Насколько безопасен запуск ракет? (Часть 1)

В громадном индустриальном здании на западе Лос-Анджелеса станки изготавливают детали того, что может стать следующим поколением ракет и герметических капсул выводящих американцев в космос. Другие станки упорно работают на заднем плане - это часть сборочной молодой компании SpaceX, которая выросла в тени таких аэрокосмических гигантов, как Northrop Grumman и Boeing. Через несколько лет SpaceX собирается поместить капсулу Дракон в свою ракету Фалькон 9 и отправить её с грузом в космос. Чуть позже компания надеется начать доставку астронавтов НАСА на международную космическую станцию.

1. The Dawn of Discipline
2. Lighter Than Air
3. Where Have All the Phantoms Gone?
4. Travels with Churchill
5. License to Thrill
6. X-Racers
7. Welcome to Yodaville
8. The Goodbye Guys
9. A&S Interview: Captain Eric Brown

Этот сборочный цех был построен в 1966 году компанией Northrop Grumman и в последний раз использовался для сборки фюзеляжей Boeing 747.Welcome to Cyberairspace

Дракон похож на слегка увеличенную версию герметичных капсул Меркурия, Джемени и Аполлона, некогда поднимавших американцев в космос. Но если SpaceX собирается запускать в космос астронавтов, то она должна будет стать первой частной компанией, которая будет соответствовать малоизвестному набору требований по безопасности НАСА, NPR 8705.2B, "человеческие требования к космическим системам". Этот путеводитель НАСА по тому, как доставить людей в космос, был сильно пересмотрен после того, как последняя пилотируемая космическая система агентства, Спейс Шаттл, оказалась слишком не безопасной.

НАСА широко определяет человеческие требования как процесс длительного проектирования. Космический корабль с людьми на борту должен предложить команде достаточную управляемость, чтобы справится с любыми чрезвычайными ситуациями, и использовать все способы по достижению целей миссии. У команды также должно быть средство справиться со всеми видами чрезвычайных ситуаций на любом этапе пути.

Руководящий принцип этого документа выражает философию: "Прежде всего, человеческие требования являются больше чем просто ряд требований, процессов или сертификаций". Уилсон Харкинс, директор группы поддержки проекта из управления НАСА по вопросам безопасности и обеспечения полётов, считает, что человеческие требования это не просто листок бумаги с необходимыми пунктами. По его словам, "они вовлекает мышление, где каждый человек чувствует себя лично ответственным за свою часть проекта и за безопасность команды".

Проблемы безопасности стимулируют планы НАСА по прекращению полётов челноков в следующем году. Программа преемник, Созвездие, включает ракету, Арес I и капсулу Орион которые будут закончены не ранее 2015 года. Во время пятилетнего промежутка НАСА будет вынуждена покупать места в российской капсуле Союз. Однако Дракон компании SpaceX, частично разработанный на деньги НАСА, может предложить американскую хорошую экономичную альтернативу. Компания планирует придерживаться бюджета, по которому одно место в капсуле не стоило бы дороже 15 миллионов долларов. В капсуле Союз место стоит 35-45 миллионов долларов. Так что, SpaceX проверит ключевой вопрос: действительно ли возможно сделать ракету как безопасной, так и дешёвой?

Самоуверенным основателем этого предприятия является Элон Маск, 37 лет, сделавшийся миллионером на продаже PayPal аукциону eBay. Он любит вспоминать, как в детстве ездил на переднем сиденье автомобиля без ремней безопасности. "Если бы произошло ДТП, я оказался бы на 30 метров впереди, - рассказывает он, хихикая. – Сегодня общество стало менее терпимым к риску. Сегодня не приемлемо запихивать кого-либо в Атлас или Титан - межконтинентальные баллистические ракеты, преобразованные в средства выведения ранних астронавтов НАСА".

Андрей Смит упоминает в своей книге, «Лунная пыль», фразу Рене Карпентер, жены Скотта Карпентера, второго американца в космосе. "Вы знаете, во время последнего испытательного запуска Атласа я стояла неподалёку с Джо Ширрой [жена астронавта Вальтера Ширра], и ракета взорвалась прямо перед нами! Это было ужасающим. Среди нас быстро распространился фатализм и чёрный юмор. Я тогда сказала «славу Бога, в ней не было обезьян»".

Имея учёные степени в экономике и физике, Маск долго думал о создании безопасных средств выведения. Он считает межпланетное путешествие одним из наиболее важных шагов в эволюции жизни. "Если в будущем нам уготовано быть прикованными на Земле, то это действительно угнетает, - считает он. - Исследование с целью получения знаний, очевидно, является стоящим усилием, но важно помнить, что мы всего лишь обнаруживаем то, что уже имеется. Ученые, а я считаю себя частично одним из них, иногда забывают, что наука только тогда уместно, когда выживают люди". Маск заверяет, что он не поместил бы никого в свою ракету, если бы он не считал, что она достаточно безопасна.

