Autonomous spaceport drone ship

24 октября 2014 года основатель SpaceX Илон Маск, сообщил в интервью о том, что на судостроительной верфи в Луизиане ведётся строительство большой плавающей платформы, размерами около 90 на 50 метров, которая будет использоваться для посадки первой ступени Falcon 9 при последующих запусках^[3].

22 ноября 2014 года Илон Маск продемонстрировал первое фото autonomous spaceport drone ship с логотипом SpaceX в центре платформы^[4].

Autonomous spaceport drone ship швартуется в порте города Джэксонвилл, в штате Флорида. Возле причала построена площадка Архивная копия от 8 октября 2021 на Wayback Machine, оборудованная подъёмным краном, для снятия первой ступени с платформы, а также специальным стендом, для её (ступени) размещения.

23 января 2015 года Илон Маск сообщил в твиттере, что платформа названа «Just Read the Instructions»^[5] («Просто прочти инструкции»), в то время как вторая платформа, для запусков ракеты-носителя с базы Ванденберг, изготовление которой также планируется, будет названа «Of Course I Still Love You»^[6] («Конечно, я всё ещё люблю тебя»). Оба названия — по мотивам фантастического романа Иэна М. Бэнкса «Игрок».

В июне 2015 года появилась информация о том, что платформа «Just Read the Instructions» (JRTI), модифицированная из баржи Marmac 300, завершила свою работу в качестве посадочной площадки, а на судостроительной верфи в Луизиане завершаются работы над переоборудованием двух подобных, но значительно более новых барж Marmac 304 и Marmac 303^[7].

Баржа Marmac 304 прибыла в порт города Джэксонвилл в начале июня 2015, после чего на ней проводились финальные приготовления для ввода платформы в работу. Из видимых изменений можно отметить стальные стены, закрывающие контейнеры с важным оборудованием платформы^[7]. На одну из стен нанесено изображение четырёхлистного клевера, которое используется на всех логотипах миссий SpaceX. После нанесения на посадочную поверхность платформы логотипа компании и названия платформы выяснилось, что платформа будет называться «Of Course I Still Love You» (OCISLY), хотя ранее это название предполагалось для второй платформы, для запусков ракеты-носителя с западного побережья США^[6]. Было подтверждено, что платформа будет использована для попытки посадки первой ступени Falcon 9 в рамках миссии SpaceX CRS-7^[8].

Баржа Marmac 303 в начале июня 2015 года, с помощью буксира Smith RHEA, вышла из порта Луизианы и направилась к Панамскому каналу. Завершив прохождение канала 15 июня, баржа взяла курс в порт Лос-Анджелеса, где, как ожидается, будет пришвартована на пристани Сан-Педро, штат Калифорния^[7][9]. Предположительно, первое использование платформы произойдёт в рамках миссии запуска океанологического спутника Jason-3 с базы Ванденберг, в августе 2015 года^[7]. Платформе вернули название «Just Read the Instructions»^[10].

12 февраля 2018 года Илон Маск сообщил в твиттере о начале строительства третьей платформы «A Shortfall of Gravitas» («Недостаток авторитета»), которая будет дислоцироваться на восточном побережье^[11]. Своё название новая платформа, как и две предыдущих, получила в честь звездолёта «Experiencing A Significant Gravitas Shortfall» из фантастической новеллы «Культура» шотландского писателя Иэна М. Бэнкса. Ожидалось, что использование платформы начнётся ближе к лету 2019 года^[12].

6 июля 2021 года платформа «Of Course I Still Love You» прибыла в порт Лос-Анджелеса. Она была передислоцирована на тихоокеанское побережье США для поддержки запусков спутников Starlink на полярную орбиту^[13].

15 июля 2021 года платформа «A Shortfall of Gravitas» (ASOG), переоборудованная из баржи Marmac 302, прибыла в порт Канаверал из верфи в Луизиане. Конструкция палубы и размещение оборудования на новой платформе существенно отличается от предыдущих. Кроме того, платформа может быть полностью автономной и не нуждается в буксире для доставки её к месту посадки ступени^[13].

Размеры платформы, модифицированной из баржи Marmac 300 специально для SpaceX — 91 на 52 метра^[14], высота борта — 6 метров.

Платформа оборудована навигационной системой GPS и 4 дизельными азимутальными двигателями Thrustmaster, каждый мощностью 300 лошадиных сил (220 кВт), что позволяет удерживать необходимую позицию с погрешностью до 3 метров, даже во время шторма^[15][16].

На платформе нет экипажа, она функционирует полностью в автономном режиме, также может управляться дистанционно, с корабля поддержки. Во время приземления первой ступени корабль поддержки с обслуживающим персоналом находится на безопасном отдалении от платформы^[17].

