Почему у SpaceX есть все шансы приземлиться на Марсе

Не так давно SpaceX во всеуслышание заявила, что будет на Марсе уже в 2018 году. Получится ли? Инженеры, знакомые с процессом подготовки компании к космическим полетам, говорят, что да. Оказывается, компания тихо испытывала техники приземления на Марсе в процессе возвращения своей первой ступени. В сентябре 2014 года ракета Falcon 9 взлетела во Флориде с космическим аппаратом Dragon на борту, чтобы доставить его на Международную космическую станцию. В капсуле был весьма интересный груз, включая первый 3D-принтер, который предстояло испытать в космосе, а также 20 мышей-космонавтов. Но самая любопытная часть миссии началась, когда Falcon 9 выпустила свою верхнюю ступень и начала падать на Землю.


По мере спуска в верхние слои атмосферы Земли, двигатели ракеты активировались. Через несколько минут первая ступень приводнилась в Атлантическом океане, и это стал последний рейс такого характера, прежде чем SpaceX начала пытаться посадить свою ракету на автономную баржу. И хотя SpaceX испытывала технологии, необходимые для наземных посадок ее многоразовой ракеты Falcon 9, параллельно с этим предпринимались первые шаги на пути к Марсу.

Да, вы все верно поняли: в процессе этого запуска — и десятка других с конца 2013 года — SpaceX тихо проводила первые летные испытания технологии под названием «сверхзвуковая ретро-тяга», или ретро-движение, в условиях, приближенных к марсианским. Двигатели Falcon 9 активировались на высоте 70 метров и работали до высоты 40 километров — в этом промежутке разреженные верхние слои атмосферы Земли могут походить на марсианские. Falcon 9 летела к Земле через атмосферу на сверхзвуковой скорости, а ее двигатели работали в противоположном направлении, поэтому компания вполне могла бы попробовать приземление на Марсе.



Первая ступень Falcon 9 начинает «работать» на высоте 70 километров

В этих испытательных полетах — вся SpaceX: осуществляя основную миссию (доставку груза на Международную космическую станцию), компания также параллельно с этим опробовала другие технологии. Компания также нашла способы построить наземные системы, которые могли бы работать на Марсе. Космический аппарат Dragon 2, построенный для перевозки астронавтов на Международную космическую станцию, имеет восемь двигателей SuperDraco, на которых зиждется система аварийной отмены и катапультирования капсулы в случае необходимости. Но SpaceX планирует использовать эти же двигатели для сверхзвуковой ретро-тяги в марсианской атмосфере.

До этих недавних испытаний, однако, инженеры не были уверены в том, сработает ли этот вид продвинутого движения. NASA и американские университеты испытывали сверхзвуковую ретро-тягу в моделированиях вычислительной динамики жидкостей и в аэродинамических трубах, но не вживую. Вполне понятно, что многие инженеры сомневались в стабильности транспорта во время турбулентного периода, когда его ракетный двигатель выстреливает прямо в атмосферу в процессе движения через нее на сверхзвуковой скорости.

SpaceX начала испытывать сверхзвуковую ретро-тягу еще в сентябре 2013 года, когда компания впервые облетала свою модернизированную ракету Falcon 9 v1.1, у которой было на 60% больше тяги, чем у оригинала. И хотя этот транспорт впервые вышел в небо — это был испытательный полет — SpaceX уже начала сбор данных о контролируемом спуске в условиях, приближенных к марсианским, в верхней атмосфере. Годом спустя, на фоне растущего интереса со стороны NASA, самолет WB-57 космического агентства и самолет ВМС NP-3D Orion следовали за Falcon во время повторного входа в атмосферу, делая снимки и собирая термические данные.

Среди тех, кто жадно наблюдал за этими испытательными полетами, был Бобби Браун, аэрокосмический инженер из Технологического института Джорджии, который вел совместную исследовательскую деятельность со SpaceX и NASA, изучая сверхзвуковую ретро-тягу. «У меня есть доступ ко всем этим данным, и я хочу сказать, что всякий раз все работает прекрасно, — говорит он. — Стабильность под контролем, и хотя остаются некоторые проблемы, никаких накладок нет».

Реактивное приземление играет ключевую роль в возможных миссиях к Красной планете по одной простой причине: оно масштабируется. В 2015 году Браун, Хоппи Прайс и несколько других инженеров написали статью для Американского института аэронавтики и астронавтики, описывая, как сверхзвуковое ретро-движение можно было бы использовать для приземления до 28 тонн ценного груза на поверхности Марса. Аппараты и ракеты будут отличаться, но основные технологии приземления будут теми же. По словам Брауна, SpaceX работает именно над тем, как он сам хотел бы приземлять людей на Марс.

Успешное приземление Dragon на Марсе будет беспрецедентным. Ему придется войти со всеми своими восемью тоннами в марсианскую атмосферу и сжечь две этих тонны в качестве топлива, чтобы добраться до поверхности. Для сравнения, возьмем самый большой объект, который люди когда-либо приземляли на Марсе, марсоход «Кьюриосити». До входа в атмосферу он весил 3,6 тонн и к моменту приземления отбросил порядка 900 килограммов.

Брауна можно считать достаточно квалифицированным, чтобы поверить его словам в будущий успех SpaceX. В 2010 году его назвали главным технологом NASA, и он сформулировал программу Space Technology, чтобы помочь NASA разработать передовые технологии для входа в атмосферу, спуска и приземления, которые понадобятся для осуществления миссий на Марс. После ухода из NASA он работал с этим же космическим агентством и со SpaceX над технологиями реактивного спуска. И он уверен в шансах SpaceX на успех. «Это не выпендреж, — говорит он. — Это то, над чем они довольно долго работали. Не поймите меня неправильно, определенная доля риска, конечно, есть. Но они знают, что делают. Они опробовали кучу этих технологий для посадки на Марсе здесь, на Земле. Это существенно повышает их шансы на успех».

Спустя три месяца после испытательного полета в сентябре 2014 года вместе с правительственными самолетами, собирающими данные, NASA тоже увидело достаточно. Агентство подписало соглашение о космосе со SpaceX, предложив помощь в глубокой космической навигации и коммуникациях, если компания поделится летными данными. Если бы NASA проводило такие испытания самостоятельно, это обошлось бы агентству в 3 миллиарда долларов, говорит Браун. А это очень много для NASA, впрочем, как и для SpaceX.