Как собирают новую сверхтяжелую ракету НАСА

Несколько десятилетий подряд у НАСА не было носителя тяжелого класса, способного долететь до Луны. Теперь же американское космическое агентство создает ракету, которая сможет достичь и более удаленных от нас объектов Солнечной системы. Корреспондент BBC Future посетил предприятие, собирающее первые экземпляры новой ракеты.

Если вы зададитесь целью запомнить хоть один факт из этой статьи, выберите вот такой: новая американская ракета сможет доставить на орбиту 12 взрослых слонов – такой наглядный пример использует НАСА, чтобы проиллюстрировать невероятную мощность своей новой ракеты.

В стартовом положении высота Space Launch System (SLS, Система космических запусков) будет превышать высоту Статуи Свободы (93 м). Масса ракеты превысит массу семи с половиной полностью загруженных авиалайнеров Boeing 747, а мощность ее двигателей – мощность 13 400 электровозов. При помощи SLS человек сможет отправиться за пределы земной орбиты впервые с 1972 г., когда носитель “Сатурн-5” доставил на Луну астронавтов экипажа “Аполлон-17”, последней на сегодняшний день американской пилотируемой экспедиции к спутнику Земли.

“Это будет уникальная ракета, – говорит системный инженер программы SLS Дон Стэнли. – Она поможет человеку вернуться на Луну и отправиться еще дальше – на астероиды и Марс”.

Стэнли работает в Центре космических полетов имени Джорджа Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, за неприступной оградой Рэдстоунского арсенала – базы Авиационно-ракетного командования Армии США. Уже 60 с лишним лет именно здесь – сердце американской программы разработки ракетной техники военного и гражданского назначения. Огороженная территория площадью в 154 кв. км усеяна полигонами, испытательными стендами и списанной космической техникой.

Универсальная ракета

Среди космического “мусора” на территории базы – непрочного вида конструкция, использовавшаяся для наземных испытаний ракеты, доставившей на орбиту первого американского астронавта; толстая металлическая оболочка корабля с атомным двигателем, проект которого так и не был воплощен в жизнь; а также бочкообразные двигатели “Сатурна-5”. Рядом с парковкой лежат отработанные твердотопливные ускорители челнока Спейс Шаттл с обнадеживающей надписью на боку: “Пустой”.

Пока мы проезжаем эти исторические достопримечательности, Стэнли говорит, что новая ракета будет гораздо более универсальной, чем ее предшественницы.

В 1972 г. носитель “Сатурн-5” доставил на Луну астронавтов экипажа “Аполлон-17”

“Если потребуется отправить экипаж к астероиду, чтобы изменить его орбиту, наша ракета сможет выполнить эту задачу, – говорит она. – А если будет нужно полететь к Марсу, она долетит до Марса. SLS способна закрыть собой весь спектр потенциальных космических экспедиций, который на данный момент рассматривается правительством США”.

Ракета строится специально под пилотируемый космический корабль “Орион”, который был успешно испытан (без экипажа) в декабре прошлого года. Хотя SLS является новой разработкой, в ней воплощены многие технологические решения из предыдущих программ НАСА.

Первые четыре экземпляра SLS снабдят двигателями, оставшимися от программы Спейс Шаттл. Твердотопливные ускорители ракеты будут представлять собой удлиненные версии тех, что использовались на челноках, а конструкция верхней ступени основана на чертежах “Сатурна-5”, разработанного в 1960-х гг. Стэнли не видит ничего особенного в этом заимствовании технологий.

“Чтобы оторваться от Земли, нам так или иначе потребуется ракета, поэтому мы и используем наработки программ “Аполлон” и Спейс Шаттл, – отмечает она. – Но, помимо этого, мы внедряем и новые технологические решения. Центральный ракетный блок разработан с нуля; мы также применяем новые производственные технологии. В результате у нас будет эффективная и доступная по стоимости ракета”.

Велосипеды и электрокары

Саму SLS собирают в шести часах езды к югу от Хантсвилла, на обширном сборочном предприятии НАСА в пригороде Нового Орлеана Мичауд. Фабрика, вытянувшаяся почти на километр в длину, раньше использовалась для сборки ракет “Сатурн-5”; до недавнего времени – внешнего топливного бака Спейс Шаттла.

Из-за гигантских размеров предприятия сотрудники передвигаются по территории на велосипедах – или, если повезет, на белых электрокарах с эмблемой НАСА на борту.

“У нас здесь сотни велосипедов, – говорит технический директор Пэт Уипс, когда нашему электрокару попадается навстречу группа велосипедистов. – В свое время наша собственная мастерская по ремонту велосипедов была крупнейшей на юге США”.

Запуск ракеты – это всегда впечатляющее зрелище. Каким же будет запуск SLS?