Первая попытка приземления первой ступени ракеты-носителя Falcon 9 на платформу в последующем названную «Just Read the Instructions» состоялась 10 января 2015 года, в рамках миссии SpaceX CRS-5 по снабжению Международной космической станции. Впервые была задействована система решётчатых рулей, для управления ступенью во время снижения. Первая ступень успешно достигла платформы, но перед самым приземлением потеряла ориентацию и, ударившись о платформу под углом, взорвалась и вылетела в воду^[18]. Оборудованию платформы были нанесены незначительные повреждения^[19]. Причиной крушения было названо недостаточное количество рабочей жидкости в незамкнутой гидравлической системе решётчатых рулей, которая закончилась непосредственно перед посадкой^[20].

Следующая попытка использования платформы планировалась во время миссии DSCOVR, после ремонта платформы, с увеличенным на 50 % запасом рабочей жидкости решётчатых рулей. Однако планируемую посадку первой ступени ракеты пришлось отменить из-за сильного шторма в районе приземления^[21]. Ступень осуществила мягкую вертикальную посадку на воду с точностью до 10 метров, после чего была разрушена волнами^[22].

В рамках миссии SpaceX CRS-6 была осуществлена вторая попытка посадки первой ступени Falcon9 на плавучую платформу «Just Read the Instructions», которая была улучшена, для того чтобы выдерживать более сильный шторм. Возвращение в атмосферу и снижение ступени проходило успешно, но посадка вновь получилась слишком жёсткой, чтобы ступень смогла выжить^[23]. Согласно заявлению Илона Маска, ступень приземлилась на платформу, но избыток боковой скорости привёл к её опрокидыванию после посадки^[24]. Короткое видео приземления ступени, выложенное через несколько часов, демонстрирует, насколько близкой к успеху была эта попытка^[25]. На видео с высоким разрешением, снятом с самолёта-наблюдателя, видно, как двигатели реактивной системы управления, расположенные в верхней части, до конца пытались выровнять наклоняющуюся ступень, однако их мощности не хватило. Ступень упала на платформу и взорвалась. Причиной неудачной попытки приземления был назван сбой работы клапана дросселирования центрального двигателя, не обеспечившего ожидаемую скорость ответа, что привело к излишнему маневрированию ступени в финальной фазе приземления.^[26]

После запуска океанологического спутника Jason-3 произведена очередная попытка посадки первой ступени на платформу «Just Read the Instructions», размещённую в Тихом океане на расстоянии около 300 км от места запуска. Первая ступень отсоединилась через 2 мин 34 с после запуска ракеты-носителя Falcon 9 на высоте 67 км и при скорости 6150 км/ч (5 Махов). Через 4,5 минуты после старта началось первое, 30-секундное зажигание трёх двигателей (boostback burn) для вывода ступени в точку посадки. Через 7 минут после запуска ступень произвела второе, 25-секундное зажигание трёх двигателей (re-entry burn) для снижения скорости перед входом в плотные слои атмосферы. Финальное зажигание центрального двигателя (landing burn) первой ступени началось в 8 мин 30 с после старта. Ступень приземлилась на расстоянии 1,3 м от центра посадочной платформы с необходимой скоростью, но одна из посадочных опор не зафиксировалась в раскрытом положении и сложилась при касании платформы, что привело к падению ступени^{[27][28][29][30]} — на одной из опор не сработал цанговый патрон, фиксирующий опору в открытом положении, возможной причиной могло стать намерзание льда из-за конденсации густого тумана при запуске^[31].

Из-за внесения изменения в начальный профиль миссии запуска спутника SES-9 с выводом его на суперсинхронную геопереходную орбиту^[32], задача возвращения и посадки первой ступени на платформу была существенно усложнена, в SpaceX не ожидали успешного приземления ступени в этой миссии^[33]. Платформа «Of Course I Still Love You» была размещена на расстоянии 660 км от места запуска, а первая ступень не проводила первое стандартное торможение тремя двигателями (boostback-burn), в связи с ограниченным количеством топлива, фактически двигаясь по баллистической траектории после отстыковки на высоте 72 км и на скорости почти 8300 км/ч (6,7 Махов). Зажигание трёх двигателей (re-entry burn) длилось только 17 секунд, ступень входила в плотные слои атмосферы на значительно большей скорости, чем в предыдущих попытках приземления, испытывая сильную температурную нагрузку. При финальном торможении (landing burn) использовались 3 двигателя для максимально быстрого снижения скорости перед касанием платформы, в отличие от стандартной практики с использованием одного центрального двигателя. Спустя 8 мин 40 с после запуска, первая ступень осуществила неудачную, жёсткую посадку на платформу, повредив стальное покрытие палубы^[34][35].

Двигатели первой ступени отключились через 2 мин 34 с после запуска ракеты-носителя на высоте 68 км при скорости около 6740 км/ч (5,45 Махов). Через 4 мин 20 с после старта началось 38-секундное включение трёх двигателей (boostback burn). В 6 минут 58 секунд произошло второе включение двигателей (re-entry burn), длившееся 24 с. В Т+8:05 включился центральный двигатель для финального торможения (landing burn). Первая ступень совершила первую успешную посадку всего в нескольких метрах от центра платформы «Of Course I Still Love You» спустя 8 мин 35 с после запуска^[1][36][37].

Сразу после приземления топливные баки ступени были провентилированы, через некоторое время обслуживающий персонал с корабля поддержки прибыл на платформу и прикрепил посадочные опоры к палубе с помощью стальных башмаков, для того чтобы предотвратить падение ступени из-за качки на волнах. Прибытие платформы в порт на мысе Канаверал намечалось на 10 апреля, после чего ступень была бы доставлена в ангар стартового комплекса LC-39A. После обследования и многократного повторного зажигания, при удачных итогах тестирования эта ступень, возможно, будет использована для повторного запуска через несколько месяцев^[38][39].

Платформа прибыла в порт утром 12 апреля. Спустя несколько часов подготовки, ступень была снята с платформы с помощью крана и помещена на специальный стенд, позволяющий отсоединить посадочные стойки^[40][41][42].

Впервые после запуска спутника на геопереходную орбиту выполнена успешная посадка первой ступени ракеты-носителя Falcon 9 на платформу «Of Course I Still Love You», расположенную в 660 км от места запуска^[43].

Поскольку запуск производился на геопереходную орбиту, профиль возвращения ступени напоминал таковой во время миссии запуска спутника SES-9. Спустя 2 мин 38 с от старта, после расстыковки на высоте 67 км и при скорости 8350 км/ч (2300 м/с, 6,75 Махов), первая ступень двигалась по баллистической траектории без первого включения трёх двигателей для торможения (boostback burn), в связи с низким резервом оставшегося после запуска топлива. При входе в плотные слои атмосферы и включении трёх двигателей (re-entry burn) скорость ступени превышала вдвое (2 км/с против 1 км/с), а температурная нагрузка в 8 раз превышала скорость и температурную нагрузку предыдущего возвращения ступени после запуска миссии SpaceX CRS-8 на низкую околоземную орбиту^[44]. Финальное торможение (landing burn) перед посадкой на платформу производилось коротким включением трёх двигателей, в отличие от более продолжительного включения одного двигателя, для максимально быстрого снижения скорости с меньшими затратами топлива^[45]. Два внешних двигателя выключились раньше центрального и последние метры полёта ступень завершала используя один двигатель, который способен к дросселированию до 40 % от максимальной тяги^[46]. Через 8 мин 40 с после запуска первая ступень успешно приземлилась точно в центр платформы^[47][48].

Третья подряд успешная посадка первой ступени на платформу «Of Course I Still Love You», расположенную в 680 км от места запуска^[49]. Скорость ступени при касании платформы была близкой к максимально допустимой, были задействованы зоны деформации в посадочных стойках, погасившие энергию удара, однако устойчивость ступени нарушилась и существовал определённый риск её опрокидывания^[50].

2 июня платформа с заметно наклонённой ступенью (наклон ~5°) прибыла в порт Канаверал^[51][52][53].

Неудачная посадка после запуска двух телекоммуникационных спутников на геопереходную орбиту^[54]. Согласно первоначальному заявлению, тяга одного из трёх двигателей, используемых при посадке, была ниже ожидаемой, что не позволило в достаточной мере снизить скорость ступени перед касанием платформы^[55]. В компании намерены провести усовершенствование ступени, которое даст возможность скомпенсировать подобную нехватку тяги двигателя при посадке^[56][57][58]. В дальнейшем было сообщено, что перед самым касанием платформы ступень исчерпала запас жидкого кислорода, что повлекло раннее выключение центрального двигателя и жёсткое приземление с последующим разрушением ступени^[59][60][61].

Первая ступень ракеты-носителя выполнила успешную посадку на платформу «Of Course I Still Love You». В отличие от предыдущих посадок, выполненных после запуска спутников на геопереходную орбиту, при выполнении финального посадочного импульса был использован только один двигатель вместо трёх, для снижения перегрузки, оказываемой на ступень^[62][63].

Успешная посадка первой ступени, впервые после запуска с базы Ванденберг и впервые на платформу «Just Read the Instructions», расположенную в 371 км от места запуска^[64]. Весь обратный полёт первой ступени, от расстыковки до посадки на платформу, был показан с бортовой камеры в прямом эфире трансляции запуска.

Во второй раз на платформу «Of Course I Still Love You» была успешно посажена повторно запущенная первая ступень с серийным номером B1021, которая уже садилась на эту же платформу в апреле 2016 года после запуска миссии SpaceX CRS-8^[65][66].

Условия обратного входа в атмосферу для повторно запущенной ступени B1029 были наиболее тяжёлыми, по сравнению с предыдущими запусками, посадочный импульс выполнялся тремя двигателями. Первая ступень жёстко, но успешно приземлилась на платформу «Of Course I Still Love You», почти полностью использовав сминаемые зоны деформации посадочных опор для погашения избыточной скорости при касании поверхности^[67].

Первая ступень выполнила успешную посадку на платформу «Just Read the Instructions». Впервые использовались решётчатые рули, выполненные из титана. Новые рули немного длиннее и тяжелее своих алюминиевых предшественников, повышают возможности контроля ступени, выдерживают температуру без необходимости нанесения абляционного покрытия и могут быть использованы неограниченное количество раз, без межполётного обслуживания^[68][69].