Эксперт: керамическая теплозащита Starship — тупиковый путь для многоразовости

После 13-х летных испытаний Starship, крупнейшего космического корабля в истории, специалисты вновь обратили внимание на уязвимое место конструкции — тепловой щит. Хотя почти все элементы программы были выполнены штатно, а корабль благополучно приводнился в Индийский океан и проплыл по его поверхности более сотни километров, показав высокую герметичность, на части из 18 тысяч керамических плиток появились белые разводы. Они остались от абляционной теплозащиты, нанесенной между плитками. Некоторые плитки имели поврежденные края, небольшое число было утеряно при входе в атмосферу.

Мнение эксперта: керамика — тупик

Бывший инженер NASA Дэн Раски, посвятивший почти сорок лет изучению материалов для теплозащитных щитов, в интервью ArsTechnica заявил: «Нынешняя система тепловой защиты Starship — это тупиковый путь для всех миссий, требующих полной и быстрой многоразовости». По его словам, NASA столкнулось с аналогичными сложностями полвека назад при разработке шаттлов. Те использовали десятки тысяч керамических плиток для защиты алюминиевого корпуса. Однако попытки Агентства справиться с керамической теплозащитой регулярно вели к провалу: поиск дефектов и ремонт щита занимали долгие месяцы, что не позволяло достичь заявленной частоты полетов (десятки раз в год).

Раски — один из создателей материала PICA (пропитанный фенолом абляционный материал), модифицированная версия которого используется для теплозащиты корабля Crew Dragon. Вместе с бывшим астронавтом Чарльзом Камарда и Чарльзом Миллером, временно руководившим NASA, он провел анализ возможности быстрой многоразовости Starship. Результаты неутешительны: на съемках корабля после приводнения видны белые следы, означающие, что газы при торможении проходили между плитками и сдували часть абляционного слоя. Поврежденные края и трещины на плитках подтверждают, что используемая керамика слишком хрупка для безремонтного повторного использования.

Последствия для планов Маска

Ситуация ставит под сомнение амбициозные планы Илона Маска по колонизации Марса. Даже без быстрой многоразовости Starship можно использовать для вывода тысяч спутников или доставки людей на Луну и Марс. Однако для тысяч рейсов к Марсу потребуется дозаправка каждого корабля не менее двадцати раз, а значит — десятки тысяч пусков танкеров той же конструкции, но без полезного груза, несущих только топливо. При быстрой многоразовости один танкер можно запускать несколько раз в сутки, что резко сокращает их необходимое количество. Если же пауза между использованиями составит хотя бы две недели, потребуется около тысячи танкеров.

Раски считает, что NASA следует организовать программу по изучению новых видов тепловых щитов и материалов. Однако альтернативы керамике пока неочевидны. PICA, хотя и применяется на Crew Dragon, изготавливается долго в автоклаве и работает за счет абляции — сдувания материала с поверхности. Наносить её перед каждым полетом еще сложнее и дольше, чем ремонтировать плитки.

Сам Илон Маск в конце 2010-х предложил альтернативный подход: охлаждать стальную поверхность Starship за счет испарения жидкого метана, закачиваемого под оболочку корабля в зонах, где требуется теплозащита. Такой метод упрощает многоразовость без ремонта, но требует расхода больших объемов топлива, что снижает полезную нагрузку. Пока неизвестно, каким путем пойдут разработки SpaceX, но, судя по истории компании, решение будет найдено. Однако ключевой вопрос — удастся ли добиться этого в 2020-х годах, остается открытым.