Мы проезжаем мимо секций и обтекателей новой ракеты, расставленных по территории предприятия наподобие модернистского Стоунхенджа. Элементы носителя выполнены из алюминиевых листов. Местами толщина внешней оболочки не превышает нескольких миллиметров. Конструктивная прочность достигается благодаря внутренним металлическим решетчатым фермам. Эти блестящие секции вскоре будут сварены воедино и превратятся в центральный ракетный блок, внутри которого будут размещаться топливные баки, двигатели и системы управления.

“Все в этой программе огромное; размер конструкций тоже впечатляет, но допуски, которые нам необходимо выдерживать, чрезвычайно малы, – говорит Уип, когда мы подъезжаем к одному из нависающих над нами сварочных аппаратов. – На некоторые элементы ракеты приходится смотреть снизу, запрокинув голову, только чтобы увидеть, где они заканчиваются, а точность сборки при этом должна составлять тысячные доли сантиметра”.

Передовой метод сварки

Для соединения отдельных частей ракеты применяется перемешивающая сварка трением, которая буквально склеивает вместе два слоя металла.

“Обычная сварка сопровождается выделением большого количества тепла, открытым огнем и дымом, – объясняет инженер Брент Гэддз. – Метод, который используем мы, отличается тем, что металл не плавится до конца. Два слоя просто притираются друг к другу. Температура металла при этом не превышает точки плавления”.

Перемешивающая сварка трением

За этим процессом очень интересно наблюдать: две пластины скрепляются вместе, после чего вращающийся валик, управляемый при помощи компьютера, начинает двигаться вдоль стыка. Для сварки даже самых длинных отрезков требуется всего несколько минут, а прочность и надежность получившихся швов несравненно выше, чем при использовании традиционных сварочных методов.

Наиболее впечатляющая часть предприятия в Новом Орлеане – цех, в котором производится окончательная сборка центрального ракетного блока. Семнадцатиэтажное здание целиком занято автоматическим сварочным аппаратом – самой гигантской машиной перемешивающей сварки трением из когда-либо построенных.

“Это не просто станок, увеличенный в размерах, – отмечает Уипс. – Это совершенно новый аппарат. Ничего подобного никто до сих пор никто не делал. С другой стороны, и ракета, которую мы строим, станет самой большой из когда-либо стартовавших с поверхности Земли”.

Вперед в неизведанное

Первый запуск SLS запланирован на 2018 г. У инженеров в Мичауде и Центре Маршалла в запасе чуть больше двух лет на то, чтобы построить первый центральный блок, испытать двигатели маршевой ступени и ускорители, а потом доставить ракету на барже вдоль побережья Мексиканского залива к месту окончательной сборки в Космическом центре имени Кеннеди на мысе Канаверал, штат Флорида. По соображениям безопасности первый полет – на большее удаление от Земли, чем у самых дальних пилотируемых экспедиций в истории – будет беспилотным.

Возможно, SLS будет использоваться для пилотируемых полетов к Марсу

“Мы собираемся отправить ракету примерно на 48 000 км дальше, чем летали лунные экспедиции “Аполлон”, – говорит Стэнли. – Нам необходимо соблюсти баланс между безопасностью будущих экипажей и техническими возможностями ракеты – мы хотим убедиться в том, что идем на приемлемый риск”.

Ее точку зрения разделяет Уипс, на стенах кабинета которого висят фотографии экипажей погибших шаттлов “Челленджер” и “Коламбия”. По словам, Уипса, весь персонал предприятия в Мичауде осознает, что создаваемая здесь ракета предназначена для пилотируемых полетов.

“Нас часто посещают астронавты и члены их семей. Это помогает нам не забывать, что наша работа чрезвычайно почетна и ответственна, поскольку от нее зависят человеческие жизни”, – говорит он.

Финансирование программы SLS стабильно, так что нет практически никаких сомнений в том, что, в отличие от ряда предыдущих подобных проектов, этот доведут до конца. Если работы над носителем и кораблем “Орион” будут идти по графику, первый пилотируемый полет может состояться к концу десятилетия.

Американцам хочется быть лидерами во всем, в том числе и в исследованиях космоса

Вопрос в том, куда отправятся астронавты. Политическое руководство США пока еще не определилось, как именно стоит использовать невероятный потенциал новой ракеты. Будет ли это возвращение на Луну, полет на астероид (наиболее популярный вариант на сегодняшний день) или более грандиозный проект – экспедиция к Марсу? Каким бы ни было решение Белого дома и Конгресса, главное в том, что впервые за 40 с лишним лет у Америки снова имеется средство отправки пилотируемых экспедиций в глубокий космос.

“Нашим гражданам хочется, чтобы США оставались мировым лидером, – говорит Стэнли. – В США силен дух конкуренции. Мы полагаем, что должны лидировать как нация во многих областях, в том числе в исследованиях космоса”.

Ричард Холлингэм BBC Future

20 марта 2015