В октябре 2008 года SpaceX, наконец, успешно запустила на орбиту Фалькон 1, свою первую ракету. Этому запуску предшествовали три неудачных запуска. "Я думал, что добраться до орбиты будет сложно, но эта задача оказалась ещё сложней", - рассказывает Маск.

Следующим шагом должен стать запуск Фалькон 9 - 50 метров в высоту, две ступени, 5 метров в диаметре (в самом широком месте), с девятью ЖРД с регенеративным охлаждением SpaceX. Кстати ракета Фалькон 9 уже установлена для своего первого запуска во Флориде.

НАСА инвестирует средства в SpaceX в рамках своей программы Коммерческие Орбитальные Транспортные Услуги, программу направленная на развитие частных транспортных средств, которые когда-нибудь могут понадобиться агентству. Эти деньги помогут фонду SpaceX в дорогом процессе разработки и сертификации системы, которая когда-нибудь выведет людей в космос.

Разработка SpaceX пока идёт по плану, и компания опережает корпорацию орбитальных наук, ещё одну компанию, получающую финансирование от НАСА. SpaceX с самого начала проектировала свою систему в расчете на человека, без любой гарантии что НАСА посадит туда людей. Поскольку капсула будет состыковаться с космической станцией, она должен соответствовать приблизительно 80 процентам стандартов человеческих требований.

Требования человека лежат в трёх основных областях: структурные элементы, такие как стенки топливного бака; избыточность, такая как резервное питание и системы управления; и факторы полёта, такие как траектория запуска, которая определяет перегрузку – груз может противостоять большим перегрузкам, чем человеческое тело. После двух крушений челноков управление астронавтов НАСА настояло, чтобы любая новая система запуска должна быть на порядок безопаснее, чем Спейс Шаттл. "Если мы желаем послать исследователей в космос на всё более и более честолюбивые миссии, мы должны сначала решить проблему с стабильной благополучной доставкой их на орбиту, что пока не возможно с нашими текущими системами запуска". Статистически, из 1 000 запусков американского челнока девять потерпят неудачу со смертельным исходом. Управление астронавтов хотят, что бы на тысячу запусков было не больше, чем один несчастный случай. 

В отличие от русского Союза, если во время подъема у Шаттла что-то пойдёт не так, то у него нет никаких спасательных систем. Таким образом, стандарты НАСА по человеческим потребностям теперь требуют автоматизированной системы «аварийного прекращения полёта и спасения», которая работает на протяжении всей дороги до орбиты.

Фактически, ракета менее надежная, чем ракетоноситель Шаттла, может быть сделана безопасней всего одной модификацией - добавлением системы аварийного прекращения полёта, такой как была у Аполлона. Такая система использует мощные ракеты, чтобы увести капсулу подальше от падающего носителя. Подобная система Союза дважды спасала космонавтов, один раз на стартовой площадке и один раз в полете. НАСА планирует оборудовать Орион такой же системой.

Кроме того, траектория ракеты должна быть продумана так, чтобы астронавты пережили бы аварийное прекращение полёта. Беспилотные ракеты, такие как Дельта IV и Атлас V, обладают маломощной второй ступенью и поэтому они запускаются по траектории с превышением. При такой траектории, когда первая ступень направлена слишком высоко, ракета фактически начинает падать прежде, чем включается вторая ступень. Если полёт астронавтов резко прервать в этой точке, то их капсула могла бы слишком резко упасть вниз и вызвать чрезвычайные перегрузки. "Все структурные запасы прочности были бы использованы, и вы почти наверняка убили бы людей, - рассказывает Маск. - Это было одной из главных причин, почему НАСА не использует эти ракеты носители для пилотируемых космических полётов".

Таким образом, SpaceX проектировал ракетоноситель Фалькона 9 со второй ступенью приблизительно в четыре раза мощнее второй ступени Атласа или Дельты, что позволяет использовать более наклонную и мягкую траекторию. Конечно, дополнительное топливо увеличивает расходы, однако если полёт астронавтов будет прерван, то Дракон будет катапультирован горизонтально и соответственно он плавне соскользнёт в атмосферу.

Ракета Фалькон 9 станет первой американской ракетой со времён Сатурна, который может потерять двигатель, не ставя под угрозу людей. Основные структурные компоненты будет построены с запасов в 40 процентов. Запас прочности для беспилотных ракет обычно на 25 процентов выше ожидаемых перегрузок.

По материалам Air & Space/Smithsonian