Экс-специалисты NASA сделали заявление о том, что свежее видео испытаний самого крупного космического аппарата за всю историю вновь продемонстрировало дефекты и недостатки его теплозащитного слоя. По их мнению, любая из ныне существующих технологий подобного рода слишком громоздка для осуществления плана Илона Маска по оперативной и безремонтной многократной эксплуатации Starship.

Во время 13-х летных испытанийStarship продемонстрировал значительный прогресс: практически все этапы программы, за исключением замедления первой ступени, прошли успешно. Космический корабль, не получив повреждений аэродинамических поверхностей или корпуса, совершил мягкую посадку на воду в Индийском океане и впоследствии продержался на его поверхности более ста километров, что свидетельствует о высокой герметичности.

Тем не менее, на ряде из восемнадцати тысяч керамических элементов теплозащитного слоя корабля были обнаружены белые пятна. Они являются остатками абляционной защиты, которая была нанесена между этими элементами. У некоторых плиток наблюдались сколы по краям и небольшое количество было потеряно во время повторного входа в атмосферу. Дэн Раски, бывший инженер NASA с почти сорокалетним опытом работы над материалами для теплозащитных экранов, дал комментарии по ситуации изданию ArsTechnica.

«Текущая система защиты от перегрева Starship – это неэффективный подход к миссиям, предполагающим полную и оперативную повторную эксплуатацию», — подчеркнул он. По его словам, NASA столкнулось с аналогичными трудностями полвека назад при создании космических челноков. Тогда применялись десятки тысяч керамических плиток для защиты алюминиевой обшивки от нагрева во время входа в атмосферу. Раски – опытный разработчик и один из создателей материала PICA (фенол-пропитанный абляционный материал). Усовершенствованная версия этого материала используется для теплозащиты космического корабля Crew Dragon, доставляющего на орбиту американских и российских космонавтов.

Неудачи в разработке керамической теплозащиты постоянно подрывали усилия NASA. Изначально предполагалось, что шаттлы будут эксплуатироваться многократно ежегодно – только при таком режиме использования можно было бы достичь экономически выгодных цен на доставку грузов в космос; однако поиск дефектов и последующий ремонт защитного слоя занимали значительное время, нередко месяцы. Этот фактор стал решающим в отказе от керамической теплозащиты для всех последующих космических аппаратов, одобренных Агентством.

Раски совместно с бывшим астронавтом Чарльзом Камарда и руководителем NASA временного характера, Чарльзом Миллером, провели оценку потенциала быстрого повторного использования Starship и констатировали сохраняющуюся сложность ситуации. На фотографиях корабля, находящегося в море, заметны белые отметины – свидетельство того, что небольшое количество газов во время торможения проникло между керамическими элементами теплозащиты и частично удалило защитный слой. Аналогичные повреждения наблюдаются на краях некоторых плиток. Трещины, обнаруженные на других плитках, указывают на то, что используемый материал все еще слишком подвержен разрушению для многократного применения без проведения ремонта.

При отсутствии подобной защиты Starship вполне сможет применяться для вывода в космос множества крупных спутников или организации пилотируемых миссий к Луне и Марсу. Однако масштабные, тысячи рейсов к Марсу, которые Илон Маск считает необходимыми для создания колонии на Красной планете, становятся практически невозможными.

Суть проблемы заключается в том, что для осуществления подобных полетов каждому Starship с пассажирами и полезной нагрузкой потребуется заправка не менее чем двумя десятками раз. Соответственно, понадобится огромное количество – десятки тысяч экземпляров – ракет-танкеров Starship, имеющих схожую конструкцию, но предназначенных исключительно для транспортировки жидкого кислорода и метана. Если обеспечить высокую частоту повторного использования, позволяющую запускать один танкер несколько раз в течение суток, их потребуется относительно немного. Однако при перерыве между циклами эксплуатации продолжительностью всего две недели понадобится уже около тысячи таких аппаратов.

Раски полагает целесообразным создание программы NASA, направленной на исследование новых типов теплозащитных покрытий и материалов для них. Вместе с тем остается неясным, насколько эффективной окажется такая инициатива. Керамическая защита по-прежнему лишена достойных аналогов: например, PICA производится длительным способом в автоклаве и функционирует за счет абляции – процесса удаления материала с поверхности космического корабля. Повторное нанесение такого покрытия перед каждым стартом было бы еще более трудоемким и сложным процессом, чем ремонт керамической плитки.

В конце 2010-х годов альтернативное решение предложил сам Илон Маск: использовать испарение жидкого метана для охлаждения стальной обшивки Starship. Метан закачивается под оболочку корабля в тех зонах, где требуется теплозащита. Этот метод упрощает многоразовое использование без необходимости ремонта, но влечет за собой значительные затраты метана и уменьшает полезную нагрузку аппаратуры.

На данный момент не ясно, какой путь выберут разработчики SpaceX в данной ситуации, но учитывая опыт компании в решении технических задач, можно предположить, что решение будет найдено. Более серьезным вопросом остается возможность достижения этой цели в период 2020-х годов.