Физика против Маска: почему Starship V3 может оказаться ещё одной катастрофой

Знаете ли вы, что Starship должен был высадиться на Луне два года назад? Но сейчас на дворе 2026 год, а ракета так и не вышла на орбиту. Это отставание вышло за рамки любых шуток. С быстро приближающимся IPO SpaceX и пилотируемой миссией NASA «Артемида III» (для которой необходим Starship) не за горами, компании отчаянно нужен рывок вперёд. Именно это и должен обеспечить Starship V3, и Маск недавно объявил, что первый полностью укомплектованный V3 стартует в мае ^[1]. Главный вопрос звучит так: что должен совершить V3 и в какие сроки, чтобы вернуть эту программу-автокатастрофу в нормальное русло?

Цели и задачи

Начнём с того, какова реальная цель и как Starship должен работать для её достижения. Учитывая, сколько денег NASA вложило в Starship, «Артемида III» — пожалуй, главная задача для этой ракеты. Предполагается, что эта миссия будет использовать модификацию Starship в качестве системы посадки на Луну — Human Landing System (HLS) — для перемещения экипажа между лунной орбитой и поверхностью Луны. Изначально миссия была запланирована на прошлый год, но из-за огромного отставания ^[2] Starship её перенесли на конец 2028 года ^[2]. Более того, надзорный орган NASA уже выражает обеспокоенность: разработка Starship идёт настолько медленно, что задержки могут оказаться ещё значительнее. ^[3]

Итак, что именно должен сделать Starship для выполнения этой миссии?

Экипаж «Артемиды III» стартует на ракете NASA SLS и доберётся до лунной орбиты на корабле Orion, где состыкуется с HLS и использует его как лунный посадочный шаттл. HLS — по сути, модифицированная верхняя ступень Starship, так что SpaceX должна быть способна запустить её вместе со всей начинкой HLS и топливом до Луны через два года.

Но Starship не может отправиться прямо к Луне — сначала ему нужна дозаправка на орбите. Текущий план предполагает, что «танкерная» модификация верхней ступени Starship будет выведена на низкую околоземную орбиту (НОО). Её будут дозаправлять несколько запусков Starship — они состыкуются с танкером, перекачают криогенное топливо и вернутся обратно. Как только танкер будет заполнен, HLS стартует, состыкуется с ним, полностью заправится и отправится к Луне.

И вот в чём загвоздка: NASA хочет, чтобы SpaceX продемонстрировала всё это, а также посадку на Луну и взлёт с её поверхности в беспилотном режиме — прежде чем проводить пилотируемую «Артемиду III» с использованием HLS.

Для понимания масштаба: устаревший Starship V2 так и не достиг орбиты и перевёз лишь 16 тонн — то есть 16% от обещанной грузоподъёмности ^[4] — во время «успешного» суборбитального полёта. Поскольку орбиты он не достигал, орбитальную дозаправку даже не пытался отрабатывать. Успешно посадить верхнюю ступень ему тоже не удалось.

Что же нужно изменить в Starship V3, чтобы он был пригоден для «Артемиды III»?

Увеличение грузоподъёмности

Начнём с главного — с грузоподъёмности. Как я уже упоминал, V2 перевёз лишь 16 тонн на суборбитальных полётах, тогда как SpaceX заявляет о способности доставить 35 тонн на НОО — что, мягко говоря, выглядит некоторым преувеличением. Так или иначе, это катастрофически далеко от обещанных 100+ тонн на НОО, без которых вся эта орбитальная дозаправка просто не имеет смысла.

Во-первых, ракете нужно успешно выйти на орбиту с полезной нагрузкой — и это сложнее, чем кажется. Дополнительное топливо, необходимое для вывода Starship на НОО, составляет примерно 20 тонн (по расчётам Thunderf00t ^[5]), что означает: Starship V2 способен достичь лишь самой низкой возможной орбиты и только без полезной нагрузки!

Как же Маск решает эту чудовищную проблему?

Об этом я писал ^[6]раньше. V3 оснащён новыми двигателями SpaceX Raptor 3. За счёт удаления теплозащитного экрана и перехода на более широкое использование абляционного охлаждения (когда криогенное топливо охлаждает двигатель перед сгоранием) Raptor 3 на 105 кг легче предыдущего Raptor 2 — это экономит более четырёх тонн на каждой ракете. Raptor 3 также стал мощнее: общая тяга возросла на 9%. Кроме того, ускоритель V3 несёт на 12% больше топлива, чем V2, а верхняя ступень — на 6% больше. Для этого V3 заметно длиннее V2, однако его сухая масса, по имеющимся данным, на 20–30% меньше — то есть примерно на 100 тонн.

Всё это должно увеличить грузоподъёмность Starship — но достаточно ли этого, чтобы перейти от 16 тонн на суборбитальном полёте к 100 тоннам на орбите? Очень сомневаюсь.

