Space Launch System — это современный аналог сверхтяжёлой ракеты-носителя Saturn V, которую использовали в программе Apollo. SLS обладает модульной конструкцией, благодаря чему можно будет модифицировать ракету в зависимости от полезной нагрузки и пункта назначения.
При создании SLS NASA опирается на технологии Space Shuttle и даже использует их двигатели RS-25 и твердотопливные ускорители, а внешне эта система выглядит как бескрылый «космический челнок». Вместе с тем NASA внесло и множество изменений в конструкцию ракеты.
Первая версия SLS — Block 1 — предназначена для пуска по программе Artemis I, в рамках которой космический корабль Orion совершит беспилотный облёт Луны. SLS выведет Orion на низкую околоземную орбиту, а затем придаст космическому кораблю необходимое ускорение, чтобы вывести его на траекторию к Луне.
Высота SLS составит 98 метров (для сравнения высота монумента «Покорителям космоса» в Москве — 107 метров). SLS включает в себя: первую ступень (центральный блок), оснащённую четырьмя жидкостными ракетными двигателями RS-25; два твердотопливных ракетных ускорителя по бокам; вторую (разгонную) ступень и космический корабль Orion в качестве полезной нагрузки.
Первая ступень выглядит как внешний топливный бак Space Shuttle — тот же цвет и диаметр в 8,4 метра. Используется и такая же топливная пара жидкий водород (LH2) / жидкий кислород (LOX). Однако больше ничего общего у них нет. Топливный бак SLS изготовлен из другого материала — алюминиево-медного сплава (у Space Shuttle — алюминиево-литиевый сплав), используются другие методы сварки и новая напыляемая теплоизоляция. Первая ступень SLS длиннее внешнего бака Space Shuttle почти на 20 метров, а общая масса топлива, которое вмещают два больших топливных резервуара LH2 и LOX, составляет 894 тонны, что на 175 тонн больше, чем у Space Shuttle.
Криогенное жидкое топливо приводит в действие не три, как у Space Shuttle, а четыре двигателя RS-25, которые уже летали на Space Shuttle. Компания-производитель ракетных двигателей Aerojet Rocketdyne доработала RS-25, оснастив их новыми блоками управления и увеличив уровень тяги двигателей со 100-104% от проектной мощности до 109%, а для аварийной ситуации — до 111%. В настоящее время готово уже 16 двигателей, 14 из которых уже использовали в полётах на Space Shuttle. У каждого двигателя есть свой идентификационный номер, с помощью которого инженеры отслеживают историю его полётов. Например, один из четырёх двигателей, уже установленных на SLS, — E2045 — «ветеран», который участвовал в 12-ти полётах на Space Shuttle (в период с 1998 по 2011 год).
По бокам первой ступени расположены два твердотопливных ракетных ускорителя (SRB). Так же как и двигатели, они уже были испытаны в полётах на Space Shuttle, а в их конструкцию инженеры внесли существенные изменения. К четырём сегментам SRB Space Shuttle добавили пятый центральный топливный сегмент, а также разработали новую авионику и установили более лёгкую изоляцию без использования асбеста. Изменили и конструкцию соединений сегментов, благодаря чему нагретые газы не попадают в область стыков. И в отличие от SRB Space Shuttle твердотопливные ускорители SLS будут одноразовыми.
Каждый SRB высотой 54 метра состоит из трёх элементов: головная сборка (носовой обтекатель и передняя юбка с бортовой электроникой и устройством передачи тяги на первую ступень); топливные сегменты; задняя сборка (хвостовая юбка с системой контроля тяги, которая поворачивает сопло двигателя).
Стартовая масса каждого SRB — 730 тонн, 680 из которых — масса твёрдого ракетного топлива, состоящего из алюминиевого порошка, перхлората аммиака, оксида железа, полимера и эпоксидного отвердителя. SRB собирают согласованно: топливные сегменты загружают попарно одними и теми же партиями компонентов ракетного топлива, чтобы минимизировать возможный дисбаланс тяги. Укладывают сегменты друг на друга также попарно.
Совместная работа двигателей основной ступени SLS и твердотопливных ракетных ускорителей выведет ракету-носитель на низкую околоземную орбиту за восемь минут, создавая суммарную тягу почти в 4 тысячи тонн. SRB будут работать параллельно с главными двигателями в течение первых двух минут полёта, каждую секунду сжигая 5,4 тонны топлива и обеспечивая тягу 3,2 тысячи тонн, что составляет около 80% общей тяги.
В случае успешного запуска SLS в конце 2021 года, эта ракета-носитель будет самой мощной: тяга SLS при запуске на 27% и 11% превышает тягу Space Shuttle и Saturn V соответственно, и на 70% — тягу Falcon Heavy. Система космического запуска Starship превзойдёт все эти показатели — предполагаемая тяга составит около 7 тысяч тонн, — однако она находится в стадии разработки, и дату первого полёта ещё не запланировали.
Но, несмотря на это, по массе полезной нагрузки, выводимой на окололунную орбиту, SLS значительно уступает Saturn V: ракета программы Apollo могла доставить к Луне 48,6 тонн, в то время как SLS — только 27 тонн. И даже в более мощной своей конфигурации Block 1B этот показатель всё равно меньше возможностей Saturn V — 43 тонны.
Всё дело во второй ступени SLS, — Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS) — которая начнёт работать на низкой околоземной орбите через некоторое время после отделения твердотопливных ускорителей и первой ступени SLS, чтобы вывести Orion на траекторию к Луне. ICPS создаёт тягу в 9 раз меньше, чем третья ступень S-IVB у Saturn V с аналогичным функционалом. ICPS основана на второй ступени Delta Cryogenic Second Stage (DCSS) ракет-носителей Delta IV и Delta IV Heavy компании United Launch Alliance. NASA модернизировало и адаптировало DCSS для своей ракеты.
ICPS оснастили одним двигателем RL-10, который работает на топливной паре LH2 / LOX. Топливные баки вмещают 33 тонны топлива. Эту ступень будут использовать в первых трёх программах Artemis в базовой конфигурации SLS Block 1.
В последующих научных программах за пределы Луны (Марс, Юпитер, Сатурн) в конфигурациях SLS Block 1B и Block 2 будут использовать более мощную верхнюю ступень Exploration Upper Stage (EUS). Её оснастят четырьмя двигателями RL-10, а топливные баки вместят 126 тонн топлива. Эта ступень сделает SLS Block 1B в 1,5 раза грузоподьёмнее базовой конфигурации, но эта конструкция не увидит свет раньше 2025 года.
В настоящее время элементы SLS для программы Artemis I успешно завершили необходимые испытания, в том числе и первая ступень со всеми четырьмя двигателями. Окончательная сборка SLS находится на завершающем этапе. Инженеры уже установили разгонную ступень, после чего осталось добавить переходник, соединяющий её с космическим кораблём, и сам корабль Orion в составе головной сборки.
В NASA также идёт подготовка SLS для будущих миссий Artemis II и III. Например, уже готовы двигатели RS-25 и твердотопливные ускорители, они проходят серии испытаний. Недавно завершили сборку первой ступени SLS для Artemis II (пока без установки двигателей), готовы элементы для сборки космического корабля Orion (капсула, служебный модуль, теплозащитный экран), которые находятся в сборочном цехе. Также готовы и некоторые элементы для Artemis III: детали Orion, служебного модуля и водородный топливный бак для первой ступени.
Автор: Алина Нестерова
Источники: www.bbc.com, www.space.com, www.nasa.gov, everydayastronaut.com
