Почему Илону Маску трудно мягко посадить ракету на Землю

Разгонные блоки ракеты SpaceX — это летающие роботы, оснащенные интеллектуальными системами автоматического управления для осуществления мягкой посадки в точно определенное место. Реализовать такую сложную задачу непросто, даже используя последние достижения науки техники. Исторически сложилось так, что разгонные блоки большинства ракет, с помощью которых запускаются космические корабли и спутники, просто падают обратно под действием земного притяжения и, естественно, разбиваются. Сохранение их в целостности и повторное использование позволит уменьшить стоимость очередного запуска на 30 %. Но для этого разгонные блоки ракет необходимо плавно опустить на Землю. А это задача достаточно сложная.

Задача – снизить до минимума вертикальную скорость Основное требование для посадки — снизить скорость перед приземлением. Существует три основных способа осуществить мягкую посадку: использовать парашют, аэродинамические плоскости либо подруливающие устройства. Будь то миссия «Союза» или «Аполлона», посадка с парашютом использовалась для приземления или приводнения в море спускаемых аппаратов. В этом случае для замедления первоначально используется аэродинамическое торможение спускаемого аппарата о плотные слои атмосферы, а затем сопротивление, создаваемое парашютами. Даже на твердотельных ускорителях космических шаттлов была применена парашютная система.

Обычно сначала используется набор маленьких парашютов, которые вытягивают и развертывают основной. Так, например, спускаемый аппарат «Союза» на высоте 9-11 километров имеет предельную скорость снижения около 240 метров в секунду, которую гасит до 90 метров в секунду небольшой тормозной парашют площадью 14 квадратных метров. Ближе к земле раскрывается основной парашют, и скорость аппарата снижается до 9 метров в секунду, а непосредственно перед посадкой дополнительно включаются специальные тормозные двигатели, обеспечивающие спускаемому аппарату мягкую посадку.

Аэродинамическое планирование используется при посадке космических кораблей многоразового использования типа «Буран» и «Шаттл». Здесь посадка и управление похожи на самолетные. Космический челнок имеет шасси и приземляется на взлетно-посадочную полосу. При этом замедление скорости снижения происходит вследствие возникновения аэродинамической подъемной силы, которая создается плоскостью крыла. Такие спускаемые аппараты также могут использовать парашют для снижения скорости. Использование подруливающих устройств. В наши дни этот вариант посадки многими изучается и тестируется. По такой схеме осуществляется посадка марсоходов на Марс, возвращаются на Землю ракеты SpaceX и т. д. В этом случае посадочный модуль замедляется с помощью реактивных двигателей.

При этом скорость свободного падения, которую необходимо погасить, зависит от массы и формы/площади проекции. Более массивные объекты с высокой средней плотностью и меньшей площадью проекции имеют значительно большую равновесную скорость. Например, у первой ступени ракеты Falcon 9 перед последним включением двигателя и посадкой она составляет около 300 метров в секунду.