Есть и проблема надёжности. Отказы верхней ступени Starship V2 были вызваны вспышками ^[7] в двигателях (из-за преждевременного воспламенения топлива, которое может провоцировать абляционное охлаждение) и недостаточной структурной прочностью ^[8]. Поэтому увеличение мощности двигателей, снятие с них теплозащиты, значительное увеличение массы топлива и трансформация конструкции ракеты — на большую, но более лёгкую — вполне могут резко увеличить риск катастрофического разрушения. Наращивать орбитальную грузоподъёмность бессмысленно, если шансы добраться до орбиты минимальны.

Starship V3 должен доказать, что эти изменения позволят не просто увеличить грузоподъёмность более чем на 600% до 100 тонн, но и добиться этого надёжно. Трудно передать словами, насколько титанической задачей это является, учитывая катастрофически низкую отправную точку V2.

Дозаправка

У Starship V3 так мало времени на испытания орбитальной дозаправки, что ему практически придётся браться за это сразу. Здесь возникают четыре серьёзнейшие проблемы.

Первая: Starship должен доказать, что способен безопасно находиться на НОО в течение длительного времени. Этот район пространства невероятно загружен — там вращаются спутники типа Starlink, МКС и масса космического мусора, — а значит, придётся постоянно и активно уклоняться от потенциально катастрофически дорогостоящих столкновений. Звучит, может, и не слишком сложно, но «танкерная» модификация будет одним из крупнейших и безусловно самых тяжёлых объектов на НОО, что делает манёвры исключительно трудными. SpaceX должна доказать, что риск превращения Starship в бульдозер на НОО функционально равен нулю — только тогда разрешение «припарковать» его там на месяцы или годы будет получено.

Вторая: стыковка. Starship V2 не отличался особой управляемостью в космосе — верхняя ступень теряла контроль несколько раз во время полётов 8 ^[9] и 9 ^[10]. Но для орбитальной дозаправки два Starship длиной 70 метров каждый с суммарной массой более 3000 тонн должны успешно состыковаться друг с другом на НОО. Орбитальная стыковка объектов таких размеров никогда прежде не выполнялась — потому что это безумно сложно! Потребуется ювелирно точное управление, и даже при этом действующие силы будут колоссальными. Не говоря уже о том, что стыковочные системы должны быть достаточно прочными, чтобы удерживать эти гигантские тела вместе и не подвести. И всё это Starship должен проделывать с почти стопроцентной надёжностью — потому что авария при стыковке с почти полным танкером Starship может обернуться чудовищно дорогостоящим взрывом и провалом всей миссии.

Так что, выйдя на орбиту, V3 должен доказать полностью надёжное и практически безупречное управление в условиях невесомости.

Третья: непосредственная перекачка топлива.

В качестве топлива Starship использует сжиженный кислород ^[11] и метан под давлением — криогенные вещества. Работа с ними крайне сложна. Их чрезвычайно низкие температуры создают термическое напряжение в компонентах, которые неравномерно сжимаются при охлаждении, — это резко увеличивает риск утечек и полных разрушений. Помимо этого, их высокое давление и крайняя летучесть означают, что даже маленькая утечка превратится в разрушительный взрыв. Как я уже писал в одной из предыдущих статей, работа с этим топливом настолько опасна, что один Starship взорвался прямо на Земле во время заправки! Я даже примерно подсчитал: если орбитальная дозаправка имеет такой же процент взрывов, как нынешняя наземная, то вероятность окончания миссии Starship на Луну или Марс грандиозным огненным взрывом во время орбитальной дозаправки составляет 82,6%.

Иными словами, Starship V3 должен не просто освоить орбитальную криогенную дозаправку, но и делать это практически без риска взрывного отказа.

Это особенно критично в свете четвёртой проблемы. Большинство изданий утверждают, что «танкерному» варианту Starship потребуется 10 дозаправок, чтобы полностью заправить Starship, летящий на Луну или Марс. Но это неверно, потому что существует явление испарения топлива — «boil-off».

Я уже касался этой темы раньше: даже в космосе солнечное тепло будет нагревать криогенное топливо и испарять его. Скорость испарения может варьироваться от 0,5% до 5% в сутки — и одно только это способно резко увеличить необходимое количество дозаправочных запусков.

Например, в одной из предыдущих статей я был очень щедр в допущениях: принял скорость испарения 1% в сутки, 100 тонн топлива за один дозаправочный рейс (если Starship достигнет грузоподъёмности 100 тонн на НОО) и частоту запусков раз в неделю. При всех этих оценках — как долго, по-вашему, орбитальному танкеру понадобится накопить 1600 тонн, необходимых для полной заправки Starship?

Через 110 дозаправочных миссий, которые займут более двух лет при таком темпе, система достигает непреодолимого равновесия на уровне 1428 тонн — то есть 89% от ёмкости. В этот момент танкер теряет 100 тонн в неделю из-за испарения, а еженедельные дозаправочные рейсы лишь восполняют эти потери.

