подходът към възвръщаемост. По време на ранния етап през 2010 г. първите степени били снабдени с парашути - ретроракетното кацане въобще не е било възможно. Този първоначален замисъл не се получил. Едва с подобряването на двигателите, увеличаването на тяхната тяга и издължаването на първите степени станало постижимо те да носят допълнително гориво, което позволило връщането да става по начина, по който го виждаме днес. 

Всички тези подобрения били направени на етап, когато ракетите още не били изстрелвани с астронавти. Но освен това Илон Мъск даже не си е позволявал да експериментира сериозно с възвръщаемостта при реализацията на товарни комерсиални мисии. Най-сериозните рекорди при рециклирането на "Фалкън 9" са постигнати по време на изстрелването на спътници  "Старлинк", които представляват вътрешен проект на СпейсЕкс. 

Рекордният брой изстрелвания (общо 31), постигнат през 2021 г., се дължи и на множеството налични редовно летящи степени във флотилията на СпейсЕкс - общо 10. За сравнение НАСА никога не е притежавала повече от 4 совалки в своята флотилия. Рокуел Интернешнъл, фирмата, на която бил връчен първоначалният договор от НАСА за строежа на совалките, е предвиждала да направи 6 или 7 до края на 1989-та година. Накрая не е имало пари дори за пета - такава бил построена само след катастрофата на "Чалънджър". 

Прочие след "Чалънджър" тогавашният президент на САЩ Роналд Рейгън освободил совалките от задълженията да превозват военни и комерсиални товари и така просто не е имало какво да бъде изстрелвано с тях, за да се запълнят предвидените 24 полета годишно (съответно това число никога не е било постигнато). Същевременно НАСА не е била в състояние да прекрати изцяло мисиите, защото совалките осигурявали работни места за космическия отрасъл. Програмата продължила да куцука бавно през 90-те години. Вярно, през това време имало сериозни постижения - изстрелването на телескопа "Хъбъл", полетите на совалки до руската станция "Мир" и строежа на МКС. Но никога не се е пристъпило към подобряване на технологията - разработката на специалните ускорители за полярни изстрелвания била зарязана, не били създадени второ поколение совалки със системи за аварийно спасяване, не се е стигнало до реализацията на производни програми като "Шатъл-С" и "Марс Директ".

След 2003 година, когато катастрофирала "Колумбия", приключила втората фаза от експлоатацията на совалките. До тяхното пенсиониране те просто изпълнили минимално изискуемите мисии за да завършат строежа на  МКС и "Хъбъл" да бъде обслужен за последен път. Равносметката е следната: когато последната от тези совалки излетяла през 2011 година, тя била от същия тип, каквато е била първата совалка през 1981 година - практически непроменена. Изобщо и дума не може да става за сравнение с ракетите "Фалкън 9", които преминали през пет сериозни ъпгрейда.

Затова не бива да се чудим защо Илон Мъск успя там, където НАСА не можа.

https://www.cosmos.1.bg/portal/2014-10-24-20-54-26/4287-2021-why-falcon-succeeded