Falcon Heavy: как устроена ракета и как пройдет запуск NROL-97

У Falcon Heavy есть редкая для современной тяжелой ракеты особенность: через несколько минут после старта ее огромная первая ступень буквально распадается на три самостоятельных аппарата. Два разворачиваются и летят обратно к космодрому, третий продолжает разгон, а наверху остается еще одна полноценная ракетная ступень.

Запуск NROL-97 хорошо показывает, зачем SpaceX понадобилась такая схема. Два боковых ускорителя должны вернуться на Землю, центральный блок будет израсходован, а после первых минут полета большая часть дальнейшего профиля исчезнет из открытой трансляции. Причина проста: NROL-97 несет засекреченную полезную нагрузку Национального управления военно-космической разведки США.

Что известно о запуске NROL-97 на Falcon Heavy

NROL-97 должна стартовать на Falcon Heavy с площадки LC-39A Космического центра Кеннеди во Флориде. На момент подготовки материала запуск назначен на 1 октября 2026 года в 23:53 по восточному времени США, или 2 октября в 03:53 UTC.

Это не обычный запуск на низкую околоземную орбиту. В документах программы National Security Space Launch для NROL-97 указана Higher Energy Orbit, то есть орбита, требующая более высокой энергетики запуска. Точные параметры траектории, высота конечной орбиты и характеристики спутника публично не раскрываются.

NROL-97 входит в группу запусков по программе NSSL Phase 3 Lane 2. В апреле 2025 года Space Systems Command распределило девять миссий этого этапа между SpaceX и United Launch Alliance. Семь заказов SpaceX, включая NROL-97, получили общую стоимость $845,8 млн. 

Конфигурация ракеты при этом известна достаточно хорошо. Боковые блоки после работы первой ступени должны развернуться и вернуться на посадочные площадки LZ-1 и LZ-2 на мысе Канаверал. Центральный блок возвращать не будут. Для Falcon Heavy это один из способов получить дополнительный запас скорости, когда полезной нагрузке нужна более энергетически сложная траектория.

Как устроена Falcon Heavy и почему у нее сразу три блока

Falcon Heavy выросла из Falcon 9, но просто соединить три обычные ракеты рядом было недостаточно. Первая ступень Heavy состоит из центрального блока и двух боковых ускорителей. В каждом стоят девять двигателей Merlin 1D, поэтому при старте одновременно работают 27 двигателей.

Суммарная тяга у земли достигает 22 819 кН, или примерно 23 МН. Такая тяга нужна прежде всего в начале полета, когда ракета массой около 1420 тонн должна не только подняться, но и быстро набирать скорость, преодолевая гравитационные и аэродинамические потери.

Боковые блоки соединены с центральным в районе двигательной секции и верхней части баков. Центральный блок отличается конструктивно: в руководстве SpaceX указаны усиленная конструкция и более толстые стенки баков, поскольку именно на него передаются нагрузки от боковых ускорителей. Здесь же установлена система их отделения.

Основное топливо всей ракеты — керосин RP-1 и жидкий кислород. Merlin работает по газогенераторной схеме: часть компонентов сгорает в отдельном газогенераторе, полученный горячий газ раскручивает турбонасос, который под высоким давлением подает кислород и керосин в основную камеру сгорания. Схема проще замкнутого цикла, хотя часть энергии топлива при таком устройстве теряется вместе с отработавшим газом турбины.

Баки сделаны из алюминиево-литиевого сплава. Между емкостями с кислородом и керосином находится общая перегородка, а жидкий кислород проходит к двигателям по магистрали через топливный бак. Такая компоновка позволяет не растягивать ракету дополнительной межбаковой секцией.

Над центральным блоком находится вторая ступень. Она гораздо уже всей связки первой ступени и оснащена одним Merlin Vacuum. Двигатель относится к тому же семейству Merlin, но рассчитан на работу в вакууме и получил крупное сопло с высокой степенью расширения. Его тяга составляет около 981 кН.

Верхнюю часть закрывает композитный головной обтекатель диаметром 5,2 м и высотой около 13,1 м. Он защищает спутник во время прохождения плотных слоев атмосферы, а затем сбрасывается, когда аэродинамический нагрев и давление уже перестают представлять опасность для полезной нагрузки.

Как три блока Falcon Heavy работают как одна первая ступень

Все 27 Merlin запускаются еще на стартовой площадке. Ракету удерживает наземная система, пока автоматика проверяет работу двигателей. Только после подтверждения нормальных параметров Falcon Heavy освобождается от креплений и начинает подъем.

Три блока работают не одинаково на протяжении всего участка разгона. Вскоре после старта центральный блок снижает тягу. Боковые ускорители продолжают интенсивно расходовать топливо и заканчивают работу раньше. После их отделения центральный блок снова увеличивает тягу.