И ещё: по моим оценкам, реалистичная стоимость одного запуска многоразового Starship составляет около 70 миллионов долларов ^[12]. Это означает, что лунная миссия Starship обойдётся в 7,7 миллиарда долларов — почти в четыре раза дороже аналогичного запуска NASA SLS ^[13].

Даже незначительное испарение топлива резко увеличивает стоимость и время лунной экспедиции. Поскольку каждая дозаправочная миссия создаёт риск взрыва танкера и провала всей программы, испарение также драматически увеличивает вероятность катастрофы.

Итог: чтобы провести «Артемиду III» в конце 2028 года, V3 должен стартовать и начать заправку орбитального танкера до конца этого года. Это означает, что за следующие девять месяцев V3 должен выйти на орбиту, достичь обещанной грузоподъёмности 100 тонн на НОО, испытать и подтвердить почти безупречную надёжность орбитальной дозаправки, снизить скорость орбитального испарения до 1% в сутки или ниже и увеличить частоту запусков с нынешних раз в два месяца до раза в неделю. При этом NASA требует предварительную демонстрационную миссию — то есть SpaceX нужно вывести танкер на орбиту и заправить его за несколько месяцев до этого, и одновременно выйти на темп двух запусков в неделю для подготовки и демонстрационной, и основной миссии «Артемиды III».

Это монументальный скачок, который Starship должен совершить за считанные месяцы.

Повторное использование верхней ступени

Чтобы колоссальное наращивание частоты запусков вообще стало финансово возможным, V3 должен решить вопрос многоразового использования верхней ступени. Как я уже писал, её строительство обходится, по всей видимости, более чем в 100 миллионов долларов ^[14]. Если SpaceX не освоит многоразовость — стоимость запусков вырастет более чем вдвое!

Для контекста: моя оценка в 70 миллионов долларов за запуск исходит из того, что верхняя и нижняя секции Starship выдержат 33 запуска при минимальном обслуживании. На первый взгляд не так страшно — ускоритель Falcon 9 рассчитан на 34 полёта, и хотя он тоже требует серьёзного обслуживания между рейсами, SpaceX сократила время подготовки к повторному запуску до девяти дней. И SpaceX уже проводила мягкие приводнения верхней ступени. Так что, может, они близки к цели?

К сожалению, повторное использование ускорителя и верхней ступени — это принципиально разные задачи. Верхняя ступень Starship должна набирать орбитальную скорость, а это означает, что при посадке ей нужно погасить в 72 раза больше кинетической энергии ^[15], чем ускорителю! Аэродинамическое торможение рассеивает большую часть этой энергии через гигантский теплозащитный экран верхней ступени.

И что ещё хуже — похоже, у SpaceX нет теплозащитного экрана, способного выдержать эти температуры и при этом подходить для повторного использования. Thunderf00t опубликовал отличное видео с анализом фрагмента теплозащитной плитки Starship ^[16]: устаревшие материалы и небрежная конструкция явно оптимизированы под замену после каждого полёта, а не под многократное применение. Учитывая размеры и стоимость такого экрана, это неприемлемо. Ходят слухи, что эти плитки и вовсе недостаточно эффективны, и внутри Starship при посадке становится слишком жарко — это может повреждать конструктивную целостность и системы, требуя масштабного ремонта перед каждым повторным запуском.

V3 должен доказать, что SpaceX способна успешно посадить и быстро перезапустить верхнюю ступень Starship. Для этого нужен теплозащитный экран, который надёжно защищает внутренние системы и конструкцию от термических повреждений и при этом достаточно прочен для нескольких запусков без серьёзного техобслуживания. Однако, как указывает Thunderf00t, наука ^[17] пока не создала материала с такими свойствами, который не требовал бы колоссальной прибавки в весе — а её Starship просто не может себе позволить. Так что V3 должен буквально достать кролика из шляпы.

Успеть вовремя

«Артемида III» запланирована на конец 2028 года. Даже при оптимистичных допущениях о грузоподъёмности Starship и скорости испарения топлива SpaceX должна вывести на НОО два танкерных варианта и запускать по два дозаправочных рейса в неделю до конца этого года, чтобы успеть в срок. Получается, что для своевременного проведения «Артемиды III» Starship V3 должен:

• наконец выйти на орбиту

• увеличить грузоподъёмность более чем на 600%

• повысить надёжность запусков

• освоить орбитальную стыковку двух Starship

• решить проблему орбитальной перекачки криогенного топлива

• сделать эту перекачку безопасной

• обеспечить полную многоразовость всей ракеты

• увеличить частоту запусков с одного раза в два месяца до двух раз в неделю — то есть на 1700%

Сможет ли SpaceX сделать всё это в срок?

Лично я — не думаю. В лучшем случае V3 окажется лишь немного менее провальным, чем Starship V2. Но это моё мнение, и я просто очередной человек в интернете. Настоящий вопрос звучит иначе: а вы верите в то, что SpaceX это осилит?