NASA посилює зусилля щодо Starliner на фоні виходу з експлуатації МКС

Варіанти — це добре

Більше ніж через десять років після того, як Boeing і NASA вперше оголосили про програму CST-100 Starliner, космічний апарат все ще залишається на землі через низку інженерних труднощів. Проте менеджер програми комерційних екіпажів NASA, Стів Стіч, підкреслює стратегічну необхідність зберегти Starliner у грі — включаючи нові вдосконалення системи пропульсії, заходи щодо запобігання витокам і термічні поліпшення — навіть у той час, коли Міжнародна космічна станція (МКС) наближається до запланованого спалення в атмосфері у 2030 році.

Технічні проблеми Starliner і триваючі рішення

Переробка системи пропульсії

Сервісний модуль Starliner використовує 28 моно-пропеллентних двигунів, виготовлених компанією Aerojet Rocketdyne, кожен з яких генерує 100 Н тяги шляхом розкладання гідразину. Під час тесту Crew Flight Test у грудні 2024 року кілька двигунів зазнали періодичних теплових перевантажень вище 150 °C, що перевищило їх проектний ліміт у 120 °C, а три з них отримали незначні ушкодження сідла клапанів через витоки гелію. Інженери Boeing з тих пір:

• Замінили торцеві ущільнення з PTFE на композитні ущільнення з нікелем, зменшивши швидкість витоків з 1×10⁻⁵ до менше 1×10⁻⁷ стандартних кубічних сантиметрів за секунду.
• Додали багатошарові термічні шунти та розподільники тепла з фазовими змінами навколо колекторів двигунів, щоб підтримувати температуру в межах 50 °C–90 °C.
• Посилили пиротехнічні ізоляційні клапани титановими сітчастими фільтрами, щоб затримувати частки і запобігати заклинюванню клапанів.

Структурні та аеродинамічні вдосконалення

У 2013 році випробування в аеродинамічній трубі в дослідницькому центрі NASA в Еймсі виявили несподіване виверження вихорів на швидкості Мах 0.8 навколо середньої частини Starliner. Рішення Boeing — аеродинамічне розширення спідниці, яке додало 0.6 м² фронтальної поверхні — зменшило коливання навантажень на 30%. Сьогодні адаптація Starliner для майбутньої ракети Vulcan Centaur від ULA передбачає перерахунок сил зсуву під час прискорення на 5 g під час запуску та повторну валідацію інтерфейсу композитного обтічника під час випадкових вібрацій до 30 grms.

“Ми точно знаємо, де були межі і скільки підсилення потрібно”, говорить керівник відділу пропульсії Aerojet Rocketdyne доктор Карен Монтойя. “Поточна тестова кампанія симулює понад 200 циклів гарячого вогню, щоб забезпечити нульові витоки та стабільні профілі тяги.”

Місія: вантаж, екіпаж і більше

NASA ще не ухвалила остаточне рішення щодо того, чи буде наступний політ Starliner — запланований на перший квартал 2026 року — з екіпажем або вантажем. Хоча екіпажні місії вимагають повної кваліфікації систем життєзабезпечення, послідовності відмови під час запуску та акустичних навантажень нижче 145 дБ, вантажний політ може відбутися після валідації технічних заходів у Тестовому польоті Pathfinder (PTF). Такий підхід нагадує перші місії Dragon від SpaceX, які виконали кілька вантажних рейсів (CRS-1 до CRS-4) перед тим, як доставити астронавтів на МКС у 2020 році.

Проте виділення ракети Atlas V для вантажу споживає один з п’яти залишкових апаратів класу 402 від ULA. Якщо Boeing перейде на Vulcan, їм потрібно буде модернізувати Стандартний адаптер вантажу (SPA) і забезпечити відповідність композитного обтічника вимозі NASA щодо швидкості витоків 1×10⁻⁶ Па.

Мандат NASA щодо “дисимілярної надмірності”

Оскільки Crew Dragon від SpaceX перевершує цілі надійності — 11 успішних польотів астронавтів і жодних відмов у польоті — NASA, в принципі, може покладатися лише на Dragon для ротацій на МКС до 2030 року. Але основна філософія агентства “дисимілярна надмірність” вимагає двох незалежних постачальників для зменшення системного ризику. Як пояснює Стіч:

“Якщо Dragon зіткнеться з системною помилкою програмного забезпечення або аномалією системи відмови, готовність Starliner забезпечить безперервний доступ до низької орбіти Землі.”

Додаткові глибокі аналізи

1. Перехід до ракети: Atlas V проти Vulcan

Перехід Starliner з Atlas V на Vulcan Centaur передбачає:

• Переробку переднього кріплення для витримування на 5% вищих осьових навантажень під час максимального тиску.
• Повторну кваліфікацію електроніки інтегрованого транспортного засобу (IVE) з урахуванням унікального підпису коливань Pogo ракети Vulcan на частоті 15 Гц.
• Оновлення термозахисту для адаптера між ступенями, де радіаційне нагрівання досягає максимуму близько T+200 с під час запалення другої ступені.

2. Архітектура комерційного LEO після 2030 року

Стратегія комерціалізації LEO від NASA передбачає приватно побудовані платформи — Axiom Station, Orbital Reef від Blue Origin, Starlab від Voyager. Проте ці передові пункти потребують гарантованих доставок екіпажу та вантажу. Передаючи невикористані замовлення Starliner після МКС до комерційних станцій, NASA надає розробникам перевагу якоря. Без таких гарантій інвестори можуть вагатися фінансувати лабораторії, вартість запуску та обладнання яких перевищує 1 мільярд доларів.

3. Оцінка ризиків і витрати на життєвий цикл

Аналітики космічної індустрії оцінюють вартість одного місця в Starliner приблизно в 90 мільйонів доларів — на 10% більше, ніж поточна ставка Crew Dragon у 81 мільйон доларів. Але розподіл витрат на розробку на шість місій може знизити одиничні витрати на 15%. Аналіз витрат на життєвий цикл, вимаганий GAO NASA, зважує ці заощадження проти потенційних технічних затримок, рекомендуючи ухвалити рішення “йти/не йти” для ATP-4 (Дозвіл на продовження) до середини 2026 року.

Погляд у майбутнє

Оскільки МКС наближається до завершення свого терміну служби, NASA має вирішити: продовжити сертифікацію Dragon для восьмимісячних місій, прискорити операційний дебют Starliner або перерозподілити кошти на комерційні станції LEO. У контексті бюджетного тиску з боку Конгресу, спрямованого на “мінімально безпечні операції”, і 25% скорочення загального фінансування NASA на 2026 фінансовий рік, кожне місце має значення.

Зрештою, чи поверне Starliner астронавтів на Землю, або інфляційно скориговані кошти підуть до Axiom чи Orbital Reef, залежить від здатності Boeing завершити фінальні інтегровані тести гарячого вогню та від рішучості NASA підтримувати два шляхи до космосу. Наразі як федеральні партнери, так і приватні інвестори уважно стежать за наступною кампанією тестування пропульсії Boeing. Успіх може закріпити місце Starliner у наступну еру операцій на низькій орбіті Землі — і не тільки.