Такой режим позволяет растянуть работу центрального блока. Если бы все 27 двигателей постоянно работали на одинаковой тяге, три блока быстрее опустошили бы баки одновременно. Вместо этого боковые ускорители выполняют основную работу на раннем участке, а центральный сохраняет часть топлива для продолжения разгона после их сброса.

Боковые ускорители отсоединяются от центрального блока и расходятся в стороны. Система Falcon Heavy использует пневматические механизмы разделения, которые создают необходимое усилие без пиротехнических зарядов.

После ухода боковых блоков Falcon Heavy внешне превращается почти в Falcon 9: остается центральный блок с девятью Merlin, над ним вторая ступень и полезная нагрузка. Центральный блок заканчивает работу позже, после чего отделяется, а Merlin Vacuum второй ступени запускается уже на большой высоте.

Как проходят первые восемь минут миссии NROL-97

SpaceX раскрыла подробный график только начального участка NROL-97. Он позволяет по минутам увидеть работу трехблочной схемы Falcon Heavy, но заканчивается после возвращения боковых ускорителей.

1. T+1:09 — ракета проходит Max Q, участок максимального динамического давления на конструкцию.
2. T+2:24 — выключаются двигатели двух боковых ускорителей.
3. T+2:27 — боковые ускорители отделяются от центрального блока.
4. T+2:31 — два блока начинают разворот для возвращения во Флориду.
5. T+2:42 — начинается обратное включение двигателей boostback burn.
6. T+3:47 — ускорители заканчивают маневр возвращения.
7. T+3:51 — выключаются двигатели центрального блока.
8. T+3:54 — первая и вторая ступени разделяются.
9. T+4:00 — запускается Merlin Vacuum второй ступени.
10. T+4:17 — сбрасывается головной обтекатель.
11. T+6:29 — боковые ускорители включают двигатели для торможения перед входом в плотную атмосферу.
12. T+7:30 — начинается финальное посадочное включение.
13. T+7:47 — два ускорителя должны сесть на LZ-1 и LZ-2.

Особенно интересные события начинаются после двух с половиной минут полета. Центральная часть ракеты продолжает уходить от Земли, в то время как два боковых блока уже летят по отдельным траекториям обратно. У каждого работает собственная автоматика управления, решетчатые рули и двигатели, которые выполняют несколько последовательных маневров.

Во время boostback burn ускорители меняют горизонтальную составляющую скорости, чтобы вернуться к побережью. Перед входом в более плотные слои атмосферы следует еще одно включение двигателей, снижающее скорость и тепловые нагрузки. Финальный импульс гасит остаточную скорость непосредственно перед касанием площадки.

Возвращение на сушу отличается от посадки на морскую платформу. Ускорителю приходится потратить дополнительное топливо на разворот и полет обратно к месту старта. В NROL-97 этот запас предусмотрен для обоих боковых блоков.

Почему центральный блок NROL-97 не возвращается на Землю

Центральный блок Falcon Heavy работает дольше боковых и к моменту отделения второй ступени находится дальше по траектории и движется быстрее. Вернуть его сложнее: потребовался бы значительный остаток топлива для торможения, входа в атмосферу и посадки.

В NROL-97 центральный блок назначен одноразовым. Ему не нужно сохранять топливо для обратного маневра, поэтому больше энергетического запаса можно использовать на основном участке полета. Для миссии, официально отнесенной к запускам на орбиту высокой энергетики, такая конфигурация позволяет получить больше возможностей по разгону второй ступени.

Именно здесь проявляется гибкость Falcon Heavy. Ракета не обязана каждый раз возвращать одинаковое количество блоков. При менее требовательном профиле можно сохранить больше оборудования, а при высокой энергетике часть запаса, который обычно уходит на восстановление ступеней, остается в распоряжении ракеты.

Для NROL-97 повторно используются два боковых ускорителя. Один отправляется в четвертый полет, второй — во второй. Центральный блок, напротив, новый и должен завершить работу после первого запуска. Получается смешанная схема: два из трех основных блоков первой ступени возвращаются, а третий расходуется ради характеристик миссии.

После запуска Merlin Vacuum вторая ступень продолжает разгон полезной нагрузки. Публичный график SpaceX не содержит времени выключения второй ступени, возможных последующих включений двигателя и момента отделения спутника NROL-97.

Для Falcon такая работа не является чем-то необычным. Вторая ступень может повторно запускать Merlin Vacuum, чтобы менять параметры орбиты между участками свободного полета. Именно верхняя ступень выполняет точное выведение после того, как три крупных блока первой ступени уже закончили свою работу.