Тестування бустера NASA SLS: катастрофа з соплом на фоні невизначеності
Огляд програми
Система космічних запусків (SLS) залишається основою програми Artemis NASA, спрямованої на повернення людей на Місяць і підготовку до місій на Марс. Спочатку планувалося, що SLS використовуватиме надлишкові компоненти космічного шатла, але згодом вона перетворилася на спеціалізований важкий ракетний носій, що включає:
- Основний ступінь, оснащений чотирма двигунами RS-25, які забезпечують загальну тягу в 2 мільйони фунтів, працюючи на рідкому водні та рідкому кисні.
- Подвійні твердопаливні прискорювачі (SRBs), кожен з яких забезпечує до 3,6 мільйона фунтів тяги при старті.
- Проміжний кріогенний ступінь (ICPS) для трансмісячної ін’єкції у місіях Artemis I–V.
Незважаючи на три заплановані успішні польоти в рамках нинішнього фінансування, NASA та Білий дім мають розбіжності щодо рівнів фінансування після Artemis V. Адміністрація Трампа запропонувала припинити програму після Artemis III на користь комерційних важких ракет, тоді як проект закону про асигнування Сенату продовжує фінансування SLS до Artemis V.
Відновлення виробництва двигунів RS-25
Після десятирічної перерви з завершенням ери космічного шатла компанія L3Harris (колишня Aerojet Rocketdyne) відновила виробництво двигунів RS-25 за контрактом 2015 року. Основні етапи:
- 2015: Контракт на відновлення інструментів і постачання для RS-25.
- 2020: Замовлено ще 18 двигунів по приблизно 100 мільйонів доларів за одиницю з метою зменшення вартості до 70 мільйонів.
- Червень 2025: Перший придатний до польоту двигун RS-25 (#20001) успішно пройшов 500-секундний приймальний тест в Космічному центрі Стеніс, досягнувши 111% від номінальної тяги.
“Ми відтворили характеристики RS-25 за допомогою сучасних виробничих технологій та вдосконалених компонентів,”
зазначила Крістін Х’юстон, президентка підрозділу космічної пропульсії та енергетичних систем L3Harris. Серед нових функцій — перероблений pogo акумулятор та покращений liner основної камери згоряння з охолоджувальними каналами, виготовленими адитивними технологіями.
Невдача тестування прискорювача BOLE
26 червня 2025 року компанії Northrop Grumman та NASA провели перше наземне тестування двигуна Booster Obsolescence and Life Extension (BOLE) у Промонтоні, штат Юта. Цей сегментований твердопаливний двигун призначений для Artemis IX та подальших місій і має:
- Корпуси з вуглецевого волокна замість сталі, що зменшує масу приблизно на 20% та підвищує резерви тиску.
- Електронне управління вектором тяги (eTVC) замість гідравлічних актуаторів для більш точної реакції на керування.
- Приватний високоякісний композитний паливний склад, що забезпечує приблизно на 3% вищий специфічний імпульс, ніж гранули PBAN ери шатлів.
На момент T+100 секунд гаряча струя прорвала заднє з’єднання, що призвело до дезінтеграції сопла. Сміття вдарило по стенду для тестування, а залишкове горіння спричинило пожежі на сусідніх пагорбах. Двигун продовжував працювати неконтрольовано до вичерпання пального на T+130 секунд.
Технічний аналіз: Матеріали та пропульсія
Сопло BOLE використовує передову фенольну вуглецеву абляційну оболонку (PICA), що прикріплена до конуса виходу з вуглецевого волокна, зміцненого полімером (CFRP). Аналіз методом скінченних елементів показує, що температурні градієнти в задній частині сопла можуть перевищувати 2000 K, що вимагає точних допусків при укладанні. Інженери NASA та Northrop досліджують:
- Цілісність ущільнення з’єднання під високочастотними коливаннями тиску.
- Мікротріщини в композитних шарах через термічний шок.
- Можливість переробки заднього закриття та ізоляційного покриття.
Програмні наслідки та комерційні альтернативи
У зв’язку з невизначеністю фінансування SLS у довгостроковій перспективі, NASA розглядає комерційні важкі ракети як резервні варіанти:
- SpaceX Starship: Повністю багаторазовий апарат з запланованою вантажопідйомністю ≥150 тонн на низькій навколоземній орбіті, кілька тестів у 2025 році.
- ULA Vulcan Centaur з прискорювачами BE-4: Тестування на гарячому вогні для BE-4 триває на заводі NG у Міссісіпі.
- Blue Origin New Glenn: Метанопаливний, вантажопідйомність 45 тонн на низькій навколоземній орбіті, запланований перший політ наприкінці 2025 року.
Запит NASA на бюджет 2026 року включає 450 мільйонів доларів на комерційний місячний посадковий апарат та послуги запуску, що свідчить про зміщення в бік публічно-приватних партнерств.
Додатковий аналіз: Вартість, графік та ризики
Кожен політ Artemis SLS має умовну ціну в 4,2 мільярда доларів. Розподілена на чотири польоти, вартість виробництва одного двигуна RS-25 становитиме приблизно 85 мільйонів доларів, тоді як гранична вартість Starship може бути нижчою за 50 мільйонів за політ. Основні ризики:
- Крихкість ланцюга постачання для високоміцних сплавів Ніобію в турбонасосах RS-25.
- Труднощі з ресурсами для тестування на стендах Стеніс та Промонтон.
- Політична нестабільність, що впливає на багаторічне фінансування.
Перспективи на майбутнє та бюджетні міркування
Конгресу належить ухвалити рішення щодо програми Artemis після V у липні 2025 року. Адміністратор NASA Білл Нельсон виступає за базу в п’ять польотів, тоді як Офіс управління та бюджету тисне на раннє завершення програми. Можливий компроміс: продовжити SLS до Artemis VII, одночасно збільшуючи сертифікацію Starship.
Перспективи експертів
“SLS забезпечує критично важливі початкові можливості для місій на Місяць, але в довгостроковій перспективі нам потрібен змішаний флот,”
зазначила доктор Емілі Карні, колишня керівниця програми місячної архітектури NASA.
“Поєднання надійності SLS з багаторазовими системами може оптимізувати витрати та частоту для стабільної присутності на Місяці.”
У той час як NASA аналізує аномалію тестування BOLE та чекає на наступну поставку двигунів RS-25, агентство опинилося на роздоріжжі: продовжити використання традиційних витратних засобів або перейти до комерційних багаторазових систем. Наступні місяці визначать курс американських досліджень глибокого космосу на десятиліття